賈海東 黃忠勝

西部管道分公司

高清軸向漏磁內(nèi)檢測技術(shù)是目前國內(nèi)采用的主流內(nèi)檢測技術(shù)[1-5]。國外標(biāo)準(zhǔn)《NACE International Publication 35100 In-Line Nondestructive Inspection of Pipelines》將軸向漏磁內(nèi)檢測技術(shù)定義為一種金屬損失類缺陷檢測技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)中高清漏磁內(nèi)檢測器技術(shù)性能指標(biāo)及SY/T 6889-2012《管道內(nèi)檢測》中均指出，其可以檢測出狹窄的軸向外腐蝕及周向裂紋等裂紋型缺陷，但對于裂紋型缺陷之前尚無檢出案例。

2015年5月20-23日，西部管道公司對西氣東輸二線某處經(jīng)內(nèi)檢測識別出的螺旋焊縫異常點進(jìn)行開挖驗證時，射線及TOFD超聲檢測結(jié)果表明該處存在裂紋型缺陷，缺陷位于順氣流9點20分部位，裂紋長度55 mm，裂紋自身高度無法確定（見圖1）。該案例為西部管道公司用高清漏磁內(nèi)檢測器首次檢出裂紋型缺陷。

隨著西一線、西二線、西三線等高鋼級、大口徑、高壓力輸氣管道投產(chǎn)運行，已發(fā)生多起焊縫失效案例[6，7]。內(nèi)檢測服務(wù)商漏磁內(nèi)檢測報告中焊縫異常缺陷的比例也在逐步升高。這對目前廣泛使用的高清漏磁內(nèi)檢測器是否能對焊縫缺陷進(jìn)行定性和尺寸量化提出了要求。

 

圖1 射線及TOFD超聲無損檢測結(jié)果

1  高清漏磁內(nèi)檢測器

發(fā)現(xiàn)西二線螺旋焊縫裂紋型缺陷的設(shè)備為西部管道公司和沈陽工業(yè)大學(xué)聯(lián)合研制的φ1219高清漏磁內(nèi)檢測器，其技術(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)《NACE International Publication 35100》。檢測器實物見圖2。

 

圖2 高清漏磁內(nèi)檢測器實物

2  牽拉試驗設(shè)計

2.1工藝設(shè)計

該牽拉系統(tǒng)工藝采用2臺工程車通過牽引鋼絲繩牽拉內(nèi)檢測器通過試驗管道的方式進(jìn)行。工藝流程見圖3。

 

圖3 牽拉測試工藝流程

2.2試驗管道設(shè)計

牽拉試驗管道由7根鋼管組成，口徑均為1 219 mm。漏磁內(nèi)檢測器重量4. 2 t，為了進(jìn)行西二線螺旋焊縫裂紋型缺陷不同速度下缺陷特征研究，根據(jù)現(xiàn)場嘗試，布置試驗管道如下：前5根為加速段，第6根為缺陷管，最后1根為減速段（見圖4）。由于漏磁內(nèi)檢測器前節(jié)磁化節(jié)采用高磁能磁鐵，對管壁吸附力強，經(jīng)現(xiàn)場嘗試，1根鋼管能滿足最高牽拉速度下的減速要求。缺陷管通過法蘭及螺栓與上下游管節(jié)連接，其余管節(jié)焊接連接。

 

（a）設(shè)計示意圖               （b） 設(shè)計實物圖

圖4 試驗管道設(shè)計圖

3  牽拉試驗結(jié)果及分析

3.1試驗結(jié)果

2016年7月20-24日，采用工程車及φ1219高清漏磁內(nèi)檢測器完成西二線螺旋焊縫缺陷一次牽拉試驗。此次試驗共牽拉8次，最高牽拉速度4.17 m/s。2016年8月4日，在拆除漏磁內(nèi)檢測器皮碗等附件給檢測器減重后，完成二次牽拉試驗，最高牽拉速度4.61 m/s。表1為現(xiàn)場內(nèi)檢測及牽拉試驗數(shù)據(jù)，圖5為現(xiàn)場內(nèi)檢測及部分試驗信號。

 

（a）2011年現(xiàn)場內(nèi)檢測    （b）1.02 m/s    （c）4.61 m/s

圖5 現(xiàn)場內(nèi)檢測及部分試驗信號

3.2試驗結(jié)果分析

（1）在4.00 m/s牽拉速度內(nèi)，裂紋型缺陷信號特征明顯，數(shù)據(jù)分析時可進(jìn)行缺陷特征識別（見圖5（a）、（b））。超過4.00 m/s后，缺陷特征仍存在，但因信號平緩，識別較困難（見圖5（c））。正常螺旋焊縫處漏磁信號具有先下后上的正弦信號特征，而螺旋焊縫裂紋型缺陷信號與其極性相反，信號特征為先上后下的特征。

（2）由圖6（a）可知：當(dāng)牽拉速度為3.8 1m/s時，此裂紋型缺陷特征信號幅值與最低牽拉速度1.02 m/s下幅值相比，減少約10.94 %。當(dāng)牽拉速度超過4.00 m/s時，缺陷特征信號幅值急速衰減，當(dāng)達(dá)到最高速度4.61m/s時，衰減達(dá)到77 %。根據(jù)速度效應(yīng)試驗，可以得出結(jié)論：對于螺旋焊縫裂紋型缺陷，當(dāng)內(nèi)檢測器運行速度在4.00 m/s以內(nèi)時，可實現(xiàn)缺陷檢測及識別；當(dāng)超過4.00 m/s時，信號畸變，較難識別。

（3）由圖6（b）、（c）可知：裂紋型缺陷特征軸向、周向投影長度在4.00 m/s牽拉速度以內(nèi)，基本變化不大。超過4.00 m/s后，軸向投影長度變大，環(huán)向投影寬度變小。經(jīng)分析，這是由于缺陷幅值信號衰減造成信號平緩，引起識別出的尺寸變化所致。

  

（a）信號幅值變化圖     （b）信號軸向長度變化圖   （c）信號周向長度變化圖

圖6 不同速度下信號特征變化圖

4  缺陷失效分析

對該處螺旋焊縫裂紋型缺陷進(jìn)行了靜水壓爆破試驗及失效分析，根據(jù)斷口形貌（見圖7），該處缺陷內(nèi)表面長度45 mm，外表面長度15 mm，缺陷最長為64 mm；水壓試驗前裂紋最深已達(dá)到15 mm，水壓爆破的斷口深度為4 mm。

 

圖7 斷口形貌

根據(jù)牽拉試驗數(shù)據(jù)，按照平均軸向投影長度26 mm，周向投影寬度98 mm計算，得到此裂紋型缺陷長度為101 mm，大于根據(jù)斷口測量得到的缺陷最長64 mm。據(jù)判斷，是因為該處缺陷信號幅值較大，數(shù)據(jù)分析時識別出的周向投影長度過大造成的。

5  結(jié)論

（1）當(dāng)牽拉速度在4.00 m/s以內(nèi)時，裂紋型缺陷信號幅值隨速度增加有所衰減，衰減約11 %。當(dāng)超過4.00 m/s后，信號幅值急速衰減，衰減達(dá)77 %。在內(nèi)檢測作業(yè)過程中，為獲得高質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，最好將內(nèi)檢測器運行速度控制在4.00 m/s以內(nèi)。

（2）高清漏磁內(nèi)檢測器具備螺旋焊縫裂紋型缺陷檢測能力，當(dāng)運行速度在4.00 m/s以內(nèi)時信號特征明顯，但對于缺陷定性和定量還需進(jìn)一步研究。

（3）牽拉試驗是對檢測器檢測能力進(jìn)行驗證，對缺陷特征進(jìn)行建模，實現(xiàn)尺寸量化的最有效手段。

本文僅對該處螺旋焊縫裂紋型缺陷進(jìn)行了牽拉研究。今后還應(yīng)通過對預(yù)制電火花加工的人工裂紋型缺陷及仿自然缺陷的焊縫缺陷（缺陷種類涵蓋氣孔、夾渣、錯邊、咬邊、過度打磨、未焊滿、未焊透、未融合、裂紋等）進(jìn)行大量牽拉試驗，進(jìn)一步研究高清漏磁檢測技術(shù)對裂紋型缺陷的檢測能力，以此推動漏磁檢測技術(shù)對焊縫缺陷檢測和識別能力的提高，從而解決長輸油氣管道焊縫缺陷內(nèi)檢測難題。 

參考文獻(xiàn)：

[1]馮慶善，張海亮，王春明，等. 三軸高清漏磁檢測技術(shù)與管道本質(zhì)安全[J/OL] ．油氣儲運，2016-03-25.

[2]王富祥，馮慶善，張海亮，等．基于三軸漏磁內(nèi)檢測技術(shù)的管道特征識別[J] ．無損檢測，2011，33（1）：79-84．

[3]王富祥，馮慶善，王學(xué)力，等．三軸漏磁內(nèi)檢測信號分析與應(yīng)用[J] ．油氣儲運，2010，29（11）：815-817．

[4]楊理踐，邢磊，高松巍．三軸漏磁缺陷檢測技術(shù)無損探傷[J] ．無損探傷，2013,(1):9-12．

[5]楊理踐，郭天昊，高松巍，等．管道裂紋角度對漏磁檢測信號的影響[J/OL] ．油氣儲運，2016-06-27.

[6]王婷，楊輝，馮慶善，等．油氣管道環(huán)焊縫缺陷內(nèi)檢測技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J] ．油氣儲運，2015，07（34）：694-699.

[7]楊鋒平，卓海森，羅金恒，等. 油氣輸送管失效案例與原因分析[J] ．石油管材與儀器，2015,(3). 

作者：賈海東，男， 1984年生， 2009年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，工學(xué)碩士，工程師，現(xiàn)主要從事管道檢測及完整性評價工作。 

《管道保護(hù)》2017年第1期（總第32期）