石化生產企業球罐區管線保溫層內腐蝕檢測技術應用

顧 穎

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司，甘肅 蘭州 730060)

1 研究目的

管線保溫層下腐蝕、支撐座腐蝕和防溢堤腐蝕等問題在國內石化廠球罐區都曾發生過腐蝕造成的泄漏事件[1]。這些容易腐蝕的管線區段因為包覆材料或防溢堤混凝土老化與破損的問題使得水蒸氣得以接觸到管線外壁，使管壁腐蝕速率較其它裸管段要快，再加上日常目視巡檢難以發現這些問題的存在，因此急需一項無損檢測方案來達到有效檢測，在管線發生破管泄漏或者嚴重腐蝕前便能提供給管線使用單位腐蝕發生的位置與嚴重程度的信息。

本文針對球罐區的包覆管線與穿越防溢堤管線進行探討，主要內容方案有以超聲導波檢測技術作為腐蝕快篩，對分布較大范圍的管線找出腐蝕熱點區域；如保溫層下腐蝕則配合拆除局部包覆材料目視檢查作腐蝕深度評估；如防溢堤內部的管線腐蝕則以定量電磁超聲波在不拆除防溢堤的前提下進行腐蝕深度評估；插管部位則以射線數字圖像的輪廓分析法評估保溫層下腐蝕的剩余壁厚是否符合使用單位的所需管壁厚度。

2 球罐區無損檢測技術有效性

2.1 超聲導波管線腐蝕快篩

超聲導波在單純的金屬管在線傳遞時，因不會發散也不易衰減，因此長距離傳送超聲波的能量作為長距離管線腐蝕快篩的檢測方法。相對于傳統超聲波僅局部檢測探頭下方管壁腐蝕，超聲導波技術平均可一次檢測環狀探頭前后方各30 m，將環狀探頭安裝于管線一處激振出超聲導波在線傳遞，同時用相同環狀探頭接收長距離范圍內各管線特征的回波信號，信號處理器可將信號處理后并傳至計算機進行分析，由頻率特性的變化以判定為管線固有特征或者為腐蝕現象。

2.2 輪廓射線檢測技術

球罐區包覆管線有許多小尺寸插管，插管周圍包覆材料較一般主管的包覆材料容易破損，且大多插管配置朝上，若有包覆破損處則容易受到水蒸氣進入包覆材料與金屬管壁之間，輪廓射線檢測技術是一種利用輻射線照射包覆管線與一顆固定尺寸的比較鋼球投影至底片上成像，針對管徑小于0.2 m，射線投影于底片的對比度以及影像的放大仍可有效為現場包覆插管處進行包覆下腐蝕的檢測。

2.3 定量電磁超聲波檢測技術

防溢堤界面腐蝕的檢測可以采用定量電磁超聲波法，以電磁超聲波中的磁致伸縮效應在管線或平板上激振出可進行定量檢測的超聲波SH0模態，將聲阻抗與鋼管相近的鐵磁性帶固定于鋼管上，再利用線圈產生外部交變磁場，使用一靜態磁場外加電磁感應產生磁偏量所形成的磁致伸縮效應激發頻率范圍為100 kHz～200 kHz的單一且非頻散SH0模態沿著管線縱向傳遞。利用腐蝕所產生的回波信號振幅來分析與計算出腐蝕深度。

3 球罐區管線腐蝕檢測案例

3.1 保溫層包覆下管支撐腐蝕檢測

球罐區包覆管線腐蝕發生于管支撐的部位也比較常見，管線支撐座類型一般采用焊接式支撐座或者夾持式支撐座，支撐座位置的包覆材料因為支撐座的幾何形狀，容易使包覆材料難以完善包覆，包覆下腐蝕也就更容易發生于支撐座附近。針對夾持式支撐座，如果僅為金屬管夾直接接觸管壁則會對管線傳遞的超聲導波產生相當大的反射信號，對該管支撐腐蝕的檢測會有相當的困難。為了解管夾處管壁發生嚴重腐蝕時，超聲導波會產生的反射特性，在管線上，由超聲導波信號產生器在壓電探頭數組上產生18 kHz～34 kHz的超聲波于管線傳遞，經測，該腐蝕深度超過80%管壁正常部位厚度。由本案例結果可見，超聲導波檢測可有效快篩球罐區夾持式支撐處是否有腐蝕現象，可提供管支撐腐蝕輕度、中度與嚴重等三級的評估，但無法直接以信號特性直接判定為管線破孔泄漏的位置。

3.2 防溢堤管線超聲導波檢測

球罐區管線在槽區防溢堤內分布通常會匯集于某一面墻后穿墻而出，在穿越防溢堤時若待測管線為保溫包覆管線則管線會先通過約0.2 m厚的混凝土前墻然后為約1 m的土壤層，最后再通過0.2 m厚的后墻[2]。管線表面若與混凝土直接接觸則在界面處會產生約 18%～20%的反射信號，若為保溫包覆管線則穿墻界面處并無反射回波產生，若為防腐蝕帶包覆管線則穿墻界面會產生5%～8%反射信號，穿越防溢堤管線狀況屬于后兩者，穿墻界面處有腐蝕發生時，其腐蝕反射回波信號不會被穿墻界面反射波給遮蔽住，使得超聲導波檢測防溢堤管線界面腐蝕更具可能性。

3.3 防溢堤腐蝕定量電磁超聲波檢測

球罐區防溢堤針對為數眾多的管線可以由超聲導波檢測進行腐蝕狀況的快篩，然而有許多防溢堤并無法立即開挖處理腐蝕管線，而超聲導波腐蝕快篩僅能提供管線使用單位輕度、中度或嚴重腐蝕等三級區分。當超聲導波信號呈現防溢堤內管線有中度腐蝕或嚴重腐蝕信號時，使用單位往往會更需要尋求其他無損檢測方法來提供管線腐蝕結果。定量電磁超聲波 QEUT便扮演著腐蝕深度定量的角色[3]。檢測人員在防溢堤外部管線安裝鐵磁帶于管線外壁，信號產生器連接QEUT探頭上的線圈與鐵磁帶感應產生往防溢堤方向傳遞的電磁超聲波，利用QEUT探頭沿管線圓周方向移動，每移動一步，超聲波信號便被記錄一個掃描信號，最終匯集成掃描信號圖。對于難以進入的管線區段，電磁超聲波雖然檢測距離不長，但對于腐蝕深度定量較準確，能與超聲導波檢測技術產生互補作用。

4 結論

石油化工企業中設備與管線的安全是生產的基本保障。本文針對球罐區包覆管線、管支撐部位以及穿越防溢堤管線等腐蝕發生高風險的區域，提出相關有效性無損檢測技術應用，探討基本使用原理。0.2 m以下插管部位可采用射線輪廓檢測技術，在不用拆除包覆材前提下，建立各插管部位的腐蝕底片顯像，包覆管線支撐座腐蝕以及防溢堤界面腐蝕可在拆除局部包覆材料條件下采用超聲導波檢測法針對眾多腐蝕高風險區進行腐蝕快篩，找出輕度、中度與嚴重腐蝕點的位置與方位。若管支撐部位或防溢堤內管線出現超聲導波腐蝕信號，可搭配定量電磁超聲波檢測，以較高頻的超聲波檢測分析出腐蝕點深度，此三種無損檢測技術相互搭配使用，可有效檢測在球罐區分布的眾多管線，了解管線腐蝕點位置與嚴重程度。