無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在天然氣管道中的運(yùn)用

大港油田公司基建工程部工程質(zhì)量監(jiān)督站，天津 300280

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述及其在天然氣管道中的作用

1.1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種在不損壞被檢測(cè)對(duì)象使用性能及結(jié)構(gòu)特征的前提下，借助聲、光、電、磁等介質(zhì)對(duì)被檢測(cè)對(duì)象中是否存在結(jié)構(gòu)缺陷或者材質(zhì)不均勻等問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，并將缺陷的大小位置等信息進(jìn)行判定顯示的檢測(cè)技術(shù)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的使用并不會(huì)對(duì)被檢測(cè)對(duì)象造成任何結(jié)構(gòu)上的損傷，同時(shí)也為結(jié)構(gòu)缺陷的全面查找提供了一種全新的方式。除此之外，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)還可以應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的監(jiān)控工作中，能夠有效防止因?yàn)楫a(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量不過(guò)關(guān)而引發(fā)的不利后果。目前，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以分為常規(guī)和非常規(guī)兩類，其在諸多行業(yè)中都有著十分廣泛的應(yīng)用。

1.2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在天然氣管道中的作用

一般情況下，在天然氣的長(zhǎng)輸送管道投入運(yùn)行3年后，就需要使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)管道整體進(jìn)行檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在天然氣管道內(nèi)的應(yīng)用能夠在不損壞天然氣管道的結(jié)構(gòu)性能及維持其正常運(yùn)輸狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對(duì)天然氣管道的內(nèi)部和外部缺陷進(jìn)行全面的檢測(cè)，極大降低了天然氣管道的維護(hù)成本。此外，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的使用可以實(shí)時(shí)反饋天然氣管道的缺陷位置等信息，以便相關(guān)維護(hù)人員采取針對(duì)性的措施彌補(bǔ)天然氣管道的結(jié)構(gòu)缺陷，繼而提高天然氣管道的總體防護(hù)能力。因此，天然氣輸送環(huán)節(jié)的安全性就得到了較大的保障，極大地降低了因?yàn)樘烊粴夤艿栏g原因而造成的泄漏甚至是爆炸事故發(fā)生的概率。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在天然氣管道中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

射線無(wú)損檢測(cè)方式是將電磁輻射能量和電磁波作為檢測(cè)介質(zhì)，在射線穿透被檢測(cè)對(duì)象后，與被檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部的材料介質(zhì)發(fā)生相互作用，同時(shí)這種相互作用會(huì)因?yàn)槲镔|(zhì)性質(zhì)之間的差異而表現(xiàn)不同，從而得到程度各異的感光，獲取檢測(cè)位置的管道缺陷影像，然后對(duì)影像進(jìn)行有效分析，就可以得出該位置存在缺陷與否及缺陷的具體信息。該項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于范圍較小且相對(duì)復(fù)雜的缺陷檢測(cè)中，其最終檢測(cè)得到信息的可靠性也相對(duì)較高。該技術(shù)主要用于檢測(cè)天然氣管道的氣焊、電弧焊等焊接工作的接頭，其能夠在局部厚度條件較差及氣孔的缺陷檢測(cè)中獲得優(yōu)秀的檢測(cè)效果，最終得到的缺陷信息包含了缺陷數(shù)量、大小、位置等。但該技術(shù)在具體的應(yīng)用過(guò)程中也存在著使用上限的限制，即射線管功率數(shù)值會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，并且照相的角度會(huì)直接影響檢測(cè)結(jié)果的可靠程度。另外，由于射線自身存在著一定程度的輻射，工作人員在使用過(guò)程中需要做出適當(dāng)?shù)姆垒椛涮幚怼?/p>

2.2 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

在天然氣的鐵磁性管道中會(huì)出現(xiàn)一種獨(dú)有的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流現(xiàn)象，這是一種可以穿透管壁的低頻率渦流，以此為基礎(chǔ)誕生的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，探測(cè)設(shè)施主要由和管道同軸的激勵(lì)和檢測(cè)螺線管線圈構(gòu)成。一般情況下，當(dāng)使用該設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)線圈的位置通常位于距離激勵(lì)線圈約兩倍天然氣管道內(nèi)部直徑及以上的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)。和常規(guī)的渦流檢測(cè)技術(shù)相比，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無(wú)損檢測(cè)技術(shù)極大地克服了趨膚效應(yīng)。而且與其他性質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠全面檢測(cè)天然氣管壁外表面上存在的缺陷，并且外界因素對(duì)其檢測(cè)工作的影響程度較低。但是需要注意的是，該項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)信號(hào)較為微弱，檢測(cè)速度和效率相對(duì)較低，這也正是該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展速度緩慢的主要原因。當(dāng)前國(guó)外的企業(yè)已經(jīng)制造出該項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)品并投入使用，如Russell公司制造出的See Snake遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無(wú)損檢測(cè)設(shè)施（見圖1），其對(duì)天然氣管道的缺陷檢測(cè)精度達(dá)到了5%。

圖1 Russell公司See Snake遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無(wú)損檢測(cè)設(shè)施

2.3 電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

天然氣管道在運(yùn)行的過(guò)程中，除了因?yàn)楦g等原因產(chǎn)生管道結(jié)構(gòu)缺陷，在制造和焊接的環(huán)節(jié)中也會(huì)產(chǎn)生裂紋缺陷。電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)天然氣管道的裂紋缺陷檢測(cè)具有十分良好的效果，該方式基于電動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)，其工作原理見圖2。首先，在導(dǎo)電金屬的表面上放置激勵(lì)線圈，線圈會(huì)因?yàn)樽陨淼慕蛔兇艌?chǎng)對(duì)金屬產(chǎn)生作用，并在其表面層內(nèi)感應(yīng)出渦流。其次，渦流可以和位于試件上的另一處恒定外磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用，最終產(chǎn)生與渦流頻率完全一致的超聲波。上述過(guò)程的逆轉(zhuǎn)便是超聲波的接收過(guò)程。電磁超聲無(wú)損檢測(cè)設(shè)施主要包括電磁超聲換能器、激勵(lì)和接收裝置三個(gè)組成部分。該項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以根據(jù)換能器線圈形狀和布置方面的差異，靈活地產(chǎn)生包含水平剪切波、表面波等的各類模型。該項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)方式的顯著優(yōu)勢(shì)之一是檢測(cè)速度較快，在管道中激發(fā)的超聲波可以在短時(shí)間內(nèi)圍繞試件傳播幾周甚至十幾周，顯著縮短了整體檢測(cè)工作所需要花費(fèi)的時(shí)間。而且使用該項(xiàng)技術(shù)檢測(cè)鋼管縱向缺陷時(shí)，不需要旋轉(zhuǎn)探頭和工件。除此之外，該項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)所用設(shè)施機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。但是該技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率較低，且電磁超聲輻射模式較寬，很容易受到提離的影響，制約了其發(fā)展。

圖2 電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理圖

2.4 磁粉無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

該項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是借助鐵磁性材料在磁場(chǎng)環(huán)境中被磁化后會(huì)在管道的表面缺陷位置產(chǎn)生磁漏，以此為基礎(chǔ)對(duì)管道內(nèi)部開展探傷處理。簡(jiǎn)而言之，就是將鐵磁型材料放置在N極和S極之間，其周圍會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁力線，在鐵磁性材料外觀均勻的情況下，磁力線彼此之間會(huì)呈現(xiàn)相互平行的狀態(tài)。相反的，如果天然氣管道內(nèi)部存在裂痕或氣孔等缺陷問(wèn)題，磁力線粒子在穿過(guò)這一位置時(shí)就會(huì)發(fā)生改變。分析通過(guò)磁力線發(fā)生改變的位置可以有效確定管道缺陷的具體位置。該項(xiàng)技術(shù)目前主要應(yīng)用在天然氣壓力管道焊縫的無(wú)損檢測(cè)中，其主要的檢測(cè)儀器是便攜式的磁軛探傷儀。

3 結(jié)束語(yǔ)

天然氣管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展和人們的日常生活具有重要意義，但在其生產(chǎn)制造、運(yùn)行過(guò)程中卻會(huì)因?yàn)橹T多因素的影響而出現(xiàn)裂紋等缺陷或者結(jié)構(gòu)問(wèn)題。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以在不損壞天然氣結(jié)構(gòu)特性及維持其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，對(duì)其內(nèi)外結(jié)構(gòu)缺陷做出全面的檢測(cè)和分析。磁粉無(wú)損檢測(cè)、射線無(wú)損檢測(cè)等作為目前最常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，會(huì)隨著相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展而逐漸完善，從而擴(kuò)大無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍，更好地維護(hù)天然氣管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。