沈非 劉新萬 廖葳

摘? ?要： 對(duì)天然氣站場(chǎng)內(nèi)承壓類特種設(shè)備的定期檢驗(yàn)是安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，其檢驗(yàn)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(jī)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(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，表明在檢測(cè)面保留不超過0.5 mm厚度的防腐涂料層進(jìn)行磁粉檢測(cè)和超聲波檢測(cè)，可以更高效、更安全地實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)，滿足定期檢驗(yàn)、保證設(shè)備質(zhì)量的要求;通過電流衰減法檢測(cè)埋地鋼質(zhì)管道防腐破損點(diǎn)時(shí)，信號(hào)加載方式改用“回路法”，對(duì)較短管道和有信號(hào)干擾的檢測(cè)環(huán)境非常有效。提出了有針對(duì)性的檢驗(yàn)建議，可供同行參考。

關(guān)鍵詞： 天然氣站場(chǎng);承壓類特種設(shè)備;定期檢驗(yàn);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(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱“站場(chǎng)”），是為了使長(zhǎng)輸管道或者城市高壓主管道進(jìn)入城市后，實(shí)現(xiàn)分輸和調(diào)壓而建設(shè)的。圖1所示是一所燃機(jī)電廠天然氣調(diào)壓站場(chǎng)內(nèi)承壓類特種設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱“設(shè)備”）布置的簡(jiǎn)圖。站場(chǎng)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(yàn)規(guī)則中，對(duì)檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件和檢驗(yàn)環(huán)境安全都有明確要求，例如，無法進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)的壓力容器，應(yīng)當(dāng)采用安全、可靠的外部檢測(cè)技術(shù)（例如內(nèi)窺鏡檢測(cè)、超聲波檢測(cè)等）;首次檢驗(yàn)的管道，應(yīng)當(dāng)按照焊接接頭數(shù)量的一定比例（GC1類15%，GC2類10%）進(jìn)行埋藏缺陷的檢測(cè);檢驗(yàn)人員提出質(zhì)疑的部位，需要進(jìn)行表面無損檢測(cè)等[1-2]。在以上檢測(cè)方法中，表面無損檢測(cè)和超聲波檢測(cè)要求把檢測(cè)面打磨至一定光潔度[3]，且設(shè)備氣體置換必須在站場(chǎng)停運(yùn)狀態(tài)下進(jìn)行，但是檢測(cè)面打磨屬于站場(chǎng)內(nèi)動(dòng)火、用電，設(shè)備氣體置換條件也并不十分現(xiàn)實(shí)。帶防腐涂料層（以下簡(jiǎn)稱“涂層”）的磁粉檢測(cè)和超聲波檢測(cè)研究已開展數(shù)年，但是目前沒有相關(guān)的實(shí)踐應(yīng)用報(bào)道。此外，較短距離和信號(hào)干擾環(huán)境下的埋地鋼質(zhì)管道防腐破損檢測(cè)方法的理論分析與實(shí)踐應(yīng)用，是現(xiàn)有電流衰減法檢測(cè)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(yàn)實(shí)踐工作，對(duì)設(shè)備可能產(chǎn)生的損傷模式進(jìn)行分析，從而探索磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)以及埋地鋼質(zhì)管道防腐破損檢測(cè)等更為行之有效的檢驗(yàn)檢測(cè)方法。

1? 設(shè)備損傷模式分析和檢測(cè)方法優(yōu)化比選

1.1? 設(shè)備損傷模式分析

站場(chǎng)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(duì)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(cè)厚或者超聲波直探頭縱波掃查檢測(cè)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(jìn)行地面檢測(cè)，尋找到破損點(diǎn)，再檢查局部腐蝕情況。

第二是機(jī)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(dòng)（交變應(yīng)力）等。

1.2? 檢測(cè)方法優(yōu)化比選

在優(yōu)化比選檢測(cè)方法時(shí)，測(cè)厚部位、無損檢測(cè)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(dòng)的”，是危害最大的設(shè)備缺陷。表面缺陷最好的檢測(cè)方法是磁粉檢測(cè)（MT），其次是滲透檢測(cè)（PT）和渦流檢測(cè)（ET）。埋藏缺陷最好使用超聲波檢測(cè)。裂紋、未熔合等面型缺陷需要非常高的檢測(cè)靈敏度，推薦使用相控陣超聲波檢測(cè)（PAUT）。PAUT對(duì)缺陷的長(zhǎng)度、深度、高度均具有較高的檢測(cè)精度，比射線檢測(cè)（RT）、傳統(tǒng)超聲檢測(cè)（UT）、超聲波衍射時(shí)差法（TOFD）等方法效果更好[5]。

綜上，損傷模式分析和檢測(cè)方法流程圖如圖2所示。

2 檢測(cè)面帶涂層無損檢測(cè)

站場(chǎng)內(nèi)設(shè)備外防腐在施工驗(yàn)收時(shí)，對(duì)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(biāo)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(jì)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(gè)檢驗(yàn)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(jiān)固，機(jī)械清除非常困難。

2.1? 有無涂層狀態(tài)下的檢測(cè)比對(duì)

使用CTS-PA22B型相控陣超聲波檢測(cè)儀，在有涂層和無涂層的狀態(tài)下，對(duì)同一反射體上進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。自制0.2 mm厚的涂層（多個(gè)），用機(jī)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(cè)參數(shù)，在IIA試塊上對(duì)同一反射體進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明：測(cè)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(shí)會(huì)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(bǔ)償2.0～3.0 dB，才能與無涂層測(cè)試條件下的反射波幅相當(dāng)， 并且雜波波幅低于滿屏的20%。

聲波有效地透過涂層是檢測(cè)方法得以實(shí)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(duì)表面涂層不平整、厚度過大或者龜裂的部位要進(jìn)行必要的打磨修整，保障探頭與檢測(cè)面的有效耦合和聲波透過。同理，可以使用帶涂層超聲波測(cè)厚儀和超聲波縱波直探頭，檢測(cè)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(duì)檢測(cè)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(hào)便攜磁粉機(jī)噴灑磁粉，當(dāng)膠帶厚度達(dá)到0.40 mm時(shí)，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(dāng)膠帶厚度達(dá)到0.25 mm時(shí)，涂層上的磁痕顯示已經(jīng)不清晰。結(jié)果表明，磁粉檢測(cè)面允許的涂層厚度與模擬缺陷表面向下的深度（實(shí)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(yàn)以符合性檢驗(yàn)和驗(yàn)證性檢驗(yàn)為目的，而附加的無損檢測(cè)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(shí)用性和可操作性。檢測(cè)時(shí)，建議設(shè)備檢測(cè)面保留的防腐涂層厚度在0.5 mm以內(nèi)，超聲波檢測(cè)表面至少補(bǔ)償9 dB，若發(fā)現(xiàn)可疑缺陷，要先定性，必要時(shí)再將表面涂層清除后定量。

3? 基于“回路法”信號(hào)加載的埋地鋼質(zhì)管道防腐破損點(diǎn)檢測(cè)

3.1? 原有方法局限性分析

在埋地鋼質(zhì)管道定期檢驗(yàn)中，主要工作是檢測(cè)防腐層的老化程度和破損點(diǎn)。管道外防腐層地面檢漏測(cè)量方法較多，其中電流衰減法（也稱為PCM檢測(cè)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(diǎn)。

由于站場(chǎng)防雷與防靜電的要求，站場(chǎng)內(nèi)地面管道和所有設(shè)備都要求接地。因此，加載檢測(cè)信號(hào)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(chǎng)內(nèi)的所有金屬設(shè)備都有檢測(cè)信號(hào)存在，都可能是檢測(cè)信號(hào)的干擾源，使檢測(cè)工作無法實(shí)施。

3.2? 信號(hào)加載改進(jìn)

利用站場(chǎng)內(nèi)管道較短這一特點(diǎn)，我們使用一種稱之為“回路法”的信號(hào)加載方法，其原理是將橇體絕緣接頭的管道側(cè)與進(jìn)、出站場(chǎng)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(gè)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(cè)到的電流都應(yīng)該相同，因此實(shí)際探測(cè)時(shí)，在無支管和搭接的情況下，任何一點(diǎn)測(cè)量電流的衰減，都可以使該點(diǎn)被判定為管道防腐破損點(diǎn)[7]。測(cè)量電流衰減的程度與防腐破損點(diǎn)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(diǎn)定位方法的準(zhǔn)確性，在筆者的多年檢驗(yàn)實(shí)踐工作中得到驗(yàn)證。理論分析這種檢測(cè)方法具有可行性的原因是，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的128 Hz交流電信號(hào)，會(huì)從管道兩端交替輸入到金屬管道內(nèi)，防腐完好管段的測(cè)量值會(huì)準(zhǔn)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(huì)漏向土壤，對(duì)管道內(nèi)電流有分流的作用。發(fā)現(xiàn)破損點(diǎn)后，要挖探坑，檢查管道腐蝕情況，評(píng)價(jià)防腐層老化程度、土壤腐蝕性、犧牲陽(yáng)極保護(hù)效果等，完成安全狀況等級(jí)評(píng)定。

4? 結(jié)論和建議

本文對(duì)天然氣站場(chǎng)內(nèi)承壓類特種設(shè)備定期檢驗(yàn)方法進(jìn)行了探討，主要結(jié)論和建議有：

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

（2）在對(duì)埋地鋼質(zhì)管道外防腐層使用電流衰減法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，建議采用筆者提出的“回路法”檢測(cè)信號(hào)加載，以有效實(shí)現(xiàn)管道較短、信號(hào)干擾較大等特殊情況下防腐破損點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。

本文所述檢驗(yàn)檢測(cè)方法，在筆者從事的檢驗(yàn)工作中都有成功案例，是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的探索性試驗(yàn)，但不能作為標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行使用。

參考文獻(xiàn)

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

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