孫 杰

(廣東省特種設(shè)備檢測研究院，廣東 佛山 528251)

隨著石化行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式如鐵路、公路、船舶等方式已難以滿足石化行業(yè)的需求。采用管道進(jìn)行長距離運(yùn)輸?shù)哪Ｊ酱蟠蟾纳屏诉@一局面，管道運(yùn)輸是油品運(yùn)送的最佳方式。當(dāng)前我國對于石化行業(yè)的投資正處于興盛時期，因此長輸油氣管道運(yùn)輸將會在石化工業(yè)建設(shè)、運(yùn)行中占有十分重要的地位[1]。

長輸油氣管道大多數(shù)以埋地方式敷設(shè)，跨距長，所處地形與土壤環(huán)境復(fù)雜，且工業(yè)發(fā)展過程中廢水亂排亂放的現(xiàn)象時有發(fā)生，致使土壤pH值等發(fā)生急劇改變，埋地管道更易受到土壤腐蝕。通常情況下，埋地管道具有高壓運(yùn)行的特點，輸送的油品往往存在易燃易爆、污染環(huán)境等一系列隱患。所以，埋地管道一旦出現(xiàn)腐蝕泄漏將可能造成火災(zāi)、爆炸等重大事故，極易引發(fā)社會恐慌和造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此，對埋地管道實行定期檢驗檢測是保障其安全完整性的重要手段。

無損檢測技術(shù)可以為管道質(zhì)量的完整性評估提供技術(shù)支撐。當(dāng)前針對埋地管道的無損檢測方法主要有管體外部防腐層檢測[2]和管體內(nèi)部質(zhì)量的內(nèi)檢測技術(shù)[3]。外防腐層完整性主要檢測手段有：皮爾遜檢測法、直流電位梯度法(DCVG)及PCM+[4]。PCM+檢測技術(shù)由于具有定位精確、操作簡單和不易受到地形和防腐涂層材料等外界因素影響等一系列優(yōu)勢，因此針對外防腐層的檢測使用最為廣泛[5]。采用外檢測方法可以實現(xiàn)管道不停車的在線檢測，具有環(huán)保高效、節(jié)約企業(yè)成本等特點，但僅能檢測管道外防腐層。而傳統(tǒng)的內(nèi)檢測則需要管道進(jìn)行停車且需要倒料清洗，雖可對管體內(nèi)壁進(jìn)行全面腐蝕檢測，但是成本高、時間長，給企業(yè)生產(chǎn)造成較大困擾。低頻導(dǎo)波檢測因其具有檢測距離長(理想狀態(tài)下直管段前后可達(dá)約150 m)，可實現(xiàn)管道金屬本體100%的在役檢測而受到石化、電力等行業(yè)的關(guān)注[6]。研究采用PCM+檢測技術(shù)對某市埋地原油管線進(jìn)行外檢測，并對嚴(yán)重異常信號部位，結(jié)合磁致伸縮低頻導(dǎo)波檢測技術(shù)進(jìn)行全面掃查，驗證了采用PCM+技術(shù)結(jié)合低頻超聲導(dǎo)波能夠?qū)β竦毓芫€腐蝕缺陷進(jìn)行有效檢測，可有效保障埋地原油管線的安全運(yùn)行。

1 檢測技術(shù)原理

1.1 PCM+檢測原理

PCM+檢測系統(tǒng)主要由激勵單元與接收單元組成，通過激勵單元在管線與大地間施加特定頻率的電流，給被檢管道施加激勵信號，地面上沿管線走向通過接收機(jī)拾取管道表面經(jīng)過的電流幅值，根據(jù)結(jié)果即可獲取管道位置及外防腐層完整性信息[7]。當(dāng)接收單元置于管道正上方時，所獲取的電信號為極值，由此可以確定管線具體位置。當(dāng)激勵單元逐漸遠(yuǎn)離接收單元，接收所獲得的信號將呈現(xiàn)規(guī)律性衰減，當(dāng)管道防腐層出現(xiàn)破損，流經(jīng)管道電流將隨破損點接入大地，接收單元將會顯示幅值異常衰減，由此判斷破損點部位。PCM+檢測原理見圖1。

圖1 PCM+檢測原理示意

1.2 磁致伸縮低頻導(dǎo)波檢測原理

低頻導(dǎo)波是一種沿待檢構(gòu)件縱向傳播，并根據(jù)構(gòu)件幾何形狀變化而變化的彈性機(jī)械波。磁致伸縮的正效應(yīng)可在金屬構(gòu)件激勵低頻導(dǎo)波，利用其逆效應(yīng)則可獲取導(dǎo)波信號[8]。將用于產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)的線圈置于被檢管道，通過發(fā)射機(jī)激勵出的低頻導(dǎo)波將沿管道進(jìn)行縱向傳播，傳播時低頻導(dǎo)波將會受激勵頻率、管體表面完整性、管道附屬支構(gòu)架等影響，當(dāng)被檢管道出現(xiàn)明顯截面變化(如：腐蝕減薄，彎頭，法蘭等)，導(dǎo)波將發(fā)生反射或散射衰減的現(xiàn)象[9]。經(jīng)過截面突變部位后具有剩余能量的導(dǎo)波會返回至探頭，通過分析對比返回信號的電壓幅值差異，可得到管體的完整情況[10]。低頻導(dǎo)波檢測原理見圖2。

圖2 低頻導(dǎo)波檢測原理示意

2 管道外防腐PCM+檢測應(yīng)用

2.1 PCM+評價標(biāo)準(zhǔn)

分析檢測儀器收集得到的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)管體存在破損點，需依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對管體外防腐層進(jìn)行質(zhì)量完整性評價。針對外防腐層質(zhì)量分級情況參見表1。

表1 管道外防腐層質(zhì)量等級

2.2 PCM+檢測步驟

檢測對象為廣東省境內(nèi)某條埋地原油管道，管線全長136 km，負(fù)責(zé)向珠三角某石化廠輸送原油，本次試驗抽取其中128 m管段作為檢測對象進(jìn)行實例分析。其中，該管段的直徑為610 mm，名義壁厚為12.7 mm，實測壁厚為12.8～13.0 mm，管道材質(zhì)為L245，于2005年6月投用。管道的外防腐采用3PE和強(qiáng)制電流陰極保護(hù)互相結(jié)合的方式。外防腐檢測的具體步驟如下：

第一,將發(fā)射機(jī)一端與管道金屬露出部分相連，另外一端與大地連接，設(shè)置檢測電流頻率為4 Hz，定位激勵頻率為128 Hz，電流幅值設(shè)定為350 mA。

第二：將A字架與主機(jī)相連，確認(rèn)一切工作狀態(tài)無異常后，根據(jù)事先確定好的管道走向，攜帶A字架進(jìn)行徒步檢測，通過A字架獲取的電位值進(jìn)行判斷管體外防腐層的完整性。根據(jù)工程經(jīng)驗及與業(yè)主的委托檢測協(xié)議,若接收機(jī)獲取的數(shù)值低于30 dB時，認(rèn)為管道附近未出現(xiàn)輕微的防腐層破損;若超過30 dB，則認(rèn)為存在破損點。

第三,將最終拾取的數(shù)據(jù)導(dǎo)入筆記本電腦進(jìn)行后期處理，并得出結(jié)論。

2.3 PCM+檢測結(jié)果

本次檢測的管道走向及破損點分布見圖3。

圖3 外防腐層破損點分布及管道走向

檢測管道長度為850 m，其中共發(fā)現(xiàn)18處破損點，詳見表2。由表2可知，本次抽檢獲取的管道外防腐層嚴(yán)重破損點占比22.2%，一般破損點占比22.2%，輕微破損點占比為55.6%。

表2 被檢管道外防腐層破損點數(shù)量統(tǒng)計

3 埋地管道低頻導(dǎo)波檢測

3.1 檢測實施

根據(jù)PCM+檢測結(jié)果，可知10～13號檢測點位置的管道外防腐層發(fā)生損壞或局部老化的情況最為嚴(yán)重，因此，優(yōu)先考慮將該段管道部位進(jìn)行開挖，并補(bǔ)充磁致伸縮低頻導(dǎo)波進(jìn)行綜合檢測。該管道為埋地敷設(shè)，開挖3.5 m深后，選取管道裸露直管段一部分去除涂層，去除整圈寬度為 20 cm，并進(jìn)行打磨去除表面金屬鐵屑。完畢后，根據(jù)管徑大小剪取鐵鈷合金帶，在鐵鈷帶表面均勻地刷涂耦合劑，將鐵鈷合金帶整圈緊貼管壁，后用強(qiáng)磁鐵對鐵鈷帶進(jìn)行飽和磁化，磁化后將低頻導(dǎo)波激勵線圈置于鐵鈷合金帶與其重合，最后連接主機(jī)即可開始檢測。本次檢測靈敏度設(shè)置為金屬截面缺損量的2%，采用探頭的激勵頻率分別為90 kHz和128 kHz，規(guī)定導(dǎo)波發(fā)射至閥門一端為正方向，靠近管道三通一端為負(fù)方向。

3.2 檢測結(jié)果分析

受管體表面涂覆的外防腐層及土壤黏度等影響，本次導(dǎo)波檢測的一次性掃查有效距離僅達(dá) 12 m，導(dǎo)波檢測結(jié)果顯示，開挖抽檢的管體部分存在不同程度的局部金屬缺損。通過觀察波形，并結(jié)合以往相關(guān)工程應(yīng)用實踐判斷D4至D5處缺陷疑似為局部減薄信號，采用大提離距離電磁超聲測厚儀加以復(fù)驗，發(fā)現(xiàn)該部位的金屬壁厚實測值僅為9.3～9.8 mm。D1,D2,D3和D6處異常信號顯示部位經(jīng)測厚未見明顯減薄，但宏觀檢查發(fā)現(xiàn)這些部位的外防腐層已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重剝落。低頻導(dǎo)波檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 埋地管道導(dǎo)波檢測數(shù)據(jù)

4 結(jié) 論

(1)針對埋地原油管道質(zhì)量完整性檢測，提出了采用管道外防腐PCM+技術(shù)與低頻導(dǎo)波技術(shù)互為結(jié)合的綜合檢測手段，試驗結(jié)果表明，采用該種綜合檢測方法對管體防腐破損及局部壁厚減薄缺陷進(jìn)行檢測效果明顯。

(2)本次綜合檢測試驗也可以看出，低頻導(dǎo)波技術(shù)雖可實現(xiàn)對管體的全面掃查;但采用該種檢測技術(shù)對埋地管道管體腐蝕缺陷進(jìn)行探傷需要開挖作業(yè)，且受敷設(shè)環(huán)境及管體本身防腐層質(zhì)量影響，針對埋地管線的低頻導(dǎo)波檢測無法達(dá)到理想狀態(tài)下一次掃查距離的長度，應(yīng)用受到一定限制。因此，低頻導(dǎo)波檢測僅能考慮作為一種輔助驗證的檢測手段。

(3)埋地管道不同于一般的工業(yè)管道，因其安裝的特殊性及其重要意義，后續(xù)應(yīng)考慮采用多種非開挖在線全面綜合檢測技術(shù)實現(xiàn)原油埋地管道的質(zhì)量完整性評價。