LNG接收站低溫管道無損檢測方法適應性分析

摘 要 對DR檢測、脈沖渦流檢測、陣列渦流檢測和超聲導波檢測在LNG低溫管道無損探傷中的適應性進行研究，實驗發現，4種檢測方法對于不同管徑和保溫層厚度的低溫管道具有不同的缺陷檢驗效果，結果可為低溫環境中特種設備的檢測提供指導，及早排除安全隱患，保障其安全運行。

關鍵詞 低溫管道 無損檢測 適應性分析 LNG接收站

中圖分類號 TQ055.8+1" "文獻標識碼 A" "文章編號 0254?6094（2023）01?0026?06

近年來，LNG接收站建設的速度逐漸加快，導致站內低溫壓力管道的檢驗檢測工作與日俱增。LNG接收站主工藝系統管道為不銹鋼材質，均在深冷工況（工作溫度-162 ℃左右）下工作[1]，主要由5部分組成：卸料系統由氣相返回臂、液相卸料臂等組成，負責LNG卸船至接收站;儲存系統是LNG低溫儲罐;BOG處理系統分為將蒸發氣直接輸送至燃氣管網的直接輸出法以及通過再冷凝器中低壓輸送泵后和來自儲罐的LNG混合輸出的再冷凝法;輸送系統是LNG從儲罐中泵出，經高壓泵加壓后輸入蒸發系統，經計量后輸送至外部管網的過程;汽化系統通常使用海水開架式蒸發器將LNG進行汽化之后再進行輸送，其中開架式蒸發器運行成本低、可靠性高[2，3]。

LNG解決了城市能源問題，但在儲存和運輸過程中存在一定的危險性，一旦發生事故后果將十分嚴重。2011年江蘇徐州LNG加氣站儲罐底部出現泄漏，遇居民燃放煙花引發大火，火焰高逾20 m。2004年阿爾及利亞Skikda液化天然氣發生火災事故，共造成27人死亡，56人受傷，損失高達9億美元。因此，定期無損檢測對保障LNG接收站低溫管道安全運行至關重要。

按照TSG D7005—2018《壓力管道定期檢驗規則——工業管道》的規定，壓力管道均需定期進行檢驗。由于LNG接收站管道運行條件特殊（工藝溫度-162 ℃左右），材料為奧氏體不銹

鋼[4]，隨著站內低溫管線運行時間的延長，不可避免地會產生一定的安全隱患，而主工藝系統均在深冷工況下運行，給檢驗工作帶來較大困難[5]。如何在檢驗周期內發現低溫管道的安全隱患，不僅關系著整個接收站的安全性，更涉及到區域能源供應的穩定性[6]。

筆者采用DR檢測、脈沖渦流檢測、陣列渦流檢測和超聲導波檢測這4種無損檢測技術對LNG低溫管道進行檢測，分析各檢測方法的適應性，為LNG接收站內低溫管道的無損探傷提供實際工程指導，對保障其長時間安全穩定運行具有重大意義[7，8]。

1 DR檢測

目前，DR檢測技術已成功應用于高、低溫工業管道的無損檢測，與傳統X射線檢測相比，DR檢測技術更加準確可靠。本實驗采用美國GE公司生產的ISOVOLT 320 M2 hp型射線機，采用XRD0822型平板探測器，根據現場不同的實驗條件，選用適宜的透照方式和參數，對不同管徑的低溫管道進行DR檢測。通過調整DR檢測系統透照等工藝參數，使得檢驗精度滿足相關要求，對所測管線進行編號，標定缺陷位置，采集基礎數據。

圖1為DN50 mm的LNG低溫管道DR檢測照片，可以看出，DR檢測可直觀檢測出管道內腐蝕位置，且管道內部成像質量較高。可能是由于缺陷本身尺寸較小所致，對于裂紋類缺陷的檢測結果有效性較低，且裂紋缺陷對于射線檢測屬于易漏缺陷，但可以通過圖像銳化、對比度增強等手段進行處理，以增強可視效果[9]。

為了研究LNG低溫管道管徑對DR檢測精確性的影響，分別對LNG站場內DN80、DN150、DN200 mm管道進行DR檢測，DR檢測照片如圖2所示。LNG站場低溫管道在線檢測時，保溫層厚度對DR檢測精度的影響不大，在一定條件下，DR檢測可以高效地判斷和識別出管道內部缺陷[10]。對于DN200 mm以下的低溫管道，DR檢測可以清楚地識別錯邊缺陷位置，對于未焊透和未融合缺陷也具有較好的檢出效果，并且能清晰辨別缺陷區域位置及尺寸;對于DN200 mm以上的低溫管道成像質量較為清晰，但焊縫缺陷位置不易觀察，因此可采用更強大、有足夠穿透力的射線源，以獲得高質量、可清晰識別的缺陷圖像。

2 脈沖渦流檢測

LNG站場低溫管道屬于非鐵磁性材料，滿足脈沖渦流檢測的要求[11]。基于脈沖渦流的無損檢測技術不需要拆除所測管段的保溫層，極大地提高了工作效率，實現了管道的在線檢測[12]。

實驗采用Oktanta PE4332型脈沖渦流檢測儀，對現場帶有保溫層的低溫管道進行管壁測厚和缺陷評估，結果如圖3所示。可以看出，當保溫層厚度在100 mm以下時，檢測數據較穩定，可以有效掃查管道壁厚。當保溫層厚度在100～150 mm時，實驗數據不穩定，出現跳躍點，當保溫層厚度達到200 mm以上時，則無法進行檢測。

脈沖渦流檢測可以有效判定LNG站場低溫管道的完整性，實現對低溫管道壁厚的測量，進行缺陷尺寸的評估和缺陷類型的識別，并對所檢測試件表面下深層裂紋的定量檢測具有良好的適應性。在實際工程應用中，脈沖渦流檢測可以根據不同缺陷數據進行曲線繪制，測得缺陷最大值后確定對應缺陷深度，因此對于檢驗條件較苛刻的特種設備，脈沖渦流檢測具有較強的適應性[13]。

3 陣列渦流檢測

管道近表面裂紋可采用Zetec MIZ?21C型陣列渦流檢測儀進行檢測，現場檢測需拆除保溫層，用檢測探頭對管道表面進行環向及軸向掃查。常規渦流檢測對于特種設備具有局限性，而陣列渦流檢測技術是一種將若干渦流線圈有序排列從而進行大面積掃查和直觀顯示的新型表面渦流檢測技術[14]，因此對于不銹鋼材質管道的檢測具有良好的適用性[15，16]，現場檢測示意圖如圖4所示。

在LNG站場低溫管道現場檢驗實驗中，對DN150 mm的低溫管道母體和彎頭處上下表面分別進行陣列渦流掃查檢測，并采用自適應中值濾波方式去除干擾信號，結果如圖5所示。

采用陣列渦流檢測技術對LNG站場內低溫管道進行檢測，通過調整適宜的檢測參數，可以有效實現對低溫管道近表面缺陷的無損檢測。從圖5可以看出，低溫管道母材和彎頭處陣列渦流檢測信號并無異常，信號曲線平整、光滑，信號能量無突變點，掃查圖像直觀可靠。但陣列渦流檢測無法呈現缺陷的形貌特征，這是由陣列渦流線圈特性所決定的，難以表現局部細節，但可以通過增大顯示對比度對缺陷進行評價[17]。

4 超聲導波檢測

對管道本體的缺陷檢測采用SRT型超聲導波檢測儀，在去除保溫層的情況下，現場實驗根據不同管徑的大小，調整導環固定帶至適宜長度，使探頭與管道表面良好耦合，對低溫管道進行超聲導波檢測。由于超聲導波檢測技術的局限性，在彎頭、法蘭和支架處其信號會發生疊加而影響檢測結果的準確性，因此現場選用低溫管道的直管段進行檢測。

基于超聲導波的無損檢測技術可以更高效地對管道本體進行全面掃查，檢測管道覆蓋面積較大，同時幾乎不受管道外徑尺寸影響[18]。檢測時利用鐵鈷帶將傳感器與管道表面緊密貼合，選用扭力波激發模態[19，20]，以便獲得較高的分辨率，所得檢測結果如圖6所示。

由圖6可以看出，總體上波形中所包含的信號特征較少，僅存在管道焊縫、彎頭及法蘭等相對較明顯的信號特征，而其他信號特征在波形圖中并無清楚表達，且信號能量值偏小，導致無法準確判斷所測管件的相對完整性[21]。這主要是由于接收站內LNG管道表面溫度過低而導致傳感器性能無法正常發揮或傳感器與管道表面無法良好耦合，因此基于現有的技術條件，LNG站場內低溫管道的超聲導波檢測并不具備良好的可行性。

5 對比分析

以上4種無損探傷檢驗檢測方法的優缺點對比見表1，可以看出，DR檢測、脈沖渦流檢測和陣列渦流檢測均具有良好的檢測效果。DR檢測可精準標定缺陷位置且管道內部成像質量較高;脈沖渦流檢測效率高，可測保溫層厚度達200 mm;陣列渦流檢測可大面積掃查并直觀顯示。超聲導波對于LNG管道檢測效果不佳，且彎頭、法蘭和支架處檢驗受限，無法滿足管道表面缺陷評價的要求。

6 結束語

由于LNG接收站內管道的低溫特性，檢驗條件特殊，且國內外在LNG接收站內低溫管道的檢驗檢測方面標準規范并不完善，缺少相關經驗，應盡快補充，并滿足LNG接收站壓力管道的相關檢測要求，對保障在役LNG接收站低溫管道的安全運行具有重要意義。

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（收稿日期：2022-03-16，修回日期：2023-01-10）

Adaptability Analysis of Non?destructive Testing Methods

for Cryogenic Pipelines in LNG Receiving Stations

WU Bin1， ZHANG Hao2， ZHANG Da?wei1， LI Le?ming2， LIU Tong2，

LIU Zhen?dong， YUN Zhi?qiang2， LIU Ze?yuan2

（1. Sinopec Qingdao LNG Co.， Ltd.; 2. Shandong Special Equipment Inspection and Research Institute Co.， Ltd.）

Abstract" "In this paper， the DR testing， pulse eddy current testing， array eddy current testing， ultrasonic guided wave testing and other non?destructive testing methods were employed to investigate adaptability of LNG pipeline testing in low temperature environments. The experimental result show that，" "regarding the cryogenic pipelines with different diameters and insulation thicknesses， the above?said testing methods have different inspection effects respectively and they can provide guidance for the inspection of special equipment in low?temperature environments while eliminating potential safety hazards as soon as possible and ensuring their safe operation.

Key words" " cryogenic pipeline， NDT， adaptability analysis， LNG receiving station

基金項目：中國石油化工股份有限公司天然氣分公司2020年科研項目。

作者簡介：吳斌（1979-），高級工程師，從事天然氣長輸管道及LNG接收站總體運營管理工作。

通訊作者：贠智強（1995-），助理工程師，從事油氣管道系統安全方面工作，yzq9595@163.com。

引用本文：吳斌，張皓，張大偉，等.LNG接收站低溫管道無損檢測方法適應性分析[J].化工機械，2023，50（1）：26-31.