低頻導波檢測技術在輸油場站應用的效果分析

張 龍，趙盼婷，杜國強，趙 馨

（中國石油長慶油田分公司第三輸油處，寧夏銀川 750006）

姬塬外輸總站于2009 年11 月建成投運，站內工藝管網錯綜復雜。因前期未建設陰極保護系統和監測技術手段的缺乏，經過多年運行，站內管道腐蝕日益加劇，先后發生過多次原油泄漏事件，安全環保態勢的日益嚴峻，埋地管網腐蝕治理和防范工作刻不容緩。2022年為推進姬馬集輸作業區的建設，場站技術人員針對近年來站內埋地管線腐蝕泄漏情況進行了梳理排查，依據SY/T 0087.1—2018《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》、SY/T 0087.2—2012《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼制管道內腐蝕直接評價》等標準對站內管道進行風險等級分類，應用低頻導波檢測技術對高風險管段采取開挖驗證的方式進行檢測[1]。

1 低頻導波檢測技術及原理

1.1 低頻導波檢測技術的由來

MsS 技術（磁致伸縮效應）是自20 世紀90 年代初，由美國西南研究院（SwRI）的無損檢測團隊經過近20年的研究與開發，并取得多項美國專利技術的一種新型檢測技術。作為一種全新的、成熟的檢測技術，已經被廣泛應用于多種工業領域中，用于各種管網快速和低成本的檢測和長期狀態監測。

1.2 低頻導波檢測技術的原理和應用

MsSRv5 長距離超聲導波腐蝕檢測系統采用磁致伸縮效應（是指鐵磁性材料由于外加磁場的變化，其物理長度和體積都要發生微小的變化，這種現象稱為磁致伸縮效應）。

MsS 技術產生的是一種機械彈性波，能沿著結構件有限的邊界形狀傳播并被構件邊界形狀所約束、所導向，因而稱為MsS 超聲導波，MsS 超聲導波的產生主要基于鐵磁性材料的磁致伸縮效應，見圖1。

圖1 導波檢測原理示意圖

MsS 超聲導波在管道中有縱波、扭力波、彎曲波形三種模式，但在管道頻散曲線中唯有扭力波的聲速是恒定不變的，不隨MsS 超聲導波的頻率改變而變化，而且扭力波只在固體中傳播，管道內傳輸的液體對其傳播特性沒有任何影響，故MsS 技術在管道檢測中采用扭力波模式。

2 管道腐蝕位置預測及開挖點選取

管道腐蝕位置預測需結合站內工藝管道流程圖、站內管網建設資料、管道近年來失效情況以及管道內外腐蝕可能發生的區域進行。

2.1 管道內腐蝕

內腐蝕位置預測是通過識別管道中潛在積水或固體雜質的位置，并以此預測受檢管道最可能發生內腐蝕的位置。預測腐蝕位置前需收集管道公稱直徑、壁厚、材質、埋深、油品分析、操作工況等數據。內腐蝕主要影響因素有積水因素、固體雜質積聚因素、流動條件因素及微生物因素等[2]。

2.2 管道外腐蝕

考慮到姬塬外輸總站前期未針對站內管網建立陰極保護系統，管道外腐蝕主要受金屬材質、管線周圍環境因素、外防腐層狀況等影響，其中外腐蝕主要影響因素應為外防腐層狀況。

2.3 開挖點選取

本次導波泄漏檢測將在全站范圍內選取15 個點進行開挖驗證，如檢測過程中發現站內管道整體或該區域腐蝕嚴重，將適當增加開挖點，以達到預期效果。開挖點選取應結合調查資料中錯邊、咬邊嚴重的焊接接頭、使用中發生過泄漏的位置，并結合管道內腐蝕位置識別及外腐蝕位置識別選取管道低洼點、管道紊流變化處、無流動管件處、三通位置、外防腐層破損處及雜散電流干擾嚴重處等。

2.4 現場開挖后管道的內外腐蝕情況

施工人員現場開挖過后發現各處開挖點下方管道呈現了不同程度的腐蝕狀況，其中以未做防腐措施的全面腐蝕和管道內外部環境差發生的小孔腐蝕為主，管道腐蝕部位均呈現紅棕色。

3 現場檢測情況及檢測結果

3.1 現場檢測情況

現場檢測點基坑開挖后，為確保測量數據準確，對管道表面進行了簡單的處理，對15 處檢測點逐一實施了低頻導波檢測。

3.2 檢測結果

經過對檢測結果分析，15 處開挖驗證點中有7 處出現腐蝕缺陷信號，占總數的46.67%，下面選取3 處進行分析：（1）喂油泵出口匯管管段（表1）；（2）姬一聯進站管道后進地下彎頭管段（表2）；（3）聯絡線來油流量計進口匯管管段（表3）。

表1 喂油泵出口匯管低頻導波檢測

表2 姬一聯進站管道后進地下彎頭低頻導波檢測

表3 聯絡線來油流量計進口匯管低頻導波檢測

4 低頻導波檢測技術在輸油場站的實用性分析

4.1 MsS 超聲導波檢測技術的優點

（1）實用性強，檢測速度快。雖然MsS 超聲導波的傳播特性很復雜，但只要正確選擇MsS 超聲導波模式和頻率，并控制其傳播方向，MsS 超聲導波可以從其傳感器位置沿著管道快速傳播，瞬間完成幾十甚至上百米長管道的100%管道體積掃描檢測。

（2）檢測結果較為直觀，可以將檢測結果直接傳輸至設備顯示屏，便于技術人員第一時間讀取檢測情況，進行管道狀況分析。

（3）檢測設備簡單輕巧，機動性強，在場站內部應用時較為方便，不需開挖較大的基坑。

（4）檢測結果不受焊接接頭形式的影響，除對焊接縫外，還能檢測T 形接頭及所有角焊縫。

（5）對焊縫內危險性缺陷（包括裂縫、未焊透、未熔合）檢測靈敏度高。

（6）檢測過程后，易耗品極少，檢測成本低。

4.2 MsS 超聲導波檢測技術的缺點

MsS 超聲導波檢測出的缺陷是指腐蝕或裂紋所占管道橫截面積損失量的百分比（圖2），而不是沿壁厚方向的腐蝕深度和管道的真實厚度值，不能檢測出小的孤立的腐蝕坑，因此，具有以下局限性：（1）不能測量管道的真實殘余壁厚或最小壁厚；（2）不能區分管道的內外壁損傷；（3）不能確定缺陷的形狀和尺寸；（4）只能檢測深度大于壁厚70%的軸向裂紋；（5）不能穿越法蘭檢測。

圖2 可被檢測管道類型

靈敏度受其他因素影響。例如MsSRv5 長距離超聲導波腐蝕檢測系統的最高檢測靈敏度為0.7%，在實地檢測時，隨著管道腐蝕的嚴重程度增加，信號的衰減增大，系統的信噪比降低，其可靠靈敏度為2.0%～5.0%，而低于1%的腐蝕都被噪聲信號所淹沒無法發現（圖3）。

圖3 無法發現的缺陷類

5 結語

低頻導波檢測技術在輸油場站應用的優勢雖較為明顯，但也存在一定的缺點，僅對直管段的應用效果較為明顯，為確保管道所有部位得到有效檢測，建議同漏磁檢測、焊縫超聲相控陣檢測、壁厚測定等檢測方式一同應用，確保站內管道腐蝕減薄情況全面掌握，腐蝕泄漏風險得到有效管控和治理。