基于電磁超聲和相控陣技術的壓力管道彎頭缺陷的診斷分析

汪 磊 阮星翔 錢盛杰

（寧波市特種設備檢驗研究院）

常規超聲檢測廣泛應用于承壓設備的檢測,但該技術成像單一，難以判斷出缺陷的形貌，對檢測人員的專業技術水平要求很高。 針對疑難缺陷的診斷， 電磁超聲檢測技術與相控陣技術是當前比較可靠的兩種方法。 電磁超聲是一種非接觸的超聲檢測新技術， 利用電磁耦合方法激勵和接收超聲波，具有精度高、不需要耦合劑、適于高溫檢測以及容易激發各種超聲波形等優點。 相控陣是另一種超聲新技術， 可以以一種實時成像的方式展示檢測結果，具有較高的精度，是目前無損檢測領域的一個熱點［1，2］。 筆者對壓力管道定期檢驗過程中遇到了測厚異常的情況， 在作出初步判斷的同時， 應用新技術分析缺陷產生的原因和缺陷的性質更為直觀，出具的檢驗意見書也更具說服力。

1 初步診斷

某裝置的壓力管道材料為20#， 設計壓力2.81MPa，最高工作壓力2.55MPa，設計溫度60℃，最高工作溫度40℃，工作介質為原料氫，鋪設方式為架空，2016 年3 月投入運行，2018 年12 月進行首次定期檢驗。 常規測厚過程中管道的一處彎頭壁厚數值跳動異常劇烈， 該彎頭公稱直徑為200mm，公稱壁厚為8mm，外表面防腐層材料為環氧富鋅漆。

現場宏觀檢查發現， 該管道的主管線有多條工況相同的支管， 有異常的彎頭連接主管與支管，外表面油漆完好，經常規測厚儀測定，存在減薄現象， 在最嚴重的部位測得厚度為2.62mm 左右（圖1）。

圖1 常規超聲測厚儀測量彎頭

檢驗員根據管線介質流向和彎頭所處的位置，初步判斷為沖刷腐蝕，進而對該彎頭附近多處進行壁厚測定， 并未發現壁厚漸進減薄現象（沖刷腐蝕典型的特征），又結合其他幾個同樣工況彎頭的檢驗狀況，發現不存在該現象，大致可判斷沖刷腐蝕不成立。 經討論，決定采用電磁超聲技術和相控陣技術進一步檢測分析，即：電磁超聲測厚技術可以透過涂層對該彎頭常規測厚減薄部位進一步測厚；通過相控陣C 掃描和D 掃描分別對該彎頭壁厚減薄處進行俯視成像和側視成像。

2 檢驗分析

2.1 電磁超聲檢測

采用電磁超聲儀器在peak-to-peak 模式下對彎頭進行厚度測量，在“最薄處”顯示2.578mm，在“最薄處”附近顯示3.635～3.900mm，正常部位測厚7.434mm（圖2）。

圖2 彎頭正常部位測厚界面

根據上述檢測結果，初步預判該彎頭內表面有大面積嚴重局部腐蝕減薄現象。 隨后，在peak模式下對該彎頭“最薄處”進一步檢測。 如圖3 所示， 缺陷波和底波同時出現， 缺陷波的深度為5.427mm，與圖2 所示的正常位置測厚界面相比，缺陷部位一次底波稍有降低，二次底波明顯降低或消失。

圖3 peak 模式測厚界面

另外，在電磁超聲A 掃描+B 掃描和A 掃描+帶狀圖模式下進行檢測，如圖4、5 所示，掃查圖譜中發現彎頭正常部位的底波一直存在，即并非內表面腐蝕后的剩余壁厚為2.578～3.900mm，懷疑在彎頭厚度為5.427mm 的部位有一較大埋藏缺陷，導致圖3 中測量的二次波較微弱，由此否決了上述預判彎頭“內表面有大面積嚴重局部腐蝕減薄”的現象。

圖4 A 掃描+B 掃描圖譜

圖5 A 掃描+帶狀圖譜

2.2 相控陣檢測

為了佐證電磁超聲檢測結果，在該彎頭最大缺陷處進行了相控陣C 掃描成像。 如圖6 所示，在測厚顯示為2.578mm 的部位（即缺陷最大處），底波斷開，其余部位底波完整。

綜合電磁超聲檢測結果和相控陣檢測結果，可以判定彎頭厚度5.427mm 的部位存在較大裂紋缺陷。

隨后，分別對壓力管道彎頭南側、北側和東側進行相控陣檢測。 如圖7～9 所示：彎頭南側相對完好， 有少量的微小缺陷， 分布于深度3.8～4.9mm 范圍內； 彎頭北側存在連續埋藏缺陷，分布于深度2.8～5.2mm 范圍內，較為嚴重；彎頭東側存在斷斷續續的埋藏缺陷， 分布于深度3.6～6.1mm 范圍內，最為嚴重，即為上述彎頭“最薄處”的裂紋缺陷。

圖6 彎頭最大缺陷處相控陣C 掃描成像

圖7 彎頭南側相控陣縱向垂直線性C 掃描缺陷圖譜

最后，對缺陷較為嚴重的彎頭北側采用相控陣斜入射扇形S 掃描檢測， 缺陷圖譜如圖10 所示，可以發現部分缺陷沿彎頭壁厚方向呈現擴展特征。

圖8 彎頭北側相控陣縱向垂直線性C 掃描缺陷圖譜

圖9 彎頭東側相控陣縱向垂直線性C 掃描缺陷圖譜

圖10 彎頭北側相控陣斜入射扇形S 掃描缺陷圖譜

3 結論

3.1 彎頭缺陷最嚴重的部位在其北側， 深度2.8～5.2mm 范圍內存在連續的埋藏缺陷， 且部分缺陷沿壁厚方向呈現擴展特征； 彎頭東側次之，深度3.6～6.1mm 范圍內存在斷斷續續的埋藏缺陷；彎頭南側相對完好，深度3.8～4.9mm 范圍內有少量的微小缺陷。

3.2 彎頭內表面存在大面積的微弱的局部腐蝕。

3.3 經過對彎頭的整體RT 檢測、驗證和分析,判斷這些缺陷是因為彎頭在制造過程中殘留有夾渣, 隨后在運行過程中發展為平行于元件表面的內部裂紋。