國內外石油天然氣行業非金屬管道失效檢測技術研究

摘 要：非金屬管道因其耐蝕特性、摩阻小、施工方便等優良性能已在石油天然氣行業廣泛應用，因此預測石油天然氣行業非金屬管道的失效，對保障國民經濟建設有著重大意義。本文以在石油天然氣行業中高壓玻璃鋼管、鋼骨架聚乙烯塑料復合管的失效檢測為背景，對非金屬埋地管道定位探測技術、常規無損檢測技術（Non Destructive Testing，NDT）、新型無損檢測技術的基本原理、應用現狀和發展趨勢進行了總結和分析。

關鍵詞：非金屬管道；石油天然氣；無損檢測

中圖分類號：TE973 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）10-0071-03

Investigation on Failure Detection Technology of Non-metallic

Pipelines in Oil and Gas Industry at Home and Abroad

SUN Wanmin QIN Yun

（Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office， SIPO，Chengdu Sichuan 610213）

Abstract： Non-metallic pipelines have been widely used in the oil and natural gas industry due to its excellent performance in the corrosion resistance， small frictional resistance and convenient construction. Therefore， accurately predicting the failure of non-metallic pipelines has great significance to guarantee the national economic construction. This paper focused on the failure detections of high-pressure FRP pipe and steel framed polyethylene plastic pipe used in the oil and natural gas industry. The fundamental principles， application situation and development trends of the non-metallic buried pipeline locating technology， conventional nondestructive testing technology and new type of nondestructive testing technology were summarized and analyzed， respectively.

Keywords： non-metallic pipelines；oil and gas；non destructive testing

在非金屬管道產品性能檢測方面[1-3]，中國石油只有管材研究所和大慶油田工程有限公司建有非金屬管道性能檢測的實驗室，具有非金屬管道產品檢驗資質和能力，并開展了不同類型的非金屬管道的檢測測試實驗室。但其檢測項目主要是玻璃鋼管、鋼骨架塑料復合管，只有部分類型非金屬管道部分性能參數的檢驗能力，且檢驗項目不全，缺乏對常用非金屬管道產品質量進行全面檢驗的質檢設備和能力。

1 非金屬埋地管道定位探測技術

埋地管道探測方法包括電磁法、探地雷達、示蹤法、聲波法、地震波法、高密度磁法和高密度電阻率法等，但由于受到種種條件的限制，在實際管道探測中，通常采用的是探地雷達和電磁法。鋼骨架塑料復合管由于結構層為鋼絲材料，可通過磁性探測等方法定位。但對于高壓玻璃鋼管等非金屬管線，不具備導電性和導磁性，特別是針對塑料材質管材的大量應用，管線定位成為一個難點。在國外發達國家，示蹤線、探地雷達、電子記標在非金屬管道定位上有著實際應用[4]。

2 常規無損檢測技術

常規無損檢測技術[5]包括磁粉檢測、射線檢測、滲透檢測、超聲檢測和渦流檢測，其在國家標準《承壓設備無損檢測》（JB/T 4730—2005）進行了相關定義。表1示出了5種常規無損檢測技術的特、檢測項目，以及是否適用于非金屬管材等。因非金屬管道不具備導電性和導磁性（鋼骨架塑料復合管例外）等特點，因此，針對非金屬管材常規無損檢測，常采用超聲檢測、射線檢測、滲透檢測技術。

3 新型無損檢測技術

3.1 光學無損檢測技術

對于復合材料缺陷、壓力容器缺陷、高壓管道容器缺陷、航空航天關鍵構件和汽車輪胎等的檢測，激光全息已得到了廣泛應用[6]。由于激光散斑技術抗干擾強且檢測快速，因此為現場檢測提供了極大的便利。同時，激光超聲技術因其抗干擾能力強，能夠遠距離遙控，且不使用耦合劑，成為了無損檢測領域中一項備受關注的新技術。此外，拉曼光譜和近紅外光譜技術是基于光譜的無損檢測技術，也得到了廣泛應用。

3.2 聲學無損檢測技術

近年來，超聲相控陣技術成為了超聲檢測[7]中的一個技術熱點，相較于傳統超聲檢測，其能夠達到全方位、多角度以及高速的檢測目的。這一優勢決定了其能夠在船舶、能源、汽車、航空航天、石油石化以及鐵軌等工業得到適用。基于惠更斯原理的超聲波衍射時差法（Time of Flight Diffraction，TOFD），可根據超聲波的傳播時間與幾何聲學的原理，計算得到該裂紋尖端的埋藏深度，其不會被相關因素影響，諸如工件表面狀況、聲束角度、缺陷表面粗糙程度、檢測方向以及探頭壓力等因素。

3.3 電磁無損檢測技術

電磁檢測[8，9]是以電磁學為理論基礎，并基于材料電磁性能變化，對構件和材料進行缺陷探測和性能檢測的方法。除了常規的渦流和磁粉檢測，還涉及微波法、磁光渦流成像、遠場渦流、巴克好森（Barkhausen）噪聲檢測、金屬磁記憶檢測、深層渦流、磁聲發射、多頻渦流以及脈沖渦流等無損檢測技術。

4 國內外無損檢測研發機構及發展趨勢

4.1 無損檢測的現狀

4.1.1 英國無損檢測研究所（The British Institute of Non-Destructive Testing）。英國無損檢測研究所（BINDT）有各類無損檢測設備，在聲學方面，有一般聲學方法、聲發射（AE）和共振檢測。在電磁方面，有一般電磁法、磁粉探傷（MPI）、漏磁法和渦流檢測。在光學方面，有一般光學法、視覺檢測、光學計量與全息、激光為基礎的檢測和熱成像。在射線檢測方面，有常規X線攝影、透視、中子照相等。在超聲波方面，有一般超聲波發及先進的超聲波（TOFD、相控陣等），可用于探傷、測厚等。

4.1.2 美國無損檢測學會（The American Society For Nondestructive Testing ）。美國無損檢測學會（ASNT）提供聲發射檢測（AE）、電磁測試（ET）、地面穿透雷達（GPR）、材料識別（IM）、紅外和熱試驗（IR）、激光方法（LM）、泄漏測試（LT）、液體滲透測試（PT）、漏磁（MFL）、磁粉（MT）、中子射線照相（NR）、放射測試（RT）、專業的NDT和PDM技術（SP）、超聲波檢測-導波（GW）、超聲波探傷（UT）、振動分析（VA）以及視覺和光學測試（VT）。

4.1.3 中國無損檢測學會。中國無損檢測學會于1978年11月在上海成立，包括非常規檢測、射線檢測、電磁（渦流）、滲透檢測、超聲檢測以及聲發射檢測等[10]。

4.2 無損檢測的發展趨勢

在歐美等發達地區，無損檢測的技術相對成熟，設備較為齊全。在國內，常采用常規無損檢測方法，或是部分地區特定情況下針對性地引進先進的無損檢測設備[11，12]。關于無損檢測的發展趨勢，主要呈以下幾個方面。

①無損檢測的主流方向呈快速、數字化、自動化和非接觸遙控式的特點。自動檢測診斷與線上評估分析，是未來無損檢測儀器的必然要求。

②提高檢測精度、速度、靈敏度和準確度，是未來無損檢測的基本要求，同時檢測結果可視化也是必然的發展趨勢[13，14]。

③對檢測件直接進行原位和不拆裝方式檢測，也是未來無損檢測的基本發展方向。

④檢測的全方位和全面性也逐漸受到重視，其中集表面探傷和內部缺陷檢測于一體的無損檢測技術將更受關注。例如，結合聲、光、電磁等技術的磁聲發射、激光超聲等無損檢測方法，會是未來研究的主要方向。

5 結論

在不同的服役環境下，工程材料或構件有著不同的失效形式，其呈現出復雜性和多樣性。由于不同的無損檢測技術有著各自的適用范圍和檢測特點，因此目前并沒有一個固定或通用的檢測手段。所以，需要準確把握工程材料和構建的基本屬性、各自特點以及服役環境，并結合相應的需求，才能準確地確定出行之有效的無損檢測手段。

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