天然氣長(zhǎng)輸管道裂紋的無損檢測(cè)技術(shù)手段

張軒睿

西安三環(huán)科技開發(fā)總公司 陜西西安 710077

1 長(zhǎng)輸天然氣管道裂紋成因

1.1 冷裂紋

在長(zhǎng)距離天然氣管道中，熔合管線是冷裂紋發(fā)生的主要部位。硬化結(jié)構(gòu)是管道焊接接頭不可避免的結(jié)構(gòu)。這是導(dǎo)致熔合線處性能發(fā)生脆化的主要原因。應(yīng)該注意的是，在熱影響區(qū)會(huì)有大量的氫分子。這些氫分子會(huì)導(dǎo)致焊縫的韌性不斷降低。鋼管的缺陷集中后，會(huì)造成更大的局部壓力。，最終導(dǎo)致冷裂紋。延遲開裂是最常見的冷開裂類型。鋼管焊接中出現(xiàn)裂紋主要是受氫元素?cái)U(kuò)散的影響。

1.2 熱裂紋

管道在高溫作用下產(chǎn)生的裂紋是熱裂紋。這種裂紋一般位于管道焊縫內(nèi)部，但在長(zhǎng)距離天然氣管道的熱影響區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)一些熱裂紋。一般來說，熱裂紋有縱向、橫向或根部等多種表現(xiàn)形式。這些裂縫雖然有不同的表現(xiàn)形式，但都受到結(jié)晶作用的影響。在具體的焊接操作中，一旦管材中含有其他雜質(zhì)，焊接質(zhì)量就會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)焊接裂紋。再如，在熔池結(jié)晶過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象。在這種情況下，一旦焊接應(yīng)力較大，晶體被拉開后就會(huì)出現(xiàn)裂紋[1]。

1.3 再熱裂紋

在恒溫環(huán)境下，焊接件再加熱時(shí)出現(xiàn)的裂紋是指長(zhǎng)輸天然氣管道的再加熱裂紋。焊縫熔合線及其附近的粗晶區(qū)是出現(xiàn)再熱裂紋的主要區(qū)域。從焊趾到結(jié)晶區(qū)，溫度和預(yù)應(yīng)力都會(huì)對(duì)管道及其焊接部分產(chǎn)生影響。因此，在形成熱處理結(jié)晶過程中出現(xiàn)裂紋的可能性很大。

2 無損檢測(cè)方法在天然氣長(zhǎng)輸管道裂紋檢測(cè)中的實(shí)際意義

對(duì)于天然氣管道來說，常見的裂紋范圍比較廣，如過度疲勞引起的裂紋、氫氣引起的裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋等。上述裂縫的分布以縱向分布為主。在管道內(nèi)部，天然氣很容易暴露在更大的壓力下，并迅速擴(kuò)散。在此基礎(chǔ)上，容易出現(xiàn)管道開裂的問題。對(duì)于許多天然氣管道來說，要想很好地控制裂縫，就需要注意引進(jìn)先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)。但是，基于檢測(cè)技術(shù)，一般都比較復(fù)雜，特別是對(duì)于不同類型的裂縫，檢測(cè)方法也不盡相同。同時(shí)，不同的檢測(cè)方法也很難保證有足夠的適用范圍。因此，目前還沒有相應(yīng)的方法或策略出現(xiàn)，普遍適用于實(shí)際的管道裂縫檢測(cè)。現(xiàn)階段，管線檢測(cè)技術(shù)雖然不斷完善，但無損檢測(cè)技術(shù)仍難以全面實(shí)施。對(duì)于絕大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家來說，一般都是有競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展。經(jīng)過長(zhǎng)期的研究，天然氣管道技術(shù)在不斷改進(jìn)的同時(shí)也在逐步完善。然而，在長(zhǎng)輸管道運(yùn)行過程中，裂紋檢測(cè)一般難以全面實(shí)施。長(zhǎng)期以來，無損檢測(cè)一直是技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)。就我國(guó)而言，裂紋探測(cè)器還沒有開發(fā)出來。普遍缺乏技術(shù)和方法。在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)裂紋檢測(cè)的研究具有重要意義[2]。

3 無損檢測(cè)方法在天然氣長(zhǎng)輸管道裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1X 射線檢測(cè)法

X 射線檢測(cè)法是射線檢測(cè)的一種，其基本原理一般是：X 射線具有穿透不透光物體且能夠使膠片感光的特性來使其針對(duì)不同物體進(jìn)行照射，通過X 射線在穿透不同物體的各異衰減性所呈現(xiàn)的相應(yīng)變化，來進(jìn)行物體中的質(zhì)量檢測(cè)。例如：在穿過長(zhǎng)輸管道時(shí)對(duì)于不同材料的管道，其顯現(xiàn)的不同射線強(qiáng)弱可以判斷材料情況。X 射線檢測(cè)法一般應(yīng)用于對(duì)長(zhǎng)輸管道內(nèi)部是否有漏洞、氣泡以及夾渣的檢測(cè)中，是一種基于管道整體性的檢測(cè)方式，一般依據(jù)材料的厚度層級(jí)來調(diào)節(jié)射線能量。但由于X 射線衰減度的存在，通常其對(duì)于厚度較大物體的檢測(cè)效果不甚理想，此外在T 型結(jié)構(gòu)、焊接層、管道結(jié)構(gòu)確定等方面還存在不足，并且X 射線無法檢測(cè)出問題的具體位置。

3.2 超聲檢測(cè)法

超聲波探傷又稱脈沖反射超聲波探傷。其核心技術(shù)是利用超聲波在介質(zhì)內(nèi)部傳播。當(dāng)介質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，它會(huì)被完全或部分地反映出來。超聲波檢測(cè)常見場(chǎng)景：超聲波檢測(cè)可以有效確定焊接接頭內(nèi)部缺陷，對(duì)接觸面缺陷的檢出率很高，可以確定缺陷的空間位置。穿透能力比x 射線強(qiáng)。在實(shí)際使用中，當(dāng)檢測(cè)厚度大于100mm 時(shí)，可有效定位缺陷表面。超聲波檢測(cè)的局限性：當(dāng)焊接接頭材料為粗晶時(shí)，超聲波檢測(cè)方法無法有效監(jiān)測(cè)。同時(shí)，在檢測(cè)過程中很難確定缺陷本身的形狀，獲得的有效數(shù)據(jù)較少。同時(shí)，缺陷本身的特性無法得到有效的研究。

3.3 磁粉檢測(cè)法

磁粉檢測(cè)法的工作原理一般為：對(duì)于待檢構(gòu)件進(jìn)行磁化，磁力道在磁性結(jié)構(gòu)體內(nèi)部會(huì)由于不同的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同分布的情況，根據(jù)這種性質(zhì)，并依靠不同數(shù)據(jù)的對(duì)比，得出檢測(cè)結(jié)果。例如：在進(jìn)行長(zhǎng)輸管道的檢測(cè)時(shí)，通常借助漏磁手法來檢測(cè)物體表面的接連性。磁粉檢測(cè)法通常應(yīng)用于鐵磁材料表面開口處的問題檢測(cè)，此外，其在鐵磁性材料臨近表面處的結(jié)構(gòu)檢測(cè)也具有一定的效果。但由于磁性材料的局限性，磁粉檢測(cè)法一般不具備在非磁位置進(jìn)行檢測(cè)的能力[3]。

3.4TOFD 衍射時(shí)差超聲檢測(cè)法

TOFD 衍射時(shí)差超聲檢測(cè)法的常用場(chǎng)景：該方法能有效檢測(cè)焊接失效、氣泡、裂紋、焊接接頭位置未熔透的凹槽等多種缺陷，檢測(cè)成功率很高，并能檢測(cè)到相關(guān)缺陷的空間。位置定位，靈敏度很高，獲得的具體數(shù)據(jù)比較豐富，檢測(cè)數(shù)據(jù)可以遠(yuǎn)距離傳輸。TOFD 衍射時(shí)差超聲檢測(cè)法的局限性：焊接接頭表面及近表面缺陷檢測(cè)困難。晶體結(jié)構(gòu)粗糙的焊接接頭存在盲區(qū)。缺陷本身的特性更難以控制。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，天然氣工業(yè)發(fā)展迅速，天然氣管道鋪設(shè)范圍廣，輸送壓力大是顯而易見的。就無損檢測(cè)技術(shù)而言，屬于高新技術(shù)的范疇。特別是對(duì)我國(guó)來說，技術(shù)研究還需要不斷加強(qiáng)。只有這樣，才能充分避免油氣輸送過程中出現(xiàn)管道泄漏等不良現(xiàn)象。