賈海東 黃忠勝

西部管道分公司

高清軸向漏磁內檢測技術是目前國內采用的主流內檢測技術[1-5]。國外標準《NACE International Publication 35100 In-Line Nondestructive Inspection of Pipelines》將軸向漏磁內檢測技術定義為一種金屬損失類缺陷檢測技術。該標準中高清漏磁內檢測器技術性能指標及SY/T 6889-2012《管道內檢測》中均指出，其可以檢測出狹窄的軸向外腐蝕及周向裂紋等裂紋型缺陷，但對于裂紋型缺陷之前尚無檢出案例。

2015年5月20-23日，西部管道公司對西氣東輸二線某處經內檢測識別出的螺旋焊縫異常點進行開挖驗證時，射線及TOFD超聲檢測結果表明該處存在裂紋型缺陷，缺陷位于順氣流9點20分部位，裂紋長度55 mm，裂紋自身高度無法確定（見圖1）。該案例為西部管道公司用高清漏磁內檢測器首次檢出裂紋型缺陷。

隨著西一線、西二線、西三線等高鋼級、大口徑、高壓力輸氣管道投產運行，已發生多起焊縫失效案例[6，7]。內檢測服務商漏磁內檢測報告中焊縫異常缺陷的比例也在逐步升高。這對目前廣泛使用的高清漏磁內檢測器是否能對焊縫缺陷進行定性和尺寸量化提出了要求。

 

圖1 射線及TOFD超聲無損檢測結果

1  高清漏磁內檢測器

發現西二線螺旋焊縫裂紋型缺陷的設備為西部管道公司和沈陽工業大學聯合研制的φ1219高清漏磁內檢測器，其技術指標符合標準《NACE International Publication 35100》。檢測器實物見圖2。

 

圖2 高清漏磁內檢測器實物

2  牽拉試驗設計

2.1工藝設計

該牽拉系統工藝采用2臺工程車通過牽引鋼絲繩牽拉內檢測器通過試驗管道的方式進行。工藝流程見圖3。

 

圖3 牽拉測試工藝流程

2.2試驗管道設計

牽拉試驗管道由7根鋼管組成，口徑均為1 219 mm。漏磁內檢測器重量4. 2 t，為了進行西二線螺旋焊縫裂紋型缺陷不同速度下缺陷特征研究，根據現場嘗試，布置試驗管道如下：前5根為加速段，第6根為缺陷管，最后1根為減速段（見圖4）。由于漏磁內檢測器前節磁化節采用高磁能磁鐵，對管壁吸附力強，經現場嘗試，1根鋼管能滿足最高牽拉速度下的減速要求。缺陷管通過法蘭及螺栓與上下游管節連接，其余管節焊接連接。

 

（a）設計示意圖               （b） 設計實物圖

圖4 試驗管道設計圖

3  牽拉試驗結果及分析

3.1試驗結果

2016年7月20-24日，采用工程車及φ1219高清漏磁內檢測器完成西二線螺旋焊縫缺陷一次牽拉試驗。此次試驗共牽拉8次，最高牽拉速度4.17 m/s。2016年8月4日，在拆除漏磁內檢測器皮碗等附件給檢測器減重后，完成二次牽拉試驗，最高牽拉速度4.61 m/s。表1為現場內檢測及牽拉試驗數據，圖5為現場內檢測及部分試驗信號。

 

（a）2011年現場內檢測    （b）1.02 m/s    （c）4.61 m/s

圖5 現場內檢測及部分試驗信號

3.2試驗結果分析

（1）在4.00 m/s牽拉速度內，裂紋型缺陷信號特征明顯，數據分析時可進行缺陷特征識別（見圖5（a）、（b））。超過4.00 m/s后，缺陷特征仍存在，但因信號平緩，識別較困難（見圖5（c））。正常螺旋焊縫處漏磁信號具有先下后上的正弦信號特征，而螺旋焊縫裂紋型缺陷信號與其極性相反，信號特征為先上后下的特征。

（2）由圖6（a）可知：當牽拉速度為3.8 1m/s時，此裂紋型缺陷特征信號幅值與最低牽拉速度1.02 m/s下幅值相比，減少約10.94 %。當牽拉速度超過4.00 m/s時，缺陷特征信號幅值急速衰減，當達到最高速度4.61m/s時，衰減達到77 %。根據速度效應試驗，可以得出結論：對于螺旋焊縫裂紋型缺陷，當內檢測器運行速度在4.00 m/s以內時，可實現缺陷檢測及識別；當超過4.00 m/s時，信號畸變，較難識別。

（3）由圖6（b）、（c）可知：裂紋型缺陷特征軸向、周向投影長度在4.00 m/s牽拉速度以內，基本變化不大。超過4.00 m/s后，軸向投影長度變大，環向投影寬度變小。經分析，這是由于缺陷幅值信號衰減造成信號平緩，引起識別出的尺寸變化所致。

  

（a）信號幅值變化圖     （b）信號軸向長度變化圖   （c）信號周向長度變化圖

圖6 不同速度下信號特征變化圖

4  缺陷失效分析

對該處螺旋焊縫裂紋型缺陷進行了靜水壓爆破試驗及失效分析，根據斷口形貌（見圖7），該處缺陷內表面長度45 mm，外表面長度15 mm，缺陷最長為64 mm；水壓試驗前裂紋最深已達到15 mm，水壓爆破的斷口深度為4 mm。

 

圖7 斷口形貌

根據牽拉試驗數據，按照平均軸向投影長度26 mm，周向投影寬度98 mm計算，得到此裂紋型缺陷長度為101 mm，大于根據斷口測量得到的缺陷最長64 mm。據判斷，是因為該處缺陷信號幅值較大，數據分析時識別出的周向投影長度過大造成的。

5  結論

（1）當牽拉速度在4.00 m/s以內時，裂紋型缺陷信號幅值隨速度增加有所衰減，衰減約11 %。當超過4.00 m/s后，信號幅值急速衰減，衰減達77 %。在內檢測作業過程中，為獲得高質量檢測數據，最好將內檢測器運行速度控制在4.00 m/s以內。

（2）高清漏磁內檢測器具備螺旋焊縫裂紋型缺陷檢測能力，當運行速度在4.00 m/s以內時信號特征明顯，但對于缺陷定性和定量還需進一步研究。

（3）牽拉試驗是對檢測器檢測能力進行驗證，對缺陷特征進行建模，實現尺寸量化的最有效手段。

本文僅對該處螺旋焊縫裂紋型缺陷進行了牽拉研究。今后還應通過對預制電火花加工的人工裂紋型缺陷及仿自然缺陷的焊縫缺陷（缺陷種類涵蓋氣孔、夾渣、錯邊、咬邊、過度打磨、未焊滿、未焊透、未融合、裂紋等）進行大量牽拉試驗，進一步研究高清漏磁檢測技術對裂紋型缺陷的檢測能力，以此推動漏磁檢測技術對焊縫缺陷檢測和識別能力的提高，從而解決長輸油氣管道焊縫缺陷內檢測難題。 

參考文獻：

[1]馮慶善，張海亮，王春明，等. 三軸高清漏磁檢測技術與管道本質安全[J/OL] ．油氣儲運，2016-03-25.

[2]王富祥，馮慶善，張海亮，等．基于三軸漏磁內檢測技術的管道特征識別[J] ．無損檢測，2011，33（1）：79-84．

[3]王富祥，馮慶善，王學力，等．三軸漏磁內檢測信號分析與應用[J] ．油氣儲運，2010，29（11）：815-817．

[4]楊理踐，邢磊，高松巍．三軸漏磁缺陷檢測技術無損探傷[J] ．無損探傷，2013,(1):9-12．

[5]楊理踐，郭天昊，高松巍，等．管道裂紋角度對漏磁檢測信號的影響[J/OL] ．油氣儲運，2016-06-27.

[6]王婷，楊輝，馮慶善，等．油氣管道環焊縫缺陷內檢測技術現狀與展望[J] ．油氣儲運，2015，07（34）：694-699.

[7]楊鋒平，卓海森，羅金恒，等. 油氣輸送管失效案例與原因分析[J] ．石油管材與儀器，2015,(3). 

作者：賈海東，男， 1984年生， 2009年畢業于西安交通大學，工學碩士，工程師，現主要從事管道檢測及完整性評價工作。 

《管道保護》2017年第1期（總第32期）