在役天然氣管道分層缺陷的檢測判定

鄧 勇，吳冠霖，宋立兵

（1.四川出入境檢驗檢疫局，成都 610041；2.西南油氣田分公司 安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院 管道及特種設(shè)備檢測評價中心，成都 610213；3.成都艾因蒂克檢測設(shè)備有限公司，成都 610031）

在役天然氣集輸管道應(yīng)定期進行安全檢測及評價以保障管道的安全運行［1］。由于四川大部地區(qū)屬于丘陵地帶，在對川內(nèi)某埋地原料氣集輸管道進行內(nèi)腐蝕檢測時，根據(jù)管道走向，主要對管道彎曲部位，特別是向上彎曲、管段內(nèi)易積水、易沖刷的部位進行了開挖直接檢測，即在檢測管道外防護層后去除外防護層，對鋼管本體采用金屬磁記憶、聲發(fā)射、超聲波測厚、超聲波探傷及X射線探傷等綜合檢測。

管道材質(zhì)為20號無縫鋼管，規(guī)格為φ108mm×6mm，長度為2.16km。

管道輸送介質(zhì)為原料氣，其中H2S含量26.01g／m3，CO2含量14.42g／m3，酸性氣體含量較高；污水礦化度為219.67g／L、氯離子含量為133.60g／L。

管道于2005年建成投運，采用埋地敷設(shè)，絕大部分埋在地下，溫度處于15～35℃之間；設(shè)計輸送量10.4×104m3／d，設(shè)計壓力6.4MPa；采用石油瀝青防腐，未采用陰極保護措施，因此管道風(fēng)險較高。

在使用超聲波測厚儀對管道進行內(nèi)腐蝕檢測時，發(fā)現(xiàn)某處壁厚僅為2.05mm（在鋼管橫截面的1點鐘位置），而附近管道壁厚正常，為6mm左右。該壁厚異常處位于直管段，遠(yuǎn)離焊縫，聲發(fā)射及磁記憶檢測均未發(fā)現(xiàn)異常。根據(jù)經(jīng)驗，該類管線的失效通常為硫化氫和二氧化碳腐蝕所致，多表現(xiàn)為應(yīng)力腐蝕裂紋或點狀腐蝕［2－3］。檢測結(jié)果表征該處疑似點狀腐蝕，如果剩余壁厚已減至2.05mm，則該處將有泄漏穿孔的可能，容易造成安全事故。

1 檢測方案

為全面分析該處缺陷，結(jié)合現(xiàn)場情況，制定了檢測方案（圖1），采用ISONIC2006聲定位超聲波探傷系統(tǒng)和數(shù)字X射線檢測系統(tǒng)進行相互驗證。

圖1 掃查位置示意圖

首先用φ10mm 5MHz雙晶直探頭對該處（圖1中A點）附近管道進行C掃描腐蝕成像，以檢測該管段的總體腐蝕情況；再針對該處采用4MHz 60°8mm×9mm斜探頭，沿管子軸向做多次不同距離的二維平行掃查（聲束與軸向垂直），以確定缺陷的軸向尺寸和深度尺寸；最后在缺陷處沿管子周向掃查（聲束與軸向垂直），以確定缺陷周向尺寸并確認(rèn)該缺陷是否存在開口，如果為開口缺陷，則應(yīng)產(chǎn)生內(nèi)壁尖角的反射信號。

為驗證超聲波檢測結(jié)果，采用英國生產(chǎn)的DR7700L實時成像DR系統(tǒng)對該處進行射線檢測（射線源為美國生產(chǎn)的XRS3脈沖源），以確定該缺陷的周向尺寸（即寬度），彌補超聲波直探頭由于缺陷反射面不夠（不垂直）而只能測到一個點信號的不足。

2 檢測結(jié)果

圖2為C掃描腐蝕成像：管道有腐蝕發(fā)生，腐蝕坑最深處剩余壁厚約為5.7mm，未發(fā)現(xiàn)成片的異常減薄情況。圖3為軸向二維掃查結(jié)果，其缺陷信號非常明顯，總體與鋼管表面平行。圖4為圖3中缺陷掃查位置的A掃描情況，波峰高度約為67%；管子周向斜探頭掃查沒有發(fā)現(xiàn)其它缺陷信號。圖5為射線垂直透照結(jié)果，可見確實存在一個條狀的缺陷（圖中微微發(fā)白區(qū)域），圖中標(biāo)注了缺陷的兩個寬度最大部位的尺寸（2.08～3.15mm）。

3 討論分析

超聲波測厚儀最初在一個點測得壁厚異常減薄，疑似點狀腐蝕。點狀腐蝕多發(fā)生在不銹鋼部件上［4］；而碳鋼件多發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕，表現(xiàn)形式多為應(yīng)力裂紋，但不論是哪種腐蝕都具有開口性，即在內(nèi)壁應(yīng)存在開口。從圖2檢測結(jié)果可以看出，該管段存在較均勻的腐蝕減薄，但并不嚴(yán)重，有效壁厚接近6mm；圖3為斜探頭二維面掃描，從一次波的形態(tài)看，缺陷很明顯，離外表面距離約為2mm，缺陷本身有一定的厚度，接近0.4mm，長度約為20mm，斜探頭周向掃查證實了不是開口性缺陷，而是一個封閉的缺陷，不是從內(nèi)表面腐蝕進去的，該缺陷總體與鋼管表面平行，類似于分層（如圖6所示的分層缺陷）。由于分層缺陷較小，且分布形態(tài)平行于管壁，金屬磁記憶和聲發(fā)射方法均未能發(fā)現(xiàn)任何信號。

圖6 其它材料的分層缺陷橫斷面

DR系統(tǒng)顯示與傳統(tǒng)膠片正好相反，缺陷為一微微白亮區(qū)域。從對比度來看，缺陷區(qū)域厚度與其它區(qū)域差距不大。由射線檢測圖像可以看出，該缺陷邊緣平直，寬度約為2.08～3.15mm。

根據(jù)檢測結(jié)果，初步認(rèn)為缺陷為分層缺陷。為了提高檢測靈敏度，仔細(xì)判斷是裂紋類缺陷還是分層，在直探頭的C掃描腐蝕成像和斜探頭掃查中沒有使用標(biāo)準(zhǔn)SY／T 6423.7—1999標(biāo)準(zhǔn)［5］所推薦的φ10mm平底孔或矩形槽缺陷作為檢測靈敏度（因為用該標(biāo)準(zhǔn)的靈敏度找不到所述缺陷），而是根據(jù)缺陷性質(zhì)和形狀，采用φ2mm平底孔和橫通孔反射信號作為基準(zhǔn)靈敏度，提高6dB作為掃查靈敏度進行掃查。由于ISONIC2006聲定位超聲波探傷系統(tǒng)能掃查自動記錄缺陷（圖3），結(jié)合圖4所示每一個位置的A掃描記錄直接可以測量出缺陷的尺寸，結(jié)合射線掃查的記錄（圖5），確定缺陷最大尺寸為20mm×3.04mm×0.4mm，總的形態(tài)平行于鋼管表面。

一般來講，無損檢測可以確定缺陷的位置和尺寸，但是確認(rèn)缺陷的性質(zhì)較為困難。根據(jù)缺陷所處的位置和形狀，是否存在開口，以及在工況介質(zhì)的情況下材料產(chǎn)生腐蝕坑或腐蝕裂紋的形態(tài)與現(xiàn)在形態(tài)作比較，再結(jié)合管鋼的生產(chǎn)工藝過程，綜合判定該缺陷為分層缺陷。

根據(jù)檢測結(jié)果和管道運行參數(shù)，按所處地區(qū)等級進行強度核算，核算結(jié)果顯示該管道最小壁厚應(yīng)＞2.21mm，目前鋼管除去分層缺陷以外的內(nèi)壁有效壁厚還有近4mm，可以安全運行。

隨著科技的發(fā)展，TOFD無損檢測新技術(shù)對裂紋類缺陷可以進行判斷，但是對于這種薄壁小口徑管道難以采用；對于點蝕缺陷或裂紋類缺陷用靈敏度較高的相控陣探頭檢測效果也不錯，但同樣由于口徑小弧度大，需要解決耦合問題，也即采用曲面相控陣超聲探頭［6］，不宜使用平面或矩陣探頭，并且針對不同缺陷的性質(zhì)和形狀需要制作一些特殊試塊，以確定檢測靈敏度和判定標(biāo)準(zhǔn)。目前我國已建設(shè)完成大量的長距離輸送管線，盡快將無損檢測的新技術(shù)新設(shè)備用于快速準(zhǔn)確的日常檢測工作中，通過大量的積累檢測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，建立一套與之相適應(yīng)的檢測和判定標(biāo)準(zhǔn)還有很多工作要做。

4 結(jié)論及建議

（1）鋼管外壁采用了有效的外防腐措施，檢測時拆除外防護層后表面光滑無腐蝕，總體防護情況良好。

（2）通過多種無損檢測方法的檢測分析，缺陷判定為一個類似于分層的封閉性缺陷，屬于鋼管生產(chǎn)過程中造成的冶金缺陷，不是天然氣腐蝕造成；目前不影響管道運行安全，但應(yīng)加強監(jiān)測，觀察發(fā)生的變化。

（3）建議條件允許時更換該段管道，對缺陷進行解剖分析，證實缺陷的真實性，積累管道腐蝕檢測的經(jīng)驗。

［1］Q／SY 93—2004 天然氣管道檢驗規(guī)程［S］.

［2］閆鳳芹.硫化氫應(yīng)力腐蝕原理與防護措施［J］.煉油與化工，2009（1）：38－42.

［3］胡興民.濕氣輸送天然氣管道腐蝕檢測與安全性分析［J］.油氣儲運，2005（11）：37－41.

［4］吳劍.不銹鋼的腐蝕破壞與防蝕技術(shù)［J］.腐蝕與防護，1997（1）：38－42.

［5］SY／T 6423.7—1999 管道分層缺陷的判定［S］.

［6］李衍.小徑管焊縫相控陣超聲檢測新動態(tài)［J］.無損檢測，2009，31（1）：6－10.