基于脈沖渦流的壓力管道保溫層下腐蝕檢測(cè)新工藝

陳浩禹* 蔡剛毅 劉海云 葉宇峰

（1.浙江省特種設(shè)備科學(xué)研究院 2.浙江省特種設(shè)備安全檢測(cè)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

0 引言

在石油化工行業(yè)中，保溫層下腐蝕可能造成設(shè)備運(yùn)行故障，使產(chǎn)品泄漏，增大了企業(yè)的檢維修成本，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾十億元，甚至可能會(huì)造成各類嚴(yán)重事故。石化行業(yè)中壓力管道的保溫層對(duì)其工藝控制、高效節(jié)能以及安全生產(chǎn)都至關(guān)重要，但保溫層下的管道容易發(fā)生腐蝕減薄，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致管道泄漏、穿孔，影響設(shè)備正常運(yùn)行，造成維護(hù)檢修費(fèi)用大大增加[1]。

1 現(xiàn)有檢測(cè)工藝

壓力管道的保溫層下管道局部腐蝕具有較強(qiáng)的隱蔽性，在正常的生產(chǎn)過程中很難被發(fā)現(xiàn)，容易產(chǎn)生突發(fā)性的介質(zhì)泄漏事故，因此對(duì)在用壓力管道進(jìn)行保溫層下腐蝕檢測(cè)尤為重要。

現(xiàn)有的保溫層下腐蝕檢測(cè)工藝必須在裝置停車之后，按照一定比例對(duì)壓力管道進(jìn)行抽檢。首先對(duì)相應(yīng)部位的保溫層進(jìn)行拆除，然后采用宏觀檢測(cè)、超聲波壁厚檢測(cè)等方法對(duì)壓力管道的腐蝕情況進(jìn)行判定，檢測(cè)完成后還需對(duì)之前破壞的保溫層進(jìn)行恢復(fù)。但裝置停車檢驗(yàn)會(huì)給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，且由于保溫層的拆除和恢復(fù)問題，無法對(duì)壓力管道進(jìn)行全方位檢測(cè)，只能定點(diǎn)抽檢，導(dǎo)致壓力管道保溫層下腐蝕檢測(cè)效率不高，缺陷檢出率低且存在檢測(cè)盲點(diǎn)，無法完全保證帶保溫層壓力管道的運(yùn)行安全。

因此，需根據(jù)創(chuàng)新的檢驗(yàn)思路和先進(jìn)的檢測(cè)手段，制定符合企業(yè)需求的保溫層下腐蝕檢測(cè)新工藝，在不停車的情況下，就能對(duì)帶保溫層的壓力管道進(jìn)行全方位的腐蝕排查，節(jié)約成本、增加效益，同時(shí)快速檢測(cè)所有可疑部位，大幅度提升其腐蝕缺陷檢出率。

2 在線檢測(cè)新工藝

在裝置不停車的情況下對(duì)壓力管道進(jìn)行檢測(cè)，可采用能進(jìn)行在線高溫檢測(cè)的新技術(shù)如超聲導(dǎo)波檢測(cè)、脈沖渦流檢測(cè)、電磁超聲檢測(cè)等。各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)不同，需充分利用其優(yōu)點(diǎn)，形成一套新的檢測(cè)工藝，在不停車的情況下全方位排查在用壓力管道保溫層下腐蝕情況，精確定位腐蝕點(diǎn)，排除安全隱患，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高局部腐蝕檢出率，確保管道安全運(yùn)行。

保溫層下腐蝕檢測(cè)新工藝流程如圖1 所示。

圖1 壓力管道保溫層下腐蝕檢測(cè)工藝

（1）采用超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)，在不拆除保溫的前提下，對(duì)帶保溫層的壓力管道進(jìn)行長(zhǎng)距離檢測(cè)，可以確定保溫層下壓力管道發(fā)生局部腐蝕的橫截面。

（2）采用脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)，在不拆除保溫的前提下，對(duì)有腐蝕減薄的壓力管道橫截面進(jìn)行周向掃查，從而確定保溫層下壓力管道發(fā)生局部腐蝕的減薄點(diǎn)。

（3）在精確定位保溫層下腐蝕位置后，拆除該區(qū)域的保溫層，采用電磁超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)在用高溫管道進(jìn)行厚度檢測(cè)，最終判斷其表面腐蝕情況，并采取相應(yīng)的處理措施。

3 保溫層下腐蝕檢測(cè)新工藝

3.1 超聲導(dǎo)波定位腐蝕截面

超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)是通過超聲導(dǎo)波在試件中傳播，遇到焊縫、支撐、缺陷等管道特征會(huì)返回部分能量，然后相應(yīng)傳感器探測(cè)到信號(hào)并進(jìn)行采集分析記錄試件截面壁厚金屬損失情況[2]。較傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）檢測(cè)范圍大、可以進(jìn)行長(zhǎng)距離檢測(cè)，檢測(cè)出金屬損失較大的截面；（2）不用拆除在用管道的保溫層，可以直接進(jìn)行檢測(cè)；（3）對(duì)壓力管道的機(jī)械損傷、局部腐蝕等體積型缺陷較為敏感，有較高的檢測(cè)靈敏度。但超聲導(dǎo)波檢測(cè)也有不足之處，只能定位壓力管道金屬損失較大的截面，不能精準(zhǔn)定位局部腐蝕的點(diǎn)。

因此在不拆除保溫層的前提下，可以利用超聲導(dǎo)波對(duì)幾十米長(zhǎng)的壓力管道管壁厚度進(jìn)行在線檢測(cè)，超聲導(dǎo)波在管道壁厚發(fā)生變化的位置會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)波。檢測(cè)人員根據(jù)管壁橫截面的缺損率可以定位到壓力管道發(fā)生保溫層下局部腐蝕減薄的截面位置，確定在用壓力管道保溫層下的腐蝕截面。

3.2 脈沖渦流定位腐蝕點(diǎn)

脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)是利用寬帶脈沖激勵(lì)線圈在被檢試樣上感應(yīng)瞬時(shí)渦流[3]。如果被檢試樣中存在缺陷，就會(huì)使感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度發(fā)生變化，對(duì)渦流的分布產(chǎn)生影響，從而影響磁場(chǎng)的分布情況，使得檢測(cè)線圈上的瞬態(tài)感應(yīng)電壓發(fā)生相應(yīng)變化，所以通過測(cè)量瞬態(tài)感應(yīng)電壓信號(hào)和參比值，計(jì)算出金屬試件被測(cè)區(qū)域的平均厚度。渦電流信號(hào)在被測(cè)管件內(nèi)沿厚度方向傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)管件邊界會(huì)發(fā)生突然的衰變，這時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)迅速減弱。渦電流在被測(cè)管件中的衰減時(shí)間t與被測(cè)管件的特性（如電導(dǎo)率μ、磁導(dǎo)率σ以及壁厚d）存在固定的函數(shù)關(guān)系：

式中：c——常數(shù)。

因此管件厚度d可通過電導(dǎo)率μ、磁導(dǎo)率σ以及衰減時(shí)間t獲得，在脈沖渦流檢測(cè)開始前，通過測(cè)量同一材料、厚度明確的壓力管道設(shè)置一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，因?yàn)殡妼?dǎo)率μ、磁導(dǎo)率σ相等，通過比對(duì)衰減時(shí)間，可以得到被測(cè)壓力管道的厚度d。

脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)相比較傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）脈沖渦流探頭不受外覆蓋層影響，能直接穿透保溫鐵皮及保溫棉對(duì)壓力管道進(jìn)行檢測(cè)；（2）對(duì)壓力管道的體積型缺陷敏感，有較高的檢測(cè)靈敏度；（3）檢測(cè)速度快、檢測(cè)效率高，可以實(shí)現(xiàn)快速全方位掃查，避免漏檢。但脈沖渦流也有不足之處，不能一次性進(jìn)行長(zhǎng)距離檢測(cè)且只能測(cè)得相對(duì)值（相較于校準(zhǔn)點(diǎn)的壁厚），不能得到在用保溫管道的絕對(duì)壁厚。

因此，可以利用脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)壓力管道的腐蝕截面沿著壓力管道的周向依次對(duì)腐蝕截面進(jìn)行全方位掃查，由于傳感器面積較大，能覆蓋所有位置，掃查得到的全腐蝕截面的管道相對(duì)厚度（與校準(zhǔn)點(diǎn)比對(duì)），如圖2 所示。通過比對(duì)判斷可以確定腐蝕截面上的腐蝕點(diǎn)，但與超聲波測(cè)厚不同，脈沖渦流檢測(cè)只能得到相對(duì)值（相較于校準(zhǔn)點(diǎn)的壁厚），所以脈沖渦流檢測(cè)只能定位到腐蝕減薄點(diǎn)位置，具體數(shù)值及表面腐蝕狀況還需要其他手段進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 脈沖渦流腐蝕截面檢測(cè)數(shù)據(jù)

3.3 電磁超聲確定腐蝕情況

電磁超聲技術(shù)是利用電磁超聲換能器在試樣表面激發(fā)和接受超聲波信號(hào)，根據(jù)聲波在試樣中的傳播時(shí)間來計(jì)算管道壁厚[4]。相比較傳統(tǒng)的超聲波測(cè)厚檢測(cè)技術(shù)，電磁超聲技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可對(duì)在用高溫管道進(jìn)行厚度測(cè)量，最高溫度可達(dá)750 ℃；（2）壓力管道表面無需打磨處理，可對(duì)帶有防銹漆的壓力管道進(jìn)行測(cè)厚，大大提高了檢測(cè)速度；（3）電磁超聲測(cè)厚不需要在探頭位置涂抹耦合劑，可以進(jìn)行非接觸式測(cè)厚。但電磁超聲技術(shù)也有不足之處，不能隔著保溫層對(duì)壓力管道進(jìn)行壁厚檢測(cè)。

因此，可以利用電磁超聲測(cè)厚技術(shù)對(duì)精準(zhǔn)定位的腐蝕點(diǎn)進(jìn)行在線測(cè)厚。通過超聲導(dǎo)波定位腐蝕截面，脈沖渦流定位腐蝕點(diǎn)后，拆除這一區(qū)域的保溫層，采用電磁超聲檢測(cè)儀對(duì)腐蝕減薄點(diǎn)進(jìn)行壁厚檢測(cè)。通過激發(fā)接收超聲波剪切振蕩的電磁超聲來測(cè)量計(jì)算此處管道的壁厚，對(duì)發(fā)生腐蝕減薄的地方按按照GB 150—2011《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行厚度校核，若腐蝕較為嚴(yán)重應(yīng)按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行返修處理。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有檢測(cè)工藝只能在裝置停車時(shí)，拆除壓力管道的保溫層，并打磨防銹漆后再進(jìn)行檢測(cè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且需較大停工成本、人工成本，缺陷檢出率不高，容易造成漏檢，無法保證壓力管道安全運(yùn)行。本文總結(jié)了一套從線到面到點(diǎn)的全方位保溫層下腐蝕在線檢測(cè)新工藝，利用超聲導(dǎo)波長(zhǎng)距離檢測(cè)，找到腐蝕減薄的截面；然后利用脈沖渦流對(duì)全截面進(jìn)行周向掃查，精準(zhǔn)定位腐蝕截面上的腐蝕點(diǎn)；最后利用電磁超聲檢測(cè)得到腐蝕部位的管道壁厚，了解管道的腐蝕狀況，若腐蝕減薄較為嚴(yán)重則需按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行返修處理。

壓力管道保溫層下腐蝕檢測(cè)新工藝能在裝置不停車的情況下在線檢測(cè)帶保溫層的壓力管道，精準(zhǔn)定位保溫層下腐蝕，在降低運(yùn)營(yíng)成本的前提下，精準(zhǔn)消除局部腐蝕隱患，確保壓力管道安全運(yùn)行。當(dāng)然，壓力管道保溫層下腐蝕檢測(cè)新工藝還有一些不足，相關(guān)的“超聲導(dǎo)波技術(shù)”、“脈沖渦流技術(shù)”、“電磁超聲技術(shù)”都跟電磁信號(hào)相關(guān)，其在馬氏體不銹鋼中衰減較大，因此無法對(duì)馬氏體不銹鋼為材料的壓力管道進(jìn)行在線檢測(cè)。對(duì)于馬氏體不銹鋼的保溫層下腐蝕檢測(cè)還需進(jìn)行廣泛的探討與研究。