長輸管道內(nèi)壁腐蝕缺陷的TOFD檢測

隨著我國油氣發(fā)展的需求擴(kuò)大，長輸管道鋪設(shè)量大幅增加。長輸管道經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后會(huì)發(fā)生多種損傷，管道內(nèi)壁腐蝕是長輸管道運(yùn)行中的一種常見損傷模式。管道內(nèi)壁腐蝕缺陷的精確測量對(duì)管道的安全運(yùn)行有著重要意義。目前，長輸管道內(nèi)壁腐蝕的檢測技術(shù)主要為內(nèi)檢測技術(shù)等，其通過測量管道壁厚損失百分比來評(píng)價(jià)腐蝕程度，在發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁腐蝕缺陷后，還需采用常規(guī)超聲檢測或射線檢測技術(shù)進(jìn)行復(fù)測。常規(guī)超聲檢測結(jié)果不直觀，缺陷特征評(píng)價(jià)提供的信息量不足；射線檢測應(yīng)用于在役管道檢測時(shí)需采用雙壁單影透照方式，檢測靈敏度較低。超聲波衍射時(shí)差法(TOFD)是一種利用缺陷端點(diǎn)的聲波衍射傳播時(shí)間差來進(jìn)行缺陷檢測與定量的技術(shù)。圖1TOFD檢測原理示意TOFD檢測較常規(guī)超聲檢測方法而言，除可顯示A型脈沖波形外，還可以得到D掃描圖像，檢測結(jié)果更為直觀；TOFD檢測還可對(duì)缺陷的深度、高度及長度進(jìn)行精確測量。TOFD檢測底面盲區(qū)分為焊縫中心底面盲區(qū)和軸偏離盲區(qū)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，焊縫中心底面盲區(qū)高度一般要求不大于1mm。對(duì)管體本體進(jìn)行檢測時(shí)，可通過不同位置、多次掃查來解決軸偏離盲區(qū)的問題?；赥OFD檢測的優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)長輸管道內(nèi)壁腐蝕檢測工藝進(jìn)行仿真分析。TOFD檢測的仿真分析NB/T47013.10-2015《承壓設(shè)備無損檢測第10部分：衍射時(shí)差法超聲檢測》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焊縫TOFD檢測的相關(guān)要求，而對(duì)管道本體部分無相關(guān)檢測要求，為此，森松(江蘇)重工有限公司上海分公司、中國特種設(shè)備檢測研究院和中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司的技術(shù)人員根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的焊縫TOFD檢測工藝參數(shù)進(jìn)行了仿真分析。01TOFD聲場仿真分析工件規(guī)格為914mm×16mm(外徑×壁厚)，在CIVA軟件中對(duì)其進(jìn)行建模，模型如圖2所示。圖2工件模型仿真選用頻率為5MHz，直徑為6mm的探頭，楔塊角度為70°，PCS（探頭中心間距）為58.6mm，計(jì)算分析聲場在工件中的分布(見圖3)。圖3聲場分析計(jì)算結(jié)果由圖3可知，-12dB聲束底面覆蓋區(qū)域?yàn)?1mm，聲場在工件底面能量較為集中，更有利于檢測內(nèi)壁腐蝕缺陷。02TOFD缺陷響應(yīng)仿真分析在建立好的工件模型中，沿著管道周向與軸向內(nèi)壁分別預(yù)設(shè)1個(gè)長為15mm，高為1mm的缺陷，并分別沿著管道周向與軸向掃查，掃查示意如圖4所示。圖4周向與軸向掃查示意圖4中紅色十字標(biāo)志為預(yù)設(shè)的缺陷，紫色線條為TOFD檢測掃查方向。將聲場仿真參數(shù)應(yīng)用到建立好的缺陷模型中，分別沿著設(shè)置的周向與軸向掃查路徑進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果如圖5所示。圖5TOFD檢測缺陷仿真圖譜由圖5可知，采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的工藝參數(shù)可檢測出周向與軸向的根部缺陷，且檢測結(jié)果準(zhǔn)確，初步驗(yàn)證TOFD檢測管道母材是可行的。現(xiàn)場工程應(yīng)用某公司長輸管道規(guī)格為914mm×16mm(外徑×壁厚)，材料為X70鋼，運(yùn)行3年后首次進(jìn)行定期檢測，在管道內(nèi)壁某一位置發(fā)現(xiàn)1處缺陷。針對(duì)該處缺陷，選用DA5P14FS15型探頭進(jìn)行超聲檢測。檢測得到缺陷最小深度為13.8mm，長為20mm，寬為15mm，但無法對(duì)缺陷進(jìn)行直觀顯示，不利于缺陷評(píng)定。射線檢測時(shí)，采用雙壁單影透照，但檢測靈敏度較低。針對(duì)上述情況，采用TOFD檢測該處缺陷。檢測設(shè)備為中科創(chuàng)新HSPA20型檢測儀，探頭頻率為5MHz，直徑為6mm，楔塊角度為70°，PCS為58.6mm，檢測結(jié)果如圖6和圖7所示。圖6TOFD檢測周向缺陷圖譜圖7TOFD檢測軸向缺陷圖譜由圖6和圖7可知，該圖譜特征較符合NB/T47013.10-2015標(biāo)準(zhǔn)中附錄E的圖譜特征。檢測位置為管道本體，對(duì)該處缺陷進(jìn)行精確測量，結(jié)果如表1所示。表1管道缺陷TOFD檢測結(jié)果(mm)深度減薄量長度位置14.11.915.4周向13.82.218.2軸向?qū)⒈?中的TOFD檢測結(jié)果與常規(guī)超聲檢測結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析可知，缺陷最小深度均為13.8mm，TOFD檢測結(jié)果精度不低于常規(guī)超聲檢測結(jié)果的精度，檢測結(jié)果更為直觀，更有利于缺陷的評(píng)定。結(jié)語(1)采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的焊縫檢測工藝參數(shù)對(duì)管道內(nèi)壁腐蝕缺陷進(jìn)行TOFD檢測，可有效檢出內(nèi)壁腐蝕缺陷及對(duì)缺陷進(jìn)