工业管道腐蚀在线检测技术应用

工业管道腐蚀在线检测技术应用

郁胜东

上海二十冶建设有限公司 上海市201900

摘要：对于工业管道，自行检查应按照《在用工业管道定期检验规程》（以下简称《管定检规》）规定进行。压力管道是常见的承压类特种设备，与锅炉、压力容器等相比，压力管道近些年来发生事故的案例数量较多，由于其种类多样、压力等级、危险性大小都各不相同，因此给建设、生产单位管理上带来了诸多不便。工业管道属于压力管道中使用数量最多的一种，其广泛应用于冶炼、石化和煤化工等厂区。工业管道作为钢厂、化工厂区中输送物料的主要设备，常常在承载高压、高温和强腐蚀性介质的工况下运行，随着周期的增长，工业管道很容易遭受腐蚀减薄而造成管体失效，甚至发生腐蚀泄漏，严重的会产生火灾和爆炸。强制性的定期检验对在役工业管道质量起到周期性的保障作用。然而，工业管道定期检验仅是抽样检验，无法对腐蚀缺陷做到专门的100％扫查。因此，对工业管道腐蚀排查，除了定期检验发现外，还需要增加在线检测技术。

关键词：工业管道；腐蚀；在线检测  

近年来，我国工业管道、城市管网 等领域发展迅速，随着时间的推移，在役冶炼、石油、化工、热力、燃气等工业管道因存在腐蚀问题，成为了严重的安全隐患，对国民经济和人民的生命财产安全构成了严重的威胁。对工业管道腐蚀减薄缺陷，目前较为可行的在线检测手段主要有电磁超声、脉冲涡流、和红外热波成像等。为了能够有效检查出在役工业管道的腐蚀缺陷，根据以上各检测技术特点，研究采用红外热成像、脉冲涡流和电磁超声检测手段，制定了大范围初次筛查、远距离粗扫和近距离定量定性的综合检测策略，并将其应用于沙钢厂区工业管道检测，取得了良好的效果。

一、工业管道在线检测必要性

1、在线检测可直接发现管道的泄露。石化厂气分装置脱乙烷（C2H6）塔塔顶气出口管道，该管道阀门左侧法兰对进行了“打包”处理。由于炼油装置连续生产，这种处理方法是炼油厂在不停车、不影响生产的情况下，对管道或管道法兰的泄露采取的应急处理措施。它是在泄漏点“打包”并充填专用的耐高温、高强度密封胶进行密封，封堵泄漏点，避免泄漏扩大而发生安全事故，维持生产正常进行，待装置停车检修时再进行修理。因为生产工艺的原因，塔顶气中除乙烷外，还含有少量的硫化氢（H2S）气体和水蒸汽，在介质输送过程中，微量的硫化氢气体和水蒸汽会滞留在法兰密封面的微小的间隙内，水蒸汽冷却后形成H2S+H2O 环境，产生间隙腐蚀，腐蚀法兰面和金属缠绕垫，严重时造成密封面泄漏。像这种易腐蚀的部位，就是在线检测所必检部位。

2、在线检测可发现管道工作时热膨胀的影响。由于温差的作用，压力管道系统会发生热胀冷缩引起的变形，严重时可能导致管道系统的失效。压力管道在设计时，对温差产生的变形进行了分析，且对管道系统温差应力进行了理论的计算，并进行了针对性设计补偿，但实际情况非常复杂，影响因素较多，如输送的介质可能对管道引起震动，震动对管道变形有加剧的作用。因此压力管道在未投用时，变形情况是表现不出来的，毕竟理论的计算和实际是有差别的。压力管道的变形只有在它工作时，才能被发现。在线检测发现，由于管道变形引起弹簧支座失效。该管道在运行时，因为负荷的原因，工作参数在一定的范围内波动；加之水蒸气在管道内流动，负荷不均衡时，管道会产生震动。虽然管道在设计时，理论上进行了计算，采用了自然补偿结构，但是，温差引起的变形、负荷不均衡产生震动，最终还是导致局部弹簧支座失效。因此，对于工况不稳定的蒸汽管道，加强在线检测是非常必要的。

二、工业管道腐蚀在线检测技术

基于在役工业管道的装设特点，提出采用红外热波成像进行大范围的腐蚀泄漏点排查、磁致伸缩低频导波远距离腐蚀初次扫查和“脉冲涡流+电磁超声”近距离管体腐蚀定量检测的形式，成功实现了对在役工业管道腐蚀缺陷的有效快速检测。

1、远距离腐蚀缺陷扫查。由于磁致伸缩低频导波具有激励距离远、对管道本体进行100％金属缺陷扫查的优势，因此针对在役工业管道远距离的腐蚀扫查，优先采用低频导波进行检测。另外，由于磁致伸缩低频导波采取的是利用铁钴带直接黏合在管道本体进行导波激励，因此，不同于传统的压电超声导波，磁致伸缩超声导波设备具备更加便携的性能。

（1）磁致伸缩低频导波在线检测试验条件下，磁致伸缩超声导波检测灵敏度一般可达1％的金属截面缺损，而现场的应用案例和使用经验证明：磁致伸缩低频超声导波的检测灵敏度可达3％。有研究表明，当管体腐蚀并非为穿透陛缺陷时，若要达到3％的检测灵敏度则需要缺陷自身拥有更宽的截面，所以可以认为低频导波仅能用于检测远距离大面积腐蚀减薄缺陷，对于面积较小的局部减薄则容易发生漏检。该研究采用磁致伸缩超声导波对某厂区的泵出口在役工业管道进行检测，管道规格为+273 mm×8．5 mm，材质为20号钢，介质为酸性气，工作温度为280℃，磁致伸缩超声导波检测结果可以看出，距离检测探头负方向2 m位置，出现了超过5％的金属截面缺损的反射回波，疑似出现局部腐蚀，由役工业管道处于开车运行状态，因此无法对被检管道进行对比缺陷验证。

（2）应用效率及特点。与压电式低频超声导波不同，磁致伸缩超声导波需要采用专用耦合剂，对于不同管径规格，这一过程一般需要10一20 min，因此数据采集效率比较低。另外，磁致伸缩超声导波需要对金属表面油漆层进行打磨，同样也降低了检测效率；但是，磁致伸缩低频导波采用了铁钴带进行导波激励，摒弃了传统的阵列激发单元探头制作工艺，大大减小了探头尺寸，同时也方便在各种管道安装复杂的工况下使用。虽然仅凭导波检测无法对缺陷进行定量分析，但作为一种远距离管体100％腐蚀缺陷初次扫查技术，磁致伸缩低频导波值得广泛应用于在役工业管道腐蚀检测。

2、近距离腐蚀定位定量。磁致伸缩低频导波仅能作为大面积远距离腐蚀缺陷初次扫查手段，而对于局部腐蚀缺陷定量还需要结合其他检测手段进行。对于近距离腐蚀定位定量检测手段，常规检测手段主要采用超声波测厚，但是传统的超声测厚手段效率太低，且需要先对带保温层管道的包覆层进行拆卸，间接增加了检修费用，因此研究在此采用脉冲涡流+电磁超声检测手段，对磁致伸缩低频导波检测存在疑似缺陷部位进行定量检测。脉冲涡流+电磁超声在线检测，如果磁致伸缩低频导波检测发现疑似腐蚀缺陷，就应该对该部位先进行脉冲涡流检测。与普通超声测厚不同，脉冲涡流检测主要是通过拾获二次磁场产生的涡流信号间接地获取金属管体壁厚平均值，从而透过外保温层直接对金属本体进行检测。研究结果表明，使用脉冲涡流技术对磁致伸缩低频导波检测异常部位进行检测，C扫成像可以观察到腐蚀缺陷的分布情况，腐蚀区域为：660 mm x 200 mm，并发现导波异常部位壁厚为4．9—6．4 mm，从而可以判断存在严重的局部减薄。对脉冲涡流检测存在缺陷的部位拆卸保温层，宏观检查发现，管段外表面存在局部保温层层下腐蚀，打磨掉锈蚀产物后进行电磁超声复验，确定最薄部位仅为4．6 mm，管体确实存在内部减薄缺陷。

工业管道由于其安装形式复杂，且承载介质危害较大，因此需要结合多种检测手段保障其结构完整。应用结果表明，采用红外热波大范围排查、磁致伸缩超声导波远距离扫查、脉冲涡流+电磁超声检测等组合技术手段，对在役工业管道腐蚀缺陷进行快速检测是十分有效的。

参考文献：

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