在役天然氣管道分層缺陷的檢測(cè)判定

鄧 勇，吳冠霖，宋立兵

（1.四川出入境檢驗(yàn)檢疫局，成都 610041；2.西南油氣田分公司 安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院 管道及特種設(shè)備檢測(cè)評(píng)價(jià)中心，成都 610213；3.成都艾因蒂克檢測(cè)設(shè)備有限公司，成都 610031）

在役天然氣集輸管道應(yīng)定期進(jìn)行安全檢測(cè)及評(píng)價(jià)以保障管道的安全運(yùn)行［1］。由于四川大部地區(qū)屬于丘陵地帶，在對(duì)川內(nèi)某埋地原料氣集輸管道進(jìn)行內(nèi)腐蝕檢測(cè)時(shí)，根據(jù)管道走向，主要對(duì)管道彎曲部位，特別是向上彎曲、管段內(nèi)易積水、易沖刷的部位進(jìn)行了開挖直接檢測(cè)，即在檢測(cè)管道外防護(hù)層后去除外防護(hù)層，對(duì)鋼管本體采用金屬磁記憶、聲發(fā)射、超聲波測(cè)厚、超聲波探傷及X射線探傷等綜合檢測(cè)。

管道材質(zhì)為20號(hào)無縫鋼管，規(guī)格為φ108mm×6mm，長(zhǎng)度為2.16km。

管道輸送介質(zhì)為原料氣，其中H2S含量26.01g／m3，CO2含量14.42g／m3，酸性氣體含量較高；污水礦化度為219.67g／L、氯離子含量為133.60g／L。

管道于2005年建成投運(yùn)，采用埋地敷設(shè)，絕大部分埋在地下，溫度處于15～35℃之間；設(shè)計(jì)輸送量10.4×104m3／d，設(shè)計(jì)壓力6.4MPa；采用石油瀝青防腐，未采用陰極保護(hù)措施，因此管道風(fēng)險(xiǎn)較高。

在使用超聲波測(cè)厚儀對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)腐蝕檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)某處壁厚僅為2.05mm（在鋼管橫截面的1點(diǎn)鐘位置），而附近管道壁厚正常，為6mm左右。該壁厚異常處位于直管段，遠(yuǎn)離焊縫，聲發(fā)射及磁記憶檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)異常。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該類管線的失效通常為硫化氫和二氧化碳腐蝕所致，多表現(xiàn)為應(yīng)力腐蝕裂紋或點(diǎn)狀腐蝕［2－3］。檢測(cè)結(jié)果表征該處疑似點(diǎn)狀腐蝕，如果剩余壁厚已減至2.05mm，則該處將有泄漏穿孔的可能，容易造成安全事故。

1 檢測(cè)方案

為全面分析該處缺陷，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，制定了檢測(cè)方案（圖1），采用ISONIC2006聲定位超聲波探傷系統(tǒng)和數(shù)字X射線檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行相互驗(yàn)證。

圖1 掃查位置示意圖

首先用φ10mm 5MHz雙晶直探頭對(duì)該處（圖1中A點(diǎn)）附近管道進(jìn)行C掃描腐蝕成像，以檢測(cè)該管段的總體腐蝕情況；再針對(duì)該處采用4MHz 60°8mm×9mm斜探頭，沿管子軸向做多次不同距離的二維平行掃查（聲束與軸向垂直），以確定缺陷的軸向尺寸和深度尺寸；最后在缺陷處沿管子周向掃查（聲束與軸向垂直），以確定缺陷周向尺寸并確認(rèn)該缺陷是否存在開口，如果為開口缺陷，則應(yīng)產(chǎn)生內(nèi)壁尖角的反射信號(hào)。

為驗(yàn)證超聲波檢測(cè)結(jié)果，采用英國(guó)生產(chǎn)的DR7700L實(shí)時(shí)成像DR系統(tǒng)對(duì)該處進(jìn)行射線檢測(cè)（射線源為美國(guó)生產(chǎn)的XRS3脈沖源），以確定該缺陷的周向尺寸（即寬度），彌補(bǔ)超聲波直探頭由于缺陷反射面不夠（不垂直）而只能測(cè)到一個(gè)點(diǎn)信號(hào)的不足。

2 檢測(cè)結(jié)果

圖2為C掃描腐蝕成像：管道有腐蝕發(fā)生，腐蝕坑最深處剩余壁厚約為5.7mm，未發(fā)現(xiàn)成片的異常減薄情況。圖3為軸向二維掃查結(jié)果，其缺陷信號(hào)非常明顯，總體與鋼管表面平行。圖4為圖3中缺陷掃查位置的A掃描情況，波峰高度約為67%；管子周向斜探頭掃查沒有發(fā)現(xiàn)其它缺陷信號(hào)。圖5為射線垂直透照結(jié)果，可見確實(shí)存在一個(gè)條狀的缺陷（圖中微微發(fā)白區(qū)域），圖中標(biāo)注了缺陷的兩個(gè)寬度最大部位的尺寸（2.08～3.15mm）。

3 討論分析

超聲波測(cè)厚儀最初在一個(gè)點(diǎn)測(cè)得壁厚異常減薄，疑似點(diǎn)狀腐蝕。點(diǎn)狀腐蝕多發(fā)生在不銹鋼部件上［4］；而碳鋼件多發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕，表現(xiàn)形式多為應(yīng)力裂紋，但不論是哪種腐蝕都具有開口性，即在內(nèi)壁應(yīng)存在開口。從圖2檢測(cè)結(jié)果可以看出，該管段存在較均勻的腐蝕減薄，但并不嚴(yán)重，有效壁厚接近6mm；圖3為斜探頭二維面掃描，從一次波的形態(tài)看，缺陷很明顯，離外表面距離約為2mm，缺陷本身有一定的厚度，接近0.4mm，長(zhǎng)度約為20mm，斜探頭周向掃查證實(shí)了不是開口性缺陷，而是一個(gè)封閉的缺陷，不是從內(nèi)表面腐蝕進(jìn)去的，該缺陷總體與鋼管表面平行，類似于分層（如圖6所示的分層缺陷）。由于分層缺陷較小，且分布形態(tài)平行于管壁，金屬磁記憶和聲發(fā)射方法均未能發(fā)現(xiàn)任何信號(hào)。

圖6 其它材料的分層缺陷橫斷面

DR系統(tǒng)顯示與傳統(tǒng)膠片正好相反，缺陷為一微微白亮區(qū)域。從對(duì)比度來看，缺陷區(qū)域厚度與其它區(qū)域差距不大。由射線檢測(cè)圖像可以看出，該缺陷邊緣平直，寬度約為2.08～3.15mm。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，初步認(rèn)為缺陷為分層缺陷。為了提高檢測(cè)靈敏度，仔細(xì)判斷是裂紋類缺陷還是分層，在直探頭的C掃描腐蝕成像和斜探頭掃查中沒有使用標(biāo)準(zhǔn)SY／T 6423.7—1999標(biāo)準(zhǔn)［5］所推薦的φ10mm平底孔或矩形槽缺陷作為檢測(cè)靈敏度（因?yàn)橛迷摌?biāo)準(zhǔn)的靈敏度找不到所述缺陷），而是根據(jù)缺陷性質(zhì)和形狀，采用φ2mm平底孔和橫通孔反射信號(hào)作為基準(zhǔn)靈敏度，提高6dB作為掃查靈敏度進(jìn)行掃查。由于ISONIC2006聲定位超聲波探傷系統(tǒng)能掃查自動(dòng)記錄缺陷（圖3），結(jié)合圖4所示每一個(gè)位置的A掃描記錄直接可以測(cè)量出缺陷的尺寸，結(jié)合射線掃查的記錄（圖5），確定缺陷最大尺寸為20mm×3.04mm×0.4mm，總的形態(tài)平行于鋼管表面。

一般來講，無損檢測(cè)可以確定缺陷的位置和尺寸，但是確認(rèn)缺陷的性質(zhì)較為困難。根據(jù)缺陷所處的位置和形狀，是否存在開口，以及在工況介質(zhì)的情況下材料產(chǎn)生腐蝕坑或腐蝕裂紋的形態(tài)與現(xiàn)在形態(tài)作比較，再結(jié)合管鋼的生產(chǎn)工藝過程，綜合判定該缺陷為分層缺陷。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和管道運(yùn)行參數(shù)，按所處地區(qū)等級(jí)進(jìn)行強(qiáng)度核算，核算結(jié)果顯示該管道最小壁厚應(yīng)＞2.21mm，目前鋼管除去分層缺陷以外的內(nèi)壁有效壁厚還有近4mm，可以安全運(yùn)行。

隨著科技的發(fā)展，TOFD無損檢測(cè)新技術(shù)對(duì)裂紋類缺陷可以進(jìn)行判斷，但是對(duì)于這種薄壁小口徑管道難以采用；對(duì)于點(diǎn)蝕缺陷或裂紋類缺陷用靈敏度較高的相控陣探頭檢測(cè)效果也不錯(cuò)，但同樣由于口徑小弧度大，需要解決耦合問題，也即采用曲面相控陣超聲探頭［6］，不宜使用平面或矩陣探頭，并且針對(duì)不同缺陷的性質(zhì)和形狀需要制作一些特殊試塊，以確定檢測(cè)靈敏度和判定標(biāo)準(zhǔn)。目前我國(guó)已建設(shè)完成大量的長(zhǎng)距離輸送管線，盡快將無損檢測(cè)的新技術(shù)新設(shè)備用于快速準(zhǔn)確的日常檢測(cè)工作中，通過大量的積累檢測(cè)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，建立一套與之相適應(yīng)的檢測(cè)和判定標(biāo)準(zhǔn)還有很多工作要做。

4 結(jié)論及建議

（1）鋼管外壁采用了有效的外防腐措施，檢測(cè)時(shí)拆除外防護(hù)層后表面光滑無腐蝕，總體防護(hù)情況良好。

（2）通過多種無損檢測(cè)方法的檢測(cè)分析，缺陷判定為一個(gè)類似于分層的封閉性缺陷，屬于鋼管生產(chǎn)過程中造成的冶金缺陷，不是天然氣腐蝕造成；目前不影響管道運(yùn)行安全，但應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，觀察發(fā)生的變化。

（3）建議條件允許時(shí)更換該段管道，對(duì)缺陷進(jìn)行解剖分析，證實(shí)缺陷的真實(shí)性，積累管道腐蝕檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)。

［1］Q／SY 93—2004 天然氣管道檢驗(yàn)規(guī)程［S］.

［2］閆鳳芹.硫化氫應(yīng)力腐蝕原理與防護(hù)措施［J］.煉油與化工，2009（1）：38－42.

［3］胡興民.濕氣輸送天然氣管道腐蝕檢測(cè)與安全性分析［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005（11）：37－41.

［4］吳劍.不銹鋼的腐蝕破壞與防蝕技術(shù)［J］.腐蝕與防護(hù)，1997（1）：38－42.

［5］SY／T 6423.7—1999 管道分層缺陷的判定［S］.

［6］李衍.小徑管焊縫相控陣超聲檢測(cè)新動(dòng)態(tài)［J］.無損檢測(cè)，2009，31（1）：6－10.