超聲導(dǎo)波+脈沖渦流：承壓設(shè)備腐蝕檢測(cè)新思路

在承壓設(shè)備，特別是長(zhǎng)距離且主要為直管段壓力管道的定期檢驗(yàn)和年度檢查中，超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)已逐步成為直管段母材內(nèi)外壁腐蝕缺陷的主要檢測(cè)方法之一。超聲導(dǎo)波檢測(cè)具有避免大面積拆除包覆層、一次性檢測(cè)距離長(zhǎng)、檢測(cè)效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)超聲導(dǎo)波檢測(cè)主要參考的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T31211-2014，GB/T28704-2012和DL/T1452-2015。在這3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中均提到導(dǎo)波檢測(cè)的結(jié)果與評(píng)價(jià)，針對(duì)疑似缺陷或不可接受信號(hào)均需采用其他無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證，而對(duì)帶有包覆層的壓力管道進(jìn)行拆除包覆層復(fù)驗(yàn)存在較大風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)檢測(cè)單位和業(yè)主單位都是不利的。脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)使用矩形波進(jìn)行激勵(lì)，信號(hào)穿透能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)需拆除包覆層的在線非接觸式檢測(cè)，避免了因?yàn)椴鸪矊訉?dǎo)致的原包覆層損壞，使用脈沖渦流技術(shù)對(duì)超聲導(dǎo)波檢測(cè)的可疑點(diǎn)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)是一種有效且可靠性較高的方法，兩種無(wú)損檢測(cè)方法的結(jié)合使用既提高了檢測(cè)效率，又具有較高的可靠性?；谶@兩種無(wú)損檢測(cè)方法的組合使用，寧波市勞動(dòng)安全技術(shù)服務(wù)公司、寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院和杭州浙達(dá)精益機(jī)電技術(shù)股份有限公司的技術(shù)人員采用對(duì)比試塊進(jìn)行了檢測(cè)，最后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用。1超聲導(dǎo)波檢測(cè)首先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行對(duì)比試塊的檢測(cè)，采用國(guó)產(chǎn)超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由MSGW30型超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀、上位機(jī)和檢測(cè)探頭等組成。檢測(cè)系統(tǒng)可對(duì)管、板、纜索等大范圍結(jié)構(gòu)件進(jìn)行12~250kHz的寬頻掃查，并可進(jìn)行頻掃圖像顯示、A掃信號(hào)顯示和包絡(luò)顯示，可對(duì)A掃信號(hào)進(jìn)行DAC(距離-波幅曲線)分析。圖1超聲導(dǎo)波檢系統(tǒng)組成示意圖2小型柔性化換能器外觀考慮到試塊需加工內(nèi)部球孔缺陷，所以取管道原長(zhǎng)度的1/2進(jìn)行加工，由于無(wú)法采用傳統(tǒng)線圈探頭進(jìn)行檢測(cè)，所以采用特制板波探頭進(jìn)行檢測(cè)，換能器的設(shè)計(jì)分為柔性和硬性兩部分，其中硬性設(shè)計(jì)的主要功能是信號(hào)的輸入輸出、保護(hù)換能器、方便操作人員使用等；柔性部分的主要功能是激勵(lì)和接收導(dǎo)波信號(hào)。試驗(yàn)采用的管道球孔缺陷試塊，外徑為159mm，壁厚為10mm，球孔深度分別為壁厚的20%，40%，60%，80%。圖3球孔缺陷試塊結(jié)構(gòu)示意超聲導(dǎo)波檢測(cè)工藝為：掃頻范圍42~90kHz，檢測(cè)頻率74kHz，檢測(cè)范圍0~2m，檢測(cè)波形為T波，采樣間隔100ms，波速3150m/s，平均次數(shù)為10次。圖4對(duì)比試塊的超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果根據(jù)圖4對(duì)導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)得到檢測(cè)數(shù)據(jù)如下表所示。表：對(duì)比試塊的超聲導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)由表中數(shù)據(jù)可以看出，超聲導(dǎo)波對(duì)缺陷的定位具有較高的準(zhǔn)確性，最大誤差僅為2.4%，但是對(duì)于缺陷大小的定量，隨著缺陷深度的增加，定量數(shù)據(jù)的可靠性減小，且若存在缺陷(非圓周缺陷)位于同一條直線上時(shí)，誤差會(huì)進(jìn)一步增大。目前，超聲導(dǎo)波檢測(cè)的DAC曲線的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還不是很廣泛，GB/T31211-2014和GB/T28704-2012這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均提及了超聲導(dǎo)波對(duì)比試塊和靈敏度校準(zhǔn)，其中對(duì)比試塊應(yīng)采用與被檢構(gòu)件材料性能及幾何形狀相同或相近的材料制作，并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)繪制DAC曲線，但在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中還存在以下問(wèn)題：石油化工行業(yè)管道尺寸、規(guī)格、材料、種類等較多，且一般都存在焊縫、支架、彎頭等結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)要求的對(duì)比試塊和靈敏度校準(zhǔn)在實(shí)際操作時(shí)具有一定困難，且沒(méi)有考慮到管道彎頭對(duì)信號(hào)衰減的影響?；谝陨蠋c(diǎn)，導(dǎo)波DAC曲線的應(yīng)用受到一定的限制，因此目前導(dǎo)波檢測(cè)的關(guān)注點(diǎn)還主要集中在缺陷的定位上，定量主要采用其他無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。2脈沖渦流檢測(cè)在實(shí)驗(yàn)室中采用Lyft-GD型脈沖渦流保溫層下腐蝕成像儀，探頭型號(hào)為PEC-098-G2，該設(shè)備具有以下主要性能特點(diǎn)：實(shí)時(shí)C掃描成像；同時(shí)支持點(diǎn)陣式測(cè)量與編碼動(dòng)態(tài)測(cè)量；快速數(shù)據(jù)采集；可檢測(cè)工件厚度達(dá)100mm，包覆層厚度最大達(dá)300mm，可檢測(cè)防雨罩材料包括鋁、不銹鋼以及鋅鐵皮；CWT算法(壁厚補(bǔ)償工具)可有效地改善檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用如圖3所示球孔缺陷試塊進(jìn)行脈沖渦流檢測(cè)，使用Eddyfi的網(wǎng)格墊來(lái)定位，采用聚氨酯泡沫模擬管道包覆層，厚度設(shè)為60mm，具體檢測(cè)工藝為：探頭覆蓋長(zhǎng)度63.3mm，掃查方式為單點(diǎn)網(wǎng)格，提離距離60mm，校準(zhǔn)方式采用設(shè)備內(nèi)置的SmartPULSE，A掃開(kāi)始時(shí)間5.9ms，A掃持續(xù)時(shí)間163ms，采集速率1.15Hz，濾波頻率60Hz。采用C掃成像模式，用壁厚百分比進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)，檢測(cè)結(jié)果如下圖所示。圖5球孔試管的脈沖渦流C掃結(jié)果根據(jù)圖5可知，通過(guò)脈沖渦流C掃結(jié)果可以明顯發(fā)現(xiàn)試管中的4個(gè)球孔缺陷，缺陷檢出位置與預(yù)制位置相同，且壁厚百分比與缺陷實(shí)際尺寸具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，80%球孔壁厚百分比最小為83.8%，20%球孔缺陷壁厚百分比最小為98.5%。值得注意的是，由于脈沖渦流檢測(cè)原理是對(duì)有缺陷的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，而不是對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，所以壁厚百分比不能體現(xiàn)出真實(shí)腐蝕當(dāng)量，但存在一定的比例關(guān)系，可以輔助判斷缺陷大小，對(duì)缺陷的精確定量還需采用其他無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行確認(rèn)，該結(jié)論可以從脈沖渦流檢測(cè)原理中幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算來(lái)解釋。01覆蓋長(zhǎng)度(FP)是描述空間信號(hào)分布的主要變量，其可以通過(guò)探頭大小和提離高度來(lái)計(jì)算。FP=(0.65×L0)+FP0式中：L0為提離高度，包含保溫層、防雨罩、涂層厚度等；FP0為提離高度為0時(shí)，探頭的覆蓋長(zhǎng)度，不同的采集分辨率由不同的探頭覆蓋長(zhǎng)度確定，小尺寸探頭具有更好的檢測(cè)分辨率。02平均區(qū)域面積(AΦ)是平面狀態(tài)下探頭響應(yīng)90%的區(qū)域，平均區(qū)域和覆蓋長(zhǎng)度密切相關(guān)。AΦ=FP×1.803脈沖渦流可檢測(cè)的最小缺陷是覆蓋長(zhǎng)度區(qū)域內(nèi)部體積的15%。04脈沖渦流采集的實(shí)際信號(hào)為標(biāo)稱壁厚信號(hào)和缺陷信號(hào)的綜合結(jié)果，當(dāng)缺陷尺寸小于覆蓋的平均區(qū)域時(shí)，脈沖渦流檢測(cè)將低估缺陷的尺寸；當(dāng)缺陷尺寸大于覆蓋的平均區(qū)域時(shí)，脈沖渦流檢測(cè)將會(huì)獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的管道為某煉化企業(yè)焦化裝置的一條附塔管線，公稱直徑400mm，壁厚10mm，有保溫層，工作溫度110℃，工作壓力0.85MPa，根據(jù)檢驗(yàn)預(yù)定表進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測(cè)，根據(jù)導(dǎo)波包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行判斷，發(fā)現(xiàn)距離支架0.64m處存在小面積腐蝕，隨即采用脈沖渦流進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，拆除保溫層后進(jìn)行宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)該處為小面積保溫層下腐蝕，超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果如下圖所示。圖6附塔管線超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果根據(jù)圖6可以看出，整個(gè)超聲導(dǎo)波檢測(cè)覆蓋范圍為40m，檢測(cè)結(jié)果具有較高的信噪比，能發(fā)現(xiàn)明顯的特征波形，注意到+6.4m處存在超過(guò)10%波幅的信號(hào)，采用脈沖渦流進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示。圖7附塔管線脈沖渦流復(fù)驗(yàn)結(jié)果由圖7可以看出，通過(guò)脈沖渦流C掃成像，確認(rèn)在支架+0.64m處存在最大腐蝕當(dāng)量為13.6%的面積狀腐蝕，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拆除包覆層后，發(fā)現(xiàn)為保溫層下面積狀腐蝕，采用焊縫檢驗(yàn)尺對(duì)凹坑深度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)最大深度為3.0mm，腐蝕當(dāng)量為30%，基于脈沖渦流檢測(cè)原理，這一數(shù)值大于脈沖渦流測(cè)量值。4結(jié)語(yǔ)采用超聲導(dǎo)