石油管道内缺陷无损检测技术的研究现状_韦迪.pdf

清 洗 世 界Cleaning World专论与综述专论与综述专论与综述专论与综述第39卷第3期2023年3月1 管道的腐蚀机理1.1 化学腐蚀所谓的“化学侵蚀”，就是指在化学过程中，发生的一种腐蚀。如果金属接触到了空气，就会和空气中的非电解质溶液产生反应。比如，铁接触到空气中，温度过高，就会产生铁氧化物，与氯发生反应，就会产生严重的腐蚀。总之，如果没有金属和氧化剂的反应，就会产生化学反应。1.2 电化学腐蚀电化学腐蚀通常是在电解质溶液中与金属发生化学反应，在这个过程中，会形成一种原始的电池，这种电池通常会被氧化，在进行的时候会有电流产生，这就是电化学腐蚀。在这个过程中，金属会和空气中的水分产生反应，其中的弱电解质就是水，在电化学反应的时候，会产生相应的氢离子，在这个过程中，会被空气中的二氧化碳所污染，从而形成一层电解质薄膜，再与碳、铁等元素结合在一起，形成一个新的电池。当金属元素形成后，金属材料就会被氧化，失去电子，而金属溶液则会生成一个电子，最后在碳的表面上生成一个氢，这就是所谓的氢分解。在反应时，若不是碱性，则会使铁发生氧化，而氧则会减少，这就是所谓的氧吸收。电化学腐蚀是一种电流，金属离子会被氧化，同时氧气和二氧化碳也会对反应造成一定的影响，1.3 物理损伤物理损伤是指金属由于外物冲击或单纯的物理溶解而引起的破坏。其特点是：低熔点的金属溶入金属材料中时，会对金属份子结构产生“镶嵌”作用。但低熔点的金属强度一般较低，在受力状态下它将优先断裂，从而成为金属材料的裂纹源。金属管道在使用的过程中由于运输介质的冲刷和物理溶解作用可能会发生腐蚀破坏。大部分金属在高温熔盐或者熔碱以及液态金属中，就可以发生物理溶解作用，造成金属管道的腐蚀现象。2 无损检测技术应用的特点分析2.1 安全性在压力管线的检测中，无损检测技术在技术上的应用是以安全为特征。其中，安全特征体现在实施过程中检测介质的安全性、检测操作方式的安全性和实施过程的安全性。在检测操作过程中，避免了由于技术安全问题而导致的人员伤亡和构件损坏等问题，保证了安全稳定的检测。2.2 高效性对目前各种无损检测技术进行了研究，分析了目前石油行业压力管道的使用状况。其中，高效率技术的应用特征是：非破坏性测试技术在压力设备的测试工作中，测试周期以分钟为单位，可以在很短的时间内进行设备的质量检验。从生产效率和经济效益的角度来看，NDR 技术在提高生产质量和安全稳定应用方面具有十分重要的意义。作者简介：韦迪（1985-），男，大学本科，工程师，研究方向：海洋工程检验检测。收稿日期：2022-09-27。文章编号：1671-8909（2023）3-0079-003石油管道内缺陷无损检测技术的研究现状韦 迪（中海石油技术检测有限公司 深水检测分公司，广东 湛江 524000）摘要：石油管线一旦发生腐蚀，就会导致管线出现故障，严重的问题甚至需要更换，维修会耗费大量人工和物料成本，给石油工业带来巨大的经济损失。本文着重讨论用于管道内部缺陷检出的无损检测技术。关键词：石油管道缺陷；无损检测技术；研究现状中图分类号：TE973 文献标识码：A80第 3 期清 洗 世 界3 无损检测技术的详情3.1 电磁泄漏探测技术智能清管机在天然气长距离管道内部检测中得到了广泛的应用。其中，漏磁智能清管器是目前检测领域的重要组成部分，它是利用漏磁探测技术来探测和表征腐蚀缺陷的。漏磁探测技术是以其高的磁导率为基础的。在探测过程中，管壁受到足够的磁力影响，在管壁发生腐蚀或其它异常情况时，通过管壁的磁通泄露而被探测到。根据管壁的厚度，漏出的磁通与金属材料中的磁场饱和度有关。在没有缺陷的情况下，大多数的磁通都是经过钢管的，这时磁场的分布是均匀的；在钢管内部有缺陷时，由于磁场的作用，使其产生弯曲，并有一部分磁通从钢管表面泄漏出来，通过对其进行检测，可以确定其有无缺陷，并对其进行分析，从而获得有关缺陷的信息。这种方法在应用于小直径和厚壁管时是有限制的。一种基于“磁场扰动”技术的改进型内腐蚀探测传感器（ICS)，在不需要对管道壁材料进行磁性饱和的情况下，在小区域内对管道进行直接的磁性反应。所以，ICS 的探测结果与管壁的厚度无关。传统的漏磁探测需要解释探测时所产生的各种复杂信号，这种方法仅需探测出最小的缺陷中心信号强度，并能直接用信号来测量缺陷的长度，其优点是：存在固有的绝对错误，在磁场的线性范围内进行探测，且不要求检测物体的抗磁能力，能够根据所探测到的磁场反射来直接描述缺陷的几何形态。3.2 超声探伤（1）常规超声脉冲法。这种检测又称为压电超声波。在探测过程中，利用与管子垂直的超声波探测器发出超声脉冲，对管内、外两个脉冲波的脉冲间隔进行对比，以反映管壁厚度，从而探测管壁是否被腐蚀以及腐蚀的程度。超声检测技术可以检测出管线的腐蚀深度、大小和位置，并可作为管道最大输送压力的计算基础。该方法具有很好的检测能力，对大口径、厚壁管等管材的应力腐蚀裂纹和材料内部缺陷的检测具有很高的准确性。由于声波传输需要介质，所以在实际探测中，需要将声波传递到管道和管道之间，如油、水等，以作为连续耦合的介质。因此，在石油管线中，超声技术已得到了广泛的应用，但对于声波快速衰减的管线，它的应用受到了限制。（2）超声波探伤。超声波导波的探测主要是利用低频率的扭转波或纵波，它能在很短的时间内进行长距离的传输，所以在不开挖的情况下，将脉冲回波阵列放置在一个点即可进行大范围的探测。电磁超声波探测技术是一种新型的非接触式超声波检测技术，它是目前超声波探测领域的前沿技术。利用振动激励法对样品进行各种超声形态的分析，达到了快速检测的目的。当感应线圈通过高频电流时，金属管表面会产生高频涡流。在靠近金属管的地方，电磁体会形成强大的磁场，在强大的磁场下，会对管子内的带电颗粒产生较高频率的作用力。它是一种可以通过试样传递的高频率机械振动的作用力，也就是产生了超声波，这个过程是可逆的。由管道内部缺陷位置反射的超声波在外部磁场的作用下，形成一个漩涡，该漩涡会引起线圈两端的电压变化，从而对其进行定位和分类。3.3 远距离涡流探测技术利用电磁感应原理，利用探测器对波电流进行激励，使金属表面与线圈的交流磁场保持一定距离，从而形成一种感应电流。它的流动形式与漩涡的形状类似，呈圆形，因此形成了漩涡。不同的涡流所产生的电磁场频率都是一样的，而且电磁场的方向与线圈的磁场方向是相反的，因为电流的反磁通会反射到线圈的探针上，所以当电流的幅值发生变化的时候，探测器的电阻就会发生变化。3.4 射线探测技术X 光探测技术目前分为传统胶片射线和新兴起的 X 射线数字成像，在大数据高速发展的趋势下，X 射线数字成像正慢慢的替代传统的胶片技术。所谓的 X 射线数字成像是利用了计算机技术，让 X光检测的底片表现更加的数字化、图像化，并且检测的速度和显示准确度都很高，特别是对于管线的敏感性，更是可以通过 X 光摄影来进行。目前，国内很多石油公司的管线检验单位正在大力推广和应用该技术。4 管道无损检测技术应用内容的分析4.1 管道表面的无损检测主要检查对象的表面是否有由于剧烈工况产生的疲劳裂纹、焊缝周围是否存在气孔、长期处于潮湿环境中的压力管线焊缝部位是否有裂纹等。对于焊缝的射线探测，石油管线的射线合格等级与检验比率、各项验收标准和施工规程不同。但它的划分主要是根据设计压力，设计温度，管道等级和运输81第 39 卷韦 迪.石油管道内缺陷无损检测技术的研究现状介质来确定的。下列石油管线的焊接应采用 100%X 光摄影：用于输送设计压力不低于 10 MPa、设计温度不低于 400 的无毒性液体和非易燃性液体的管线；一种输送压力不低于 10 MPa，或设计温度不低于 400，设计压力不低于 4 MPa 的液体和易燃性液体；一种用于运输有毒液体的管线；按图纸规定，对管线进行 100%X 线检查；采用低于 -29 的低温管线。射线探测是一种很好的方法，它可以很好地探测出与射线透照方向垂直且平行于焊缝轴向的缺陷，显示的缺陷具有一定的厚度，而且在一定条件下射线底片可以长期保存，因此,广泛地用于检测关键零件的焊接缺陷。4.2 管道内的无损检测检查对象的内部是否有杂质、焊缝是否有夹渣、是否有气孔、是否存在裂纹等。4.3 管道缺陷高度的测量根据管道的缺陷高度，对管道进行最接近于事实状态的评估，并对其信息的可靠性进行确认。目前国内对管线缺陷高度的测量多采用绕射波法，主要是通过对管线缺陷的衍射进行分析，从而判断出管道缺陷的范围，但实际操作中仍有一些问题，尽管精度不高，但适用面很广。5 无损检测技术在石油行业外的发展动向石油长输管道与在用石油工艺管道的在线检测在我国是一个新兴行业，研究者认为，油气管线的检测可以为整个行业和整个社会的发展创造巨大的经济效益。经过对管线的分析，我国管道在腐蚀过程中能够承受的最大压力是 3.1 MPa，到现在为止，管道的无损测试技术已经在我国取得了一定的进展，但是在具体的研究和运用上，还需要进一步的研究和运用。检测的智能化和检测的结果的直观展示就是使得无损检测“更容易”必要条件。目前，国内无损检测市场存在的主要问题是规模小、分散、重复产品较多，研发投资较少，在高端市场、高附加值产品、高技术领域（成像检测设备、大型自动化检测设备）方面，国外产品在市场中占有很大的优势。在未来，新能源的需求量将会越来越大。在发展水电的同时，还必须发展风能和核能。太阳能电池是一种很有发展前景的新型 PV 材料，因此，我们应该把重点放在纳米材料的 NDT上，这就要求对纳米材料的探测技术进行深入的研究。6 无损云检测技术的具体应用在长输天然气管线的探测中，相关人员要将探测点进行科学、合理的安排，以确保探测工作的精确性，并且在每个监测点都会生成相应的数据，由相关的工作人员定期的收集，再通过网络将这些数据传输到管道中，从而得到正确的判断，这种技术被称为无损云检测技术。在实际应用中，必须要有一个包括大数据、物联网在内的系统，在这个过程中，无损检测技术要与云端监控等先进技术相结合，在采集、传输、分析数据时，必须要有一个智能终端，才能保证数据的共享，并提供相应的数据。在长输天然气管线的测试中，目前最常用的是超声波厚度计、电化学检测仪等设备，为了保证这些技术的融合，必须要将各种技术整合起来，同时还需要安装各种不同的部件。长输天然气管道测控系统融合了云计算和大数据技术，在实际应用中，既可以保证检测仪器的先进，又可以保证测试手段的科学性和合理性，可以实现多种功能。7 结语综上所述，随着工业管线的使用越来越广泛，无损检测在工业、交通和生产中的地位和作用也越来越重要。为了确保管线的正常运行，必须采用相应的技术措施，在管线的使用和安装中，按规范标准来选用适当的无损检测技术，可有效保障管道的使用安全。对埋地管线的腐蚀缺陷和沉积情况进行监控、评估和评估，尤其是在有绝缘层和温度较高的情况下。早期发现、正确诊断和采取有效的保护是防止或降低管线故障的关键。为此，有必要根据工况对工业管线进行无损的检验，并不断完善各类检验规范。同时，应结合工程实际选用适当的无损检测手段，建立管线完整性评估数据库，健全管线安全评估体系。这对延长大部分管线的使用寿命、增加经济效益具有重要意义。参考文献：1 王萍.石油管道内缺陷无损检测技术的研究现状 J.全面腐蚀控制，2020,34(10):56-57.2 冯挺，姚欢，邵涛，等.石油管道内缺陷无损检测技术的研究现状 J.石化技术，2016,23(10):208.