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雙管齊下，承壓設備腐蝕檢測新思路

2021-05-28 15:36:26 作者：張小龍，張子健來源：腐蝕與防護分享至：

在承壓設備，特別是長距離且主要為直管段壓力管道的定期檢驗和年度檢查中，超聲導波檢測技術已逐步成為直管段母材內外壁腐蝕缺陷的主要檢測方法之一。超聲導波檢測具有避免大面積拆除包覆層、一次性檢測距離長、檢測效率高等優點。目前，國內超聲導波檢測主要參考的標準有GB/T 31211-2014，GB/T 28704-2012和DL/T 1452-2015。在這3項標準中均提到導波檢測的結果與評價，針對疑似缺陷或不可接受信號均需采用其他無損檢測方法進行驗證，而對帶有包覆層的壓力管道進行拆除包覆層復驗存在較大風險，這對檢測單位和業主單位都是不利的。

脈沖渦流檢測技術使用矩形波進行激勵，信號穿透能力強，可以實現無需拆除包覆層的在線非接觸式檢測，避免了因為拆除包覆層導致的原包覆層損壞，使用脈沖渦流技術對超聲導波檢測的可疑點進行復驗是一種有效且可靠性較高的方法，兩種無損檢測方法的結合使用既提高了檢測效率，又具有較高的可靠性。

基于這兩種無損檢測方法的組合使用，寧波市勞動安全技術服務公司、寧波市特種設備檢驗研究院和杭州浙達精益機電技術股份有限公司的技術人員采用對比試塊進行了檢測，最后在現場進行了應用。

1 超聲導波檢測

首先在實驗室進行對比試塊的檢測，采用國產超聲導波檢測系統，該系統主要由MSGW30型超聲導波檢測儀、上位機和檢測探頭等組成。檢測系統可對管、板、纜索等大范圍結構件進行12~250kHz的寬頻掃查，并可進行頻掃圖像顯示、A掃信號顯示和包絡顯示，可對A掃信號進行DAC（距離-波幅曲線）分析。

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圖1 超聲導波檢測系統組成示意

圖2 小型柔性化換能器外觀

考慮到試塊需加工內部球孔缺陷，所以取管道原長度的1/2進行加工，由于無法采用傳統線圈探頭進行檢測，所以采用特制板波探頭進行檢測，換能器的設計分為柔性和硬性兩部分，其中硬性設計的主要功能是信號的輸入輸出、保護換能器、方便操作人員使用等；柔性部分的主要功能是激勵和接收導波信號。

試驗采用的管道球孔缺陷試塊，外徑為159mm，壁厚為10mm，球孔深度分別為壁厚的20%，40%，60%，80%。

圖3 球孔缺陷試塊結構示意

超聲導波檢測工藝為：掃頻范圍42~90kHz，檢測頻率74kHz，檢測范圍0~2m，檢測波形為T波，采樣間隔100ms，波速3150m/s，平均次數為10次。

圖4 對比試塊的超聲導波檢測結果

根據圖4對導波檢測結果進行分析，統計得到檢測數擬如下表所示。

表：對比試塊的超聲導波檢測數據

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由表中數據可以看出，超聲導波對缺陷的定位具有較高的準確性，最大誤差僅為2.4%，但是對于缺陷大小的定量，隨著缺陷深度的增加，定量數據的可靠性減小，且若存在缺陷（非圓周缺陷）位于同一條直線上時，誤差會進一步增大。

目前，超聲導波檢測的DAC曲線的現場應用還不是很廣泛，GB/T 31211-2014和GB/T 28704-2012這兩個標準均提及了超聲導波對比試塊和靈敏度校準，其中對比試塊應采用與被檢構件材料性能及幾何形狀相同或相近的材料制作，并在實驗室實測繪制DAC曲線，但在現場檢測中還存在以下問題，石油化工行業管道尺寸、規格、材料、種類等較多，且一般都存在焊縫、支架、彎頭等結構，標準要求的對比試塊和靈敏度校準在實際操作時具有一定困難，且沒有考慮到管道彎頭對信號衰減的影響?；谝陨蠋c，導波DAC曲線的應用受到一定的限制，因此目前導波檢測的關注點還主要集中在缺陷的定位上，定量主要采用其他無損檢測方法進行復驗。

2 脈沖渦流檢測

在實驗室中采用Lyft-GD型脈沖渦流保溫層下腐蝕成像儀，探頭型號為PEC-098-G2，該設備具有以下主要性能特點：實時C掃描成像；同時支持點陣式測量與編碼動態測量；快速數據采集；可檢測工件厚度達100mm，包覆層厚度最大達300mm，可檢測防雨罩材料包括鋁、不銹鋼以及鋅鐵皮；CWT算法（壁厚補償工具）可有效地改善檢測結果的準確性。

采用如圖3所示球孔缺陷試塊進行脈沖渦流檢測，使用Eddyfi的網格墊來定位，采用聚氨酯泡沫模擬管道包覆層，厚度設為60mm，具體檢測工藝為：探頭覆蓋長度63.3mm，掃查方式為單點網格，提離距離60mm，校準方式采用設備內置的Smart PULSE，A掃開始時間5.9ms，A掃持續時間163ms，采集速率1.15Hz，濾波頻率60Hz。

采用C掃成像模式，用壁厚百分比進行結果統計，檢測結果如下圖所示。

圖5 球孔試管的脈沖渦流C掃結果

根據圖5可知，通過脈沖渦流C掃結果可以明顯發現試管中的4個球孔缺陷，缺陷檢出位置與預制位置相同，且壁厚百分比與缺陷實際尺寸具有一一對應關系，80%球孔壁厚百分比最小為83.8%，20%球孔缺陷壁厚百分比最小為98.5%。

值得注意的是，由于脈沖渦流檢測原理是對有缺陷的區域進行檢測，而不是對單個數據點進行檢測，所以壁厚百分比不能體現出真實腐蝕當量，但存在一定的比例關系，可以輔助判斷缺陷大小，對缺陷的精確定量還需采用其他無損檢測方法進行確認，該結論可以從脈沖渦流檢測原理中幾個關鍵參數的計算來解釋。

覆蓋長度（FP）是描述空間信號分布的主要變量，其可以通過探頭大小和提離高度來計算。

FP=（0.65×L0）+FP0

式中：L0為提離高度，包含保溫層、防雨罩、涂層厚度等；FP0為提離高度為0時，探頭的覆蓋長度，不同的采集分辨率由不同的探頭覆蓋長度確定，小尺寸探頭具有更好的檢測分辨率。

平均區域面積（AΦ）是平面狀態下探頭響應90%的區域，平均區域和覆蓋長度密切相關。

AΦ=FP×1.8

脈沖渦流可檢測的最小缺陷是覆蓋長度區域內部體積的15%。

脈沖渦流采集的實際信號為標稱壁厚信號和缺陷信號的綜合結果，當缺陷尺寸小于覆蓋的平均區域時，脈沖渦流檢測將低估缺陷的尺寸；當缺陷尺寸大于覆蓋的平均區域時，脈沖渦流檢測將會獲得準確的測量結果。

3 現場應用

現場檢測的管道為某煉化企業焦化裝置的一條附塔管線，公稱直徑400mm，壁厚10mm，有保溫層，工作溫度110℃，工作壓力0.85MPa，根據檢驗預定表進行超聲導波檢測，根據導波包絡信號進行判斷，發現距離支架0.64m處存在小面積腐蝕，隨即采用脈沖渦流進行復驗，拆除保溫層后進行宏觀檢查，發現該處為小面積保溫層下腐蝕，超聲導波檢測結果如下圖所示。

圖6 附塔管線超聲導波檢測結果

根據圖6可以看出，整個超聲導波檢測覆蓋范圍為40m，檢測結果具有較高的信噪比，能發現明顯的特征波形，注意到+6.4m處存在超過10%波幅的信號，采用脈沖渦流進行復驗，結果如下圖所示。

圖7 附塔管線脈沖渦流復驗結果

由圖7可以看出，通過脈沖渦流C掃成像，確認在支架+0.64m處存在最大腐蝕當量為13.6%的面積狀腐蝕，經現場拆除包覆層后，發現為保溫層下面積狀腐蝕，采用焊縫檢驗尺對凹坑深度進行測量，發現最大深度為3.0mm，腐蝕當量為30%，基于脈沖渦流檢測原理，這一數值大于脈沖渦流測量值。

4 結語

采用超聲導波和脈沖渦流技術對球孔試管和現場壓力管道進行了檢測，結果表明，超聲導波能快速篩查管道母材存在的內外壁腐蝕缺陷，脈沖渦流技術能在免拆除包覆層的情況下對超聲導波檢測結果進行復驗，防止偽缺陷的干擾，提高了超聲導波檢測結果的可靠性。這兩項技術的結合可為在線快速、大面積檢測壓力管道母材腐蝕提供新的檢測思路。

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