導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在“撫-鲅”線上的應(yīng)用

牛迎戰(zhàn), 張利民, 林 猛

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧 撫順 113001 ）

導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在“撫-鲅”線上的應(yīng)用

牛迎戰(zhàn), 張利民, 林 猛

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司，遼寧 撫順 113001 ）

用導(dǎo)波技術(shù)對(duì)管道缺陷檢測(cè)進(jìn)入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用階段。介紹了超聲導(dǎo)波技術(shù)的發(fā)展歷史及基本理論。表述了導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)“撫-鲅”線缺陷檢測(cè)中的具體應(yīng)用過程，檢測(cè)缺陷結(jié)論經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)驗(yàn)證準(zhǔn)確。表明管道缺陷導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在“撫-鲅”線上的應(yīng)用成功。幵指出隨著超聲導(dǎo)波技術(shù)的發(fā)展，其在管道缺陷檢測(cè)工程中將得到廣泛的應(yīng)用。

管道；缺陷；導(dǎo)波；檢測(cè)

中油撫順石化公司的撫順—鲅魚圈成品油管線，簡(jiǎn)稱“撫-鲅”線是國(guó)內(nèi)第一條長(zhǎng)距離、大口徑商用成品油管線。該管線由撫順市望花區(qū)演武地區(qū)至營(yíng)口鲅魚圈港碼頭，全長(zhǎng) 246.6 km，從 1992年開始施工建設(shè)，1996年竣工投產(chǎn)，投用至今已為撫順石化公司輸送成品油3 500萬t。管道設(shè)計(jì)壓力為 6.0 MPa。采用常溫、密閉、順序輸送工藝。管道埋地深度為1.5 m。2012年12月5日至2012年12月10日，委托國(guó)內(nèi)某特種設(shè)備檢測(cè)研究院，對(duì)撫順石化公司儲(chǔ)運(yùn)廠長(zhǎng)輸管線出站段管線進(jìn)行導(dǎo)波單項(xiàng)檢測(cè)，起點(diǎn)為泵房，終點(diǎn)為界區(qū)。

1 導(dǎo)波的發(fā)展歷史及基本理論

對(duì)超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)方面的研究，是從19世紀(jì)后期開始的，利用超聲導(dǎo)波對(duì)不同材料和幾何形狀的物體進(jìn)行缺陷檢測(cè)。現(xiàn)國(guó)內(nèi)管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)方面的研究起步略晚，但在理論研究、傳感器研發(fā)以及管道缺陷實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)檢測(cè)階段取得一定成果。1999年英國(guó)TWI公司（英國(guó)焊接研究所）開發(fā)出第一臺(tái)用于現(xiàn)場(chǎng)管道檢測(cè)的導(dǎo)波檢測(cè)儀以來，國(guó)內(nèi)外開始使用導(dǎo)波技術(shù)對(duì)管道缺陷檢測(cè)進(jìn)入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用階段。

1.1 超聲導(dǎo)波基本理論

在無限均勻介質(zhì)中傳播的波稱為體波，體波有兩種：一種叫做縱波（或稱疏密波、無旋波、拉壓波、P波）；一種叫做橫波（或稱剪切波、S波），它們以各自的特征速度傳播。而無波形耦合。縱波的速度約為橫波速度的兩倍。而在一彈性半空間表面處，或兩個(gè)彈性半空間表面處，由于介質(zhì)性質(zhì)的不連續(xù)性，超聲波將經(jīng)受一次反射或透射而發(fā)生波形轉(zhuǎn)換。隨后，各種類型的反射波和透射波及交界面波均以各自恒定的速度傳播，而傳播速度只與介質(zhì)材料密度和彈性性質(zhì)有兲，不依賴于波動(dòng)本身的特性。然而當(dāng)介質(zhì)中有一個(gè)以上的交界面存在時(shí)，就會(huì)形成一些具有一定厚度的“層”，這就構(gòu)成了一個(gè)無限延伸的彈性平板。位于板內(nèi)的縱波、橫波將會(huì)在兩個(gè)平行的邊界上產(chǎn)生來回的反射而沿平行板面的方向行進(jìn)，即平行的邊界制導(dǎo)超聲波在板內(nèi)傳播。這樣的一個(gè)系統(tǒng)稱為平板超聲波導(dǎo)。在此板狀波導(dǎo)中傳播的超聲波即所謂的板波（或Lamb波）。

Lamb波是超聲無損檢測(cè)中最常用的一種導(dǎo)波形式，由20世紀(jì)初H.Lamb先生研究無限大板中正弦波問題而得名。除此之外，圓柱殼、棒及層狀的彈性體都是典型的波導(dǎo)。其共同特性是由兩個(gè)或更多的平行界面存在而引入一個(gè)或多個(gè)特征尺寸（如壁厚、直徑、厚度等）到問題中來。在波導(dǎo)中傳播的超聲波稱為超聲導(dǎo)波。在圓柱和圓柱殼中傳播的導(dǎo)波稱為柱面導(dǎo)波。

導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)就是利用導(dǎo)波在傳播過程中如果遇到缺陷或邊界就會(huì)被反射回來的原理。利用導(dǎo)波進(jìn)行無損檢測(cè)的最大優(yōu)點(diǎn)就是它檢測(cè)的全面性和它的低耗費(fèi)，對(duì)于沒有缺陷的管道，導(dǎo)波能在其中傳播至少100 m，在幾秒之內(nèi)就能完成基于時(shí)域信號(hào)接收的整個(gè)管道的檢測(cè)。導(dǎo)波檢測(cè)的另一優(yōu)點(diǎn)是只需局部貼近試件，例如管道端部或是管道上的某一小區(qū)域。這可應(yīng)用于只能在有限范圍內(nèi)貼近試件的管道檢測(cè)[1]。

1.2 管道缺陷超聲導(dǎo)波檢測(cè)的基本理論

傳統(tǒng)的管道超聲檢測(cè)技術(shù)只是測(cè)量管道某一點(diǎn)處的管道壁厚，具有離散性，而導(dǎo)波檢測(cè)儀，可以實(shí)現(xiàn)在一點(diǎn)位置對(duì)其他位置的全面范圍的內(nèi)外缺陷檢測(cè)，如圖1-2所示。

圖1 波型轉(zhuǎn)換Fig.1 wave mode conversion

圖2 導(dǎo)波檢測(cè)原理圖Fig.2 Guided wave testing principle diagram

在管道某一點(diǎn)放置一圈傳感器，通過計(jì)算機(jī)控制，傳感器在管道中激勵(lì)出某一頻率的單一模態(tài)的導(dǎo)波，導(dǎo)波沿管道向前傳播，當(dāng)波遇到界面發(fā)生突變時(shí)（比如焊縫、缺陷或法蘭），會(huì)在突變位置反射一定量的回波信號(hào)，利用傳感器接收此回波信號(hào)，再通過計(jì)算可以確定缺陷的位置。一般的軸對(duì)稱缺陷的反射信號(hào)中軸對(duì)稱模態(tài)占主要地位，非軸對(duì)稱缺陷的反射信號(hào)的發(fā)射回波非軸對(duì)稱信號(hào)較多，因此通過對(duì)信號(hào)模態(tài)的識(shí)別也可以識(shí)別缺陷信號(hào)的性質(zhì)[2]。

表1 管道導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果Table 1 Guided wave inspection results

2 檢測(cè)過程與結(jié)果

檢測(cè)采用Teletest導(dǎo)波設(shè)備，導(dǎo)波儀采用多模技術(shù)，該設(shè)備在同一個(gè)位置發(fā)射和接收低頻超聲波，能對(duì)被檢測(cè)到的金屬損失的范圍和環(huán)向方位進(jìn)行判斷，適用于管體的內(nèi)外金屬腐蝕與沖蝕等缺陷的檢測(cè)。

該儀器典型情況下檢測(cè)范圍約±20 m，能夠檢測(cè)出壁厚減薄量的 3%，完全可靠的檢測(cè)出截面積9%的腐蝕缺陷，幵進(jìn)行精確定位，定位精度可以達(dá)到6 cm。

管體腐蝕狀況的導(dǎo)波檢測(cè)適用溫度低于 80 ℃的管道；除安裝探頭區(qū)域外，避免拆除和恢復(fù)防腐保溫層，從而縮短管道的停用時(shí)間和輔助費(fèi)用，盡可能減少用戶的損失，幵且該設(shè)備可以在管道不停輸狀態(tài)下進(jìn)行在線檢測(cè)，但是要求管道無明顯震動(dòng)噪音干擾。

本次檢測(cè)共計(jì)抽查了9處導(dǎo)波檢測(cè)位置，其中泵房?jī)?nèi)抽檢8處，泵房外抽檢1處。檢6、檢7的管道觃格為Ф377×7 mm，檢8的管道觃格為Ф377

×9 mm，其余六處管道觃格為Ф426×7 mm。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該條管線存在部分安全隱患，主要檢測(cè)結(jié)論見表1。

經(jīng)過對(duì)以上結(jié)論的分析，檢2、檢4兩處缺陷均為外腐蝕。見檢2導(dǎo)波檢測(cè)位置圖3和檢4導(dǎo)波檢測(cè)位置圖4。

圖3 檢2導(dǎo)波檢測(cè)位置圖Fig.3 inspection.2 Guided wave inspection location map

圖4 檢4導(dǎo)波檢測(cè)位置圖Fig.4 Inspection.4 Guided wave inspection location map

圖5 檢2，兩道機(jī)械劃傷Fig.5 inspection.2 Two mechanical scratching

圖6 管體凹陷，最深6 mmFig.6 The tube body sag, the deep 6 mm

根據(jù)位置圖現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)驗(yàn)證：與檢測(cè)結(jié)論相符。

（1）檢2，距東側(cè)支架1.5 m。探頭位置向西2.55 m，兩道機(jī)械劃傷,150 mm×10 mm×2 mm。如圖5。

（2）檢4，3#泵出口單向閥北。探頭位置向東3.14 m，管體凹陷，最深6 mm。如圖6。

3 結(jié)束語

通過對(duì)該管道導(dǎo)波抽查檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管道存在著不同程度的內(nèi)腐蝕與外腐蝕缺陷，這些缺陷的存在，在很大程度上降低了管線的承載能力。對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行修復(fù)和改造。導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在“撫-鲅”線上的應(yīng)用成功，隨著超聲導(dǎo)波技術(shù)的發(fā)展，其在管道缺陷檢測(cè)工程中將得到廣泛的應(yīng)用。

［1］董為榮.管道超聲導(dǎo)播技術(shù)[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備，2006（6）：21-24.

［2］茅根新.超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在管道檢驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].化工裝備技術(shù)，2011（6）:53-55.

Application of Ultrasonic Guided Wave Detection Technology in Fushun-Bayuquan Pipe

NIU Ying-zhan, ZHANG Li-min, LIN Meng
（PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113001, China ）

The uitrasonic guided wave technology for pipeline defect detection has been applied in industrial field. In this paper, the development history and basic theory of the ultrasonic guided wave technology were introduced. Concrete application of the guided wave inspection technology in defect detection of Fushun-Bayuquan pipe was discussed. Testing conclusion was verified by in-situ observation, which showed that application of the guided wave inspection technology in pipeline defect detection was successful. At last, development trend of the ultrasonic guided wave inspection technology was prospected.

Pipeline; Defect; Uitrasonic guided wave; Detection

TE 832

A

1671-0460（2014）09-1883-03

2014-07-25

牛迎戰(zhàn)（1969-），男，黑龍江依安人，工程師，1996年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院石油加工專業(yè)，負(fù)責(zé)成品油管道維修搶修技術(shù)管理工作。E-mail：nyz0413@126.com。