韓方勇 李金武 王一帆 朱麗麗

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.北京西管安通檢測技術(shù)有限責(zé)任公司）

0 引言

在石油天然氣工業(yè)的油氣集輸和注水管道中，由于輸送介質(zhì)存在嚴(yán)重的腐蝕性，一些鋼質(zhì)管道常常會因?yàn)閮?nèi)腐蝕造成管道穿孔泄漏。玻璃鋼管由于耐腐蝕性好、內(nèi)壁光滑、流體阻力小、對輸送介質(zhì)無二次污染、保溫性能好、工程造價(jià)低等特點(diǎn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用［1-2］。近年來，中國石油天然氣股份有限公司（簡稱中國石油）各油氣田在用非金屬管道總長度近4×104km，其中玻璃鋼管約占非金屬管道總量的60%，是非金屬管材在油氣田應(yīng)用的主要類型。

玻璃鋼管由增強(qiáng)材料玻璃纖維和基體樹脂制作而成，基體樹脂一般為熱固性的不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯化樹脂。玻璃鋼管雖然在材料性能上有優(yōu)勢，但在生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲、施工安裝（連接）、試壓等過程中會出現(xiàn)各類缺陷，其常見的質(zhì)量問題包括接頭滲漏、機(jī)械損傷、樹脂缺失（脫黏，膠黏不足）、裂紋、分層、孔隙等。

目前，玻璃鋼管的無損檢測方法主要為目視檢查和厚度測量，沒有科學(xué)的針對缺陷的無損檢測措施。由于缺乏有效的無損檢測方法，這些缺陷就會成為玻璃鋼管失效的起源，進(jìn)而造成玻璃鋼管道的滲漏、泄漏、斷裂、應(yīng)力破壞等失效事件，帶來了潛在的安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)［3-5］。即便是對質(zhì)量和安全十分重視的核電領(lǐng)域，在玻璃鋼管的安裝中，也因?yàn)闄z測手段的缺乏，只是采取了目視檢查的手段［6］。

近年來，國外對采用微波進(jìn)行非金屬管材無損檢測進(jìn)行了較為深入的研究，開發(fā)了相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備，微波檢測技術(shù)已基本成熟并開始進(jìn)行商業(yè)化推廣。在美國，微波檢測技術(shù)已在玻璃鋼管、高密度聚乙烯管、風(fēng)電葉片、復(fù)合材料、橡膠膨脹接頭等領(lǐng)域得到了應(yīng)用［7-10］。微波檢測作為一種新的非金屬材料無損檢測方法，于2016年被收錄到美國無損檢測學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)中。

1 微波檢測技術(shù)

1.1 微波檢測原理

微波是一種干涉波，其波長為厘米級，頻率為0.3～300 GHz。微波具有穿透非金屬材料的特性，其與非金屬材料存在相互作用，這是微波檢測的理論依據(jù)［11］。使用微波檢測技術(shù)檢測非金屬材料的頻率范圍為 5～50 GHz［12］。

微波在非金屬材料中傳播時，在材料界面的反射波和入射波會形成駐波。在不同的界面，包括物體前后表面、物體中的每一個“特征”（分層、孔隙、裂紋、異物等），由于不同材料的介電常數(shù)不同，會引起微波傳播中入射波和反射波的變化，造成駐波形狀的改變，即幅值、相位、頻率會發(fā)生變化。接收器收集微波反射信號的變化后，對其進(jìn)行數(shù)字信號處理，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行成像。微波檢測缺陷示意圖見圖1所示。

圖1 微波檢測缺陷示意圖

根據(jù)需要，微波檢測獲得的玻璃鋼材料的檢測圖像可采用彩色圖或灰度圖進(jìn)行顯示，如圖2所示。通過顏色的變化可以反映缺陷的情況。

圖2 玻璃鋼管樣及其微波檢測圖像

1.2 微波檢測的主要特點(diǎn)

微波檢測過程中，探頭只需放在被檢物體的一側(cè)就可以完成對被檢物體的無損檢測。但是，由于微波不能穿透金屬等導(dǎo)電性能好的材料，因而不能檢測金屬材料內(nèi)部的缺陷，只能檢測金屬表面的裂紋缺陷及粗糙度；而微波對非金屬材料的穿透能力極強(qiáng)，如，橡膠材料的檢測厚度可達(dá)150 mm。

微波檢測的主要特點(diǎn)為：

（1）非接觸檢測，探頭無需耦合；

（2）可快速、連續(xù)采集數(shù)據(jù)；

（3）可同時適用于不同曲率半徑的曲面；

（4）檢測結(jié)果可實(shí)時成像。

2 微波檢測技術(shù)在玻璃鋼管檢測中的應(yīng)用

對制造、安裝及運(yùn)行中的玻璃鋼管，均可采用微波無損檢測方法來檢測玻璃鋼管的質(zhì)量。

在制造階段，對玻璃鋼管管體的質(zhì)量缺陷進(jìn)行檢測，可發(fā)現(xiàn)壁厚減薄、孔隙、氣泡、分層等缺陷；在安裝階段，對玻璃鋼管連接接頭進(jìn)行檢測，可發(fā)現(xiàn)脫膠、孔隙、氣泡等缺陷。

“你撒謊，明明是你撞死了我哥哥，還想嫁禍夏冰，你還想欺騙我到什么時候？我最恨欺騙我的人。”說著，雪螢再一次舉起匕首。

在運(yùn)行階段，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的手段，對玻璃鋼管道潛在的高風(fēng)險(xiǎn)管段進(jìn)行檢測，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行整改，可降低或避免玻璃鋼管道的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 管體檢測

實(shí)驗(yàn)室中，對一個可從外部看到具有明顯分層現(xiàn)象的玻璃鋼管段進(jìn)行檢測，管樣及檢測結(jié)果見圖3所示。在檢測圖像上可清晰地發(fā)現(xiàn)分層現(xiàn)象（藍(lán)色區(qū)域）。

圖3 玻璃鋼管體分層現(xiàn)象檢測

微波檢測設(shè)備可對在役玻璃鋼管進(jìn)行檢測。對某輸送含腐蝕性介質(zhì)（海水）的玻璃鋼管道使用微波檢測設(shè)備進(jìn)行掃描，可以發(fā)現(xiàn)幾處明顯的孔隙缺陷，說明玻璃鋼管的性能有所退化。安裝在現(xiàn)場的玻璃鋼管及微波檢測圖像見圖4所示。

圖4 在役玻璃鋼管及其微波檢測圖像

對某在役玻璃鋼管管體進(jìn)行檢測。從檢測圖像可清晰地觀察到圓形氣泡和沖蝕缺陷（劃痕部位）。檢測管體內(nèi)壁實(shí)物及檢測圖像見圖5所示［13］。

圖5 玻璃鋼管實(shí)物及微波檢測圖像

2.2 彎管檢測

對某在役玻璃鋼彎管進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)壁厚減薄缺陷，缺陷大小約為25 mm×19 mm、深約9.5 mm。將該彎管拆卸下來后，在彎管內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)溝槽類缺陷，具體見圖6所示。

圖6 玻璃鋼彎管及微波檢測出的溝槽缺陷圖像

2.3 接頭檢測

使用微波無損檢測技術(shù)可對玻璃鋼管的連接接頭進(jìn)行檢測［14］。圖7是玻璃鋼接頭及對應(yīng)的檢測圖像。圖7中，玻璃鋼接頭的邊緣用紅色標(biāo)記。

圖7 玻璃鋼管接頭及對應(yīng)的檢測圖像

對于非金屬材料而言，密度發(fā)生變化，那么材料的介電常數(shù)就會變化，而厚度的變化也會反映在檢測圖像的顏色變化上，因此，檢測圖像顏色的變化表明了被檢管段材料密度和厚度的變化情況。通過對檢測數(shù)據(jù)和圖像的分析，圖7中接頭部位深藍(lán)色的區(qū)域?yàn)榘l(fā)生脫黏現(xiàn)象。

對某在役玻璃鋼管道接頭進(jìn)行檢測，檢測接頭位置及微波檢測結(jié)果見圖8所示。圖8中大面積的淺色區(qū)域顯示了包覆層出現(xiàn)分層現(xiàn)象，分析認(rèn)為是由于管道內(nèi)輸送的海水滲入造成的。

圖8 玻璃鋼管道包覆接頭及檢測圖像

3 結(jié)束語

近年來，中國石油長慶、新疆、塔里木等油氣田均增加了非金屬管道的應(yīng)用，以玻璃鋼為主的非金屬管道在油氣田呈現(xiàn)出越來越大的需求。盡管針對玻璃鋼管已經(jīng)開展了適用性和質(zhì)量控制方面的探討和研究工作［15］，但是，相比于鋼質(zhì)管道，玻璃鋼管檢測手段及質(zhì)量評定還需要不斷完善。

微波檢測技術(shù)作為玻璃鋼管無損檢測技術(shù)之一，已經(jīng)得到了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可，是目前較為先進(jìn)的玻璃鋼管無損檢測方法。然而，在應(yīng)用微波檢測技術(shù)對油氣田玻璃鋼管道進(jìn)行檢測時，雖可分辨出具體的缺陷類型及尺寸，但是，如何對各種缺陷進(jìn)行分級判定及評價(jià)還需要進(jìn)一步更系統(tǒng)的研究。