吳承睿1 劉玉展1 王磊2 任嬌1

1.國家管網集團西南管道蘭成渝輸油分公司；

2.國家管網集團西南管道公司

摘要：針對中貴線某輸氣場站內壓力管道敷設環境復雜，采用傳統檢測手段檢測效率低和開挖面積大這一狀況，使用超聲導波技術進行了現場檢測。結果表明，該技術可以檢出壓力管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，從而準確掌握壓力管道的整體腐蝕狀況，為場站管道的維護決策提供技術支持。

關鍵詞：場站；輸氣管道；超聲導波；檢測

場站壓力管道定期檢驗中使用射線等檢測方法時，存在檢測成本高、逐點檢測覆蓋率低的問題，導致傳統壓力管道無損檢測技術不能得到很好的應用。

針對場站壓力管道檢測技術研究，中石油長慶油田盛峰等人[1]使用低頻超聲導波檢測系統對輸油場站內工藝管道進行檢測，結果表明能夠檢出管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況；中石油川慶鉆探公司宋日生等人[2]利用引進的英國GUL公司WaveMaker G3低頻導波檢測系統，可有效檢測某場站輸氣管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，并通過典型信號技術識別以提高對管道缺陷準確定位。本文在探討超聲導波檢測原理基礎上，采用超聲導波對中貴線某輸氣場站內壓力管道進行現場檢測，以探討其實際應用結果。

1  超聲導波檢測過程

根據壓力管道現場檢測要求，使用超聲導波檢測時需要確定合適的導波模態及檢測頻率，從而在壓力管道中形成單一且非頻散的激勵導波。對于軸對稱的壓力管道周向裂紋缺陷，在激勵頻率一定時，扭轉模態導波T（0, 1）反射系數會隨裂紋缺陷徑向深度增加而增大；在周向裂紋缺陷徑向深度一定時，扭轉模態導波T（0, 1）反射系數會隨激勵頻率增加而增大。對于非軸對稱的周向裂紋缺陷，扭轉模態導波T（0, 1）反射系數在較高激勵頻率時隨裂紋缺陷周向擴展而近似線性增大；裂紋缺陷沿壓力管道軸向擴展時，由于其前后截面反射導波的相位差異，總體反射系數呈現周期性變化。

從圖 1所示的超聲導波離散曲線可發現，縱向模態導波L（0, 2）在大于25 kHz之后的頻散現象較小，扭轉模態導波T（0, 1）在頻率范圍內不存在頻散現象，因此選擇L（0, 2）波和T（0, 1）波作為低頻超聲導波測量波，由此形成了低頻超聲導波檢測的L波模式和T波模式。

圖 1 超聲導波離散曲線示意圖

目前，可用于壓力管道缺陷檢測的超聲導波設備主要分為兩類：一類以美國西南研究院（SwRI）研究成果為代表，主要是以鐵磁性材料的磁致伸縮效應以及逆效應作為基礎形成的MsS導波，該導波是一種能沿結構件有限邊界進行傳播并能被結構件邊界所約束和導向的的機械彈性波，典型設備為MsSR3030R長距離超聲導波檢測系統；另一類以英國焊接研究所（TWI）和英國導波公司（GUL）的研究成果為代表，主要是以壓電效應作為基礎研制的多晶片探頭卡環式超聲導波設備。

使用超聲導波檢測設備可實現對場站壓力管道內外檢測面100%覆蓋檢測，檢測過程如圖 2所示。在超聲導波傳感器使用L波模式產生L（0, 2）測量波時，遇到管壁內外表面壁厚存在變化時（壁面因腐蝕產生金屬損失），將產生F（1, 3）波并返回；在超聲導波傳感器使用T波模式產生T（0, 1）測量波時，遇到管壁內外表面壁厚存在變化時（壁面產生金屬損失），將產生F（1, 2）波并返回。通過檢測返回波F（1, 3）和F（1, 2）的信號大小，再依據L（0, 2）和T（0, 1）測量波的傳播速度，可計算得到缺陷在管道的位置和大小信息。

圖 2 超聲導波檢測過程示意圖

2  現場檢測實踐

利用卡環式超聲導波設備對中貴線某輸氣場站內壓力管道進行現場檢測。設備采用Teletest系統，該檢測系統由主機、探頭及安裝有數據軟件的計算機組成，可快速檢測管體的內部和外部腐蝕及缺陷，能夠實現對大于管道截面積3%的缺陷的快速篩查。場站天然氣管道設計壓力10 MPa，工作壓力5.73～7.50 MPa；設計溫度65 ℃，工作溫度5.08～13.38 ℃。超聲導波檢測設備技術參數如表 1所示。

表 1 超聲導波檢測設備參數表

場站壓力管道超聲導波檢測結果如圖 3所示（壓力管道不存在金屬損失），距超聲導波設備卡環起始處4 m距離范圍存在一處缺陷波形，由壓力管道其他軸向上的壁厚驗證分析得到，壁厚變化區間較小，未見明顯管道壁金屬損失導致的壁厚減薄現象。對于發現的缺陷波形，采用超聲壁厚檢測和內窺鏡檢測方式進行進一步檢測驗證，結果如圖 4所示。

圖 3 壓力管道無缺陷波形圖

圖 4 水平方向存在缺陷波形圖

對存在缺陷波形處的壓力管道彎頭處（DN400 mm×16 mm）進行測厚驗證，發現缺陷金屬損失面積約為12 cm2，測厚數據如表 3所示。進一步使用內窺鏡進行探查，發現彎頭處確實存在一處金屬損失導致的壁厚減薄缺陷。

表 2 壓力管道測厚驗證數據表

3  結束語

超聲導波檢測技術能夠在較少開挖條件下實現西南山區場站壓力管道的高覆蓋率和高效率檢測，并能適應場站壓力管道復雜的檢測環境，相比傳統無損檢測方法有很大優勢，能夠準確檢出壓力管道局部腐蝕以及壁厚減薄情況，為場站高效檢測提供技術支持。同時，超聲導波檢測技術還存在一定的局限性，需要結合現代電子技術和廣泛現場工程實踐等繼續深入研究。

參考文獻：

[1]盛峰，馮柏旗. 超聲導波檢測系統在場站管道檢測中的應用研究[J].中國石油化工，2017(07)：81-82.

[2]宋日生，喻建勝，何莎，等. 低頻導波在場站管道檢測中的應用研究[J]. 中國測試，2012，38(05)：32-35.

[3]Gazis D C. Three-dimensional investigation of the propagation of waves in hollow circular cylinders. I. Analytical foundation[J]. The journal of the Acoustical Society of America，1959，31(5)：568-573.

[4]Gazis D C. Three-dimensional investigation of the propagation of waves in hollow circular cylinders. II. numerical results[J]. The Journal of the Acoustical Society of America，1959，31(5): 573-578.

作者簡介：吳承睿，1984年生，工程師，現在國家管網集團西南管道有限責任公司蘭成渝分公司從事工藝設備管理工作。聯系方式：13550263278，wucr@pipechina.com.cn。