天然氣站場承壓類特種設(shè)備定期檢驗方法探討

沈非 劉新萬 廖葳

摘? ?要： 對天然氣站場內(nèi)承壓類特種設(shè)備的定期檢驗是安全運行的基礎(chǔ)，其檢驗方法需要保持設(shè)備最小損傷或無損傷。通過設(shè)備損傷模式的歸納，表明設(shè)備可能產(chǎn)生的損傷模式主要包括：腐蝕、介質(zhì)沖刷造成的壁厚減薄和機械損傷造成的新生裂紋缺陷;通過探討有無涂層和不同涂層厚度對檢測結(jié)果的影響，表明在檢測面保留不超過0.5 mm厚度的防腐涂料層進行磁粉檢測和超聲波檢測，可以更高效、更安全地實現(xiàn)無損檢測，滿足定期檢驗、保證設(shè)備質(zhì)量的要求;通過電流衰減法檢測埋地鋼質(zhì)管道防腐破損點時，信號加載方式改用“回路法”，對較短管道和有信號干擾的檢測環(huán)境非常有效。提出了有針對性的檢驗建議，可供同行參考。

關(guān)鍵詞： 天然氣站場;承壓類特種設(shè)備;定期檢驗;防腐涂料層;電流衰減法;“回路法”

引言

天然氣分輸、調(diào)壓站場（以下簡稱“站場”），是為了使長輸管道或者城市高壓主管道進入城市后，實現(xiàn)分輸和調(diào)壓而建設(shè)的。圖1所示是一所燃機電廠天然氣調(diào)壓站場內(nèi)承壓類特種設(shè)備（以下簡稱“設(shè)備”）布置的簡圖。站場內(nèi)設(shè)備主要包括壓力容器和壓力管道，根據(jù)工藝要求的不同，緩沖罐、過濾器、加熱器等壓力容器在功能上存在一些差別。在這些設(shè)備的定期檢驗規(guī)則中，對檢驗現(xiàn)場條件和檢驗環(huán)境安全都有明確要求，例如，無法進行內(nèi)部檢驗的壓力容器，應(yīng)當采用安全、可靠的外部檢測技術(shù)（例如內(nèi)窺鏡檢測、超聲波檢測等）;首次檢驗的管道，應(yīng)當按照焊接接頭數(shù)量的一定比例（GC1類15%，GC2類10%）進行埋藏缺陷的檢測;檢驗人員提出質(zhì)疑的部位，需要進行表面無損檢測等[1-2]。在以上檢測方法中，表面無損檢測和超聲波檢測要求把檢測面打磨至一定光潔度[3]，且設(shè)備氣體置換必須在站場停運狀態(tài)下進行，但是檢測面打磨屬于站場內(nèi)動火、用電，設(shè)備氣體置換條件也并不十分現(xiàn)實。帶防腐涂料層（以下簡稱“涂層”）的磁粉檢測和超聲波檢測研究已開展數(shù)年，但是目前沒有相關(guān)的實踐應(yīng)用報道。此外，較短距離和信號干擾環(huán)境下的埋地鋼質(zhì)管道防腐破損檢測方法的理論分析與實踐應(yīng)用，是現(xiàn)有電流衰減法檢測技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的迫切需要。本文結(jié)合筆者的多年檢驗實踐工作，對設(shè)備可能產(chǎn)生的損傷模式進行分析，從而探索磁粉檢測、超聲波檢測以及埋地鋼質(zhì)管道防腐破損檢測等更為行之有效的檢驗檢測方法。

1? 設(shè)備損傷模式分析和檢測方法優(yōu)化比選

1.1? 設(shè)備損傷模式分析

站場內(nèi)正常使用的設(shè)備可能產(chǎn)生的損傷模式主要有兩種。

第一是外部、內(nèi)部腐蝕或者內(nèi)部介質(zhì)沖刷造成的壁厚減薄[4]，分別體現(xiàn)為涂層破損處產(chǎn)生的外部腐蝕和埋地鋼質(zhì)管道防腐破損處產(chǎn)生的局部腐蝕，或者內(nèi)部氣體在彎頭和容器對側(cè)產(chǎn)生沖刷造成的壁厚減薄。這類缺陷可以通過局部的超聲波測厚或者超聲波直探頭縱波掃查檢測來發(fā)現(xiàn)。特別地，埋地管道腐蝕與防腐層的破損有關(guān)，因此需要首先使用電流衰減法進行地面檢測，尋找到破損點，再檢查局部腐蝕情況。

第二是機械損傷產(chǎn)生的新生裂紋缺陷[4]。這類缺陷產(chǎn)生在應(yīng)力集中部位，如焊接接頭、彎頭、變徑等部位，主要是由幾何形狀和冶金顯微結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性造成的。應(yīng)力的來源主要包括大氣溫度變化產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、壓力產(chǎn)生的周向應(yīng)力，以及氣流變化使設(shè)備產(chǎn)生的振動（交變應(yīng)力）等。

1.2? 檢測方法優(yōu)化比選

在優(yōu)化比選檢測方法時，測厚部位、無損檢測抽查部位的選擇，要考慮章節(jié)1.1中損傷模式可能發(fā)生的部位。在用設(shè)備新生裂紋缺陷是“活動的”，是危害最大的設(shè)備缺陷。表面缺陷最好的檢測方法是磁粉檢測（MT），其次是滲透檢測（PT）和渦流檢測（ET）。埋藏缺陷最好使用超聲波檢測。裂紋、未熔合等面型缺陷需要非常高的檢測靈敏度，推薦使用相控陣超聲波檢測（PAUT）。PAUT對缺陷的長度、深度、高度均具有較高的檢測精度，比射線檢測（RT）、傳統(tǒng)超聲檢測（UT）、超聲波衍射時差法（TOFD）等方法效果更好[5]。

綜上，損傷模式分析和檢測方法流程圖如圖2所示。

2 檢測面帶涂層無損檢測

站場內(nèi)設(shè)備外防腐在施工驗收時，對涂層的干膜厚度、附著力、耐鹽霧性、耐沖擊性等技術(shù)性能指標有相應(yīng)的規(guī)定。常溫下涂層的結(jié)構(gòu)主要有環(huán)氧富鋅底漆或高固體份環(huán)氧底漆—環(huán)氧云鐵中間漆—丙烯酸聚氨酯涂料、交聯(lián)氟碳涂料或熱反射涂料。根據(jù)設(shè)計壽命和環(huán)境腐蝕性不同，涂層總干膜厚度最低要求是大于或等于100 μm，最高要求是大于或等于320 μm，并且不超過規(guī)定值的3倍[6]。在兩個檢驗周期（10年）以內(nèi)的設(shè)備，表面涂層厚度大約是0.1～0.5 mm。正是涂層具有的上述性能，使得涂層與金屬表面結(jié)合堅固，機械清除非常困難。

2.1? 有無涂層狀態(tài)下的檢測比對

使用CTS-PA22B型相控陣超聲波檢測儀，在有涂層和無涂層的狀態(tài)下，對同一反射體上進行比對試驗。自制0.2 mm厚的涂層（多個），用機油將其耦合累加到探頭與試塊之間，并使用相同常規(guī)檢測參數(shù)，在IIA試塊上對同一反射體進行測試。結(jié)果表明：測量到的反射體位置基本沒有變化，或者說偏差可以忽略;超聲波透過涂層時會產(chǎn)生一定衰減，由圖3所示無涂層和0.6 mm涂層的狀態(tài)可知，涂層每增加0.2 mm，需要補償2.0～3.0 dB，才能與無涂層測試條件下的反射波幅相當， 并且雜波波幅低于滿屏的20%。

聲波有效地透過涂層是檢測方法得以實現(xiàn)的關(guān)鍵。從外觀上檢查涂層有無起皮、鼓泡、剝離、龜裂等現(xiàn)象，對表面涂層不平整、厚度過大或者龜裂的部位要進行必要的打磨修整，保障探頭與檢測面的有效耦合和聲波透過。同理，可以使用帶涂層超聲波測厚儀和超聲波縱波直探頭，檢測設(shè)備局部的腐蝕或沖刷造成的壁厚減薄。

2.2? 涂層厚度對檢測結(jié)果的影響

用膠帶模擬表面涂層，A1-60/100靈敏度試片刻痕向上，用ZCM-DU1205型號便攜磁粉機噴灑磁粉，當膠帶厚度達到0.40 mm時，仍然可以觀察到試片刻痕在涂層上的磁痕顯示。A1-30/100靈敏度試片刻痕向上，當膠帶厚度達到0.25 mm時，涂層上的磁痕顯示已經(jīng)不清晰。結(jié)果表明，磁粉檢測面允許的涂層厚度與模擬缺陷表面向下的深度（實際狀態(tài)的表面裂紋自身高度）有直接關(guān)系，缺陷自身高度越大，檢出缺陷所允許的涂層厚度越大。

定期檢驗以符合性檢驗和驗證性檢驗為目的，而附加的無損檢測主要以發(fā)現(xiàn)壁厚減薄和新生裂紋缺陷為目的，更加注重實用性和可操作性。檢測時，建議設(shè)備檢測面保留的防腐涂層厚度在0.5 mm以內(nèi)，超聲波檢測表面至少補償9 dB，若發(fā)現(xiàn)可疑缺陷，要先定性，必要時再將表面涂層清除后定量。

3? 基于“回路法”信號加載的埋地鋼質(zhì)管道防腐破損點檢測

3.1? 原有方法局限性分析

在埋地鋼質(zhì)管道定期檢驗中，主要工作是檢測防腐層的老化程度和破損點。管道外防腐層地面檢漏測量方法較多，其中電流衰減法（也稱為PCM檢測法）是典型方法，較其他方法具有使用更方便、操作更直觀等優(yōu)點。

由于站場防雷與防靜電的要求，站場內(nèi)地面管道和所有設(shè)備都要求接地。因此，加載檢測信號的方法通常是，接線端一端接到管道上，另一端通過打地樁或者接到公用地線接地。這樣的后果是，站場內(nèi)的所有金屬設(shè)備都有檢測信號存在，都可能是檢測信號的干擾源，使檢測工作無法實施。

3.2? 信號加載改進

利用站場內(nèi)管道較短這一特點，我們使用一種稱之為“回路法”的信號加載方法，其原理是將橇體絕緣接頭的管道側(cè)與進、出站場管道閥門之間用導(dǎo)線連接，在管道和導(dǎo)線之間形成一個閉合回路，如圖4所示。理論上，如果沒有防腐破損，所有管道上方探測到的電流都應(yīng)該相同，因此實際探測時，在無支管和搭接的情況下，任何一點測量電流的衰減，都可以使該點被判定為管道防腐破損點[7]。測量電流衰減的程度與防腐破損點大小不成比例關(guān)系，與周圍土壤的導(dǎo)電率有較大關(guān)系。

這種防腐破損點定位方法的準確性，在筆者的多年檢驗實踐工作中得到驗證。理論分析這種檢測方法具有可行性的原因是，信號發(fā)生器產(chǎn)生的128 Hz交流電信號，會從管道兩端交替輸入到金屬管道內(nèi)，防腐完好管段的測量值會準確穩(wěn)定地反映管道內(nèi)的電流值，防腐層破損處管道電流會漏向土壤，對管道內(nèi)電流有分流的作用。發(fā)現(xiàn)破損點后，要挖探坑，檢查管道腐蝕情況，評價防腐層老化程度、土壤腐蝕性、犧牲陽極保護效果等，完成安全狀況等級評定。

4? 結(jié)論和建議

本文對天然氣站場內(nèi)承壓類特種設(shè)備定期檢驗方法進行了探討，主要結(jié)論和建議有：

（1）在對天然氣站場承壓類特種設(shè)備進行無損檢測時，建議允許檢測面帶防腐涂料層。檢測面在保留一定厚度（≤0.5 mm）防腐涂料層的狀態(tài)下進行磁粉檢測和超聲波檢測，能夠滿足定期檢驗的質(zhì)量要求。在用特種設(shè)備定期檢驗可以參照此方法。

（2）在對埋地鋼質(zhì)管道外防腐層使用電流衰減法進行檢測時，建議采用筆者提出的“回路法”檢測信號加載，以有效實現(xiàn)管道較短、信號干擾較大等特殊情況下防腐破損點的準確定位。

本文所述檢驗檢測方法，在筆者從事的檢驗工作中都有成功案例，是按照國家標準進行的探索性試驗，但不能作為標準的檢驗檢測技術(shù)進行使用。

參考文獻

[1] 壓力管道定期檢驗規(guī)則： 工業(yè)管道： TSG D7005-2018[S].

[2] 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程： TSG 21-2016[S].

[3] 承壓設(shè)備無損檢測： NB/T 47013-2015[S].

[4] 承壓設(shè)備損傷模式識別： GB/T 30579-2014[S].

[5] 李新蕾， 鄒偉光， 莫永興， 等. 無損檢測技術(shù)對比研究[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2018， 5（2）： 102-105.

[6] 石油天然氣站場管道及設(shè)備外防腐層技術(shù)規(guī)范： SY/T 7036-2016[S].

[7] 埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測量方法： GB/T 21246-2016[S].