高策 編譯

中國石油大學（北京）管道技術與安全研究中心

欄目主持人董紹華教授：管道安全在生產運行過程中有著至關重要的作用，針對管道完整性管理檢測環節，使用切向渦流陣列技術，對管道的疲勞裂紋和應力開裂腐蝕進行檢測，該技術可實現實時提離監測和補償，滲透率補償以及長度和深度缺陷的大小量化，與此同時減輕人為因素造成的潛在錯誤的能力。

  

1 渦流陣列（ECA）簡介

ECA由多個單獨的線圈組成，并組合在一個探頭中。線圈以特定順序激勵，以消除互感干擾（通道復用）。陣列可以制成柔性或任何幾何形狀，軟件提供圖形顯示（2D和3DC掃描）。該技術具有如下優點：①縮短檢查時間。②改進缺陷檢測方法。③可以更直觀解釋檢測結果。④實現檢測數據全面存儲。

2 技術發展背景

2.1 應用背景

碳鋼材料已廣泛應用于油氣管道。管道因受傷害而容易開裂（疲勞和/或應力腐蝕），鑒于管道材料和缺陷類型復雜多樣，任何檢測方法針對裂紋特征都具有挑戰性，如圖 1所示。

2.2 缺陷特征

管道焊縫處的疲勞開裂，包括各種焊接配置（圓周，縱向，螺旋），發生在熔合區、焊縫和熱影響區，類型比較復雜，如圖 2所示。

                

管道應力腐蝕區域，呈現特殊類型的細、淺和分 枝開裂，常發生在涂層失效時，特別是無有效的陰極防護措施時，如圖 3所示。

2.3 常用檢測方法

（1）內檢測技術漏磁檢測MFL與超聲波檢測UT技術結合，可以深入了解涂層受損區域以及與應力開裂腐蝕相關的局部環境， UT檢測器和電磁超聲EMAT可用于裂縫檢測和鑒別，如圖 4所示。

                

（2）外檢測技術磁粉檢測MPI結合超聲相控陣UT技術，進行應力開裂腐蝕的單獨深度尺寸檢測，渦流檢測ECT可使用鉛筆探針和一些更先進的技術，如圖 5所示。

（3）檢測方法的局限性染料滲透劑和磁粉檢測MPI。①所需表面處理時間長（如涂層去除，清潔等）。②粗略的即時報告，有限的記錄保持能力，無深度尺寸量化。③與化學品使用有關的環境影響問題。

渦流檢測ECT。①只有基本信號可用于解釋檢測結果（無成像）。②只能采用手動掃描，主要依賴于操作員，耗時。③有限的數據存儲。④無法實現真正的深度提離。

3 切向渦流陣列 TECA技術

3.1 檢測原理

切向渦流陣列TECA線圈的布置改善了表面裂紋失效缺陷的響應，渦流EC方向垂直于掃描方向，渦流場繞過其周圍貼近縱向裂縫，直接受表面破裂及其尺寸的影響，如圖 6和圖 7所示。

                

3.2 信號特征

渦流EC信號表現出恒定特性，具有裂紋尺寸量化功能。①可檢測近乎平面和水平的提離信號。② 所有類似裂紋的顯示特征都具有與水平相同的相序，如圖 8和圖 9所示。③信號的垂直幅度與缺陷深度相關聯。④信號水平幅度與采用提離大小相關聯。

                  

3.3 專用解決方案

采用開發的先進專用軟件，特別是簡化的標準化探頭和校準，進行了實時提離檢測和補償檢測，如圖 10和圖 11所示。

              

通過滲透率變化補償，提高深度尺寸定位的可靠性，使缺陷可視化和量化。使用2次C掃描中的信號組合，根據 C掃描中的亮點確定“深度”，根據C 掃描中的2個對齊點確定“長度”。借助簡單的數據分析，所有檢測信息都以圖示方式顯示；設計自動調整大小的專用尺寸分析工具，即可清楚尺寸信息（深度、長度和提離）。

4 TECA技術針對疲勞裂紋

4.1 專用解決方案特性

可用于對接焊縫檢測的專用解決方案，主要特性如下。

（1）采用Sharck BW探針，適用于焊接凸臺，一次覆蓋范圍（帽、趾、熱影響區）大，達53 mm，遙控按鈕。

（2）檢測能力，針對軸向和橫向開裂、表面破裂，長3 mm，深0.5 mm。

（3）尺寸調整功能，可以實現長12.5 mm、深1 mm缺陷，以及深度7 mm、最大提離3 mm檢測。

4.2 技術指標影響因素

技術指標中考慮了缺陷長度對檢測和尺寸量化能力的影響。其一缺陷方向影響，可以使用一個或多個C-Scans掃描成像判斷任一方向的缺陷，信號受長度C掃描影響和反轉，需要準確評估低于20°的缺陷。其二缺陷長度影響，當缺陷長度大于TECA渦流陣列元件時，尺寸量化不受影響；而如果不進行補償，則不能檢測小于12.5 mm的缺陷尺寸，因此需要開發短缺陷的深度量化補償工具。

5 TECA技術針對應力腐蝕開裂（SCC）

5.1 SCC專門解決方案功能

針對SCC的專門解決方案，可實現以下功能。

（1） Sharck HR探針。①適應各種覆蓋范圍（外徑254 mm）。②一次通過的大覆蓋范圍為73 mm。③速度快，可達600 mm/s。

（2）可檢測性能。①軸向短而淺的開裂。②表面破裂。③長1.5 mm以上，深0.25 mm以上。

（3）尺寸調整功能。①長6 mm以上，深0.25 mm以上。②最大深度3 mm。③最大提離2 mm。

5.2 實驗驗證

為了全面評估SCC類型缺陷的適應性，評價缺陷形狀對檢測的影響、缺陷長度對檢測和尺寸調整能力的影響、分辨率功能，通過實驗進行驗證。將610 mm管道的一部分，經電火花加工（EDM），深度范圍為0.25～5.00 mm，長度范圍為3～25 mm，如圖 12所示。

                

5.3 檢測結果

經檢測所有加工缺陷，在0.25～3.00 mm深度范圍內，檢測誤差+/-10％；同時也通過了最大提離2mm驗證。但對于長度短于5 mm的較小缺陷，特別是長度與深度比小于3的缺陷，檢測結果略微偏小。結果如圖 13所示。

6 實際應用

根據切向渦流原理，提出了一套完整的專用解決方案；設計了專為現場使用的便攜式檢測儀Reddy®；開發了嵌入式Magnifi軟件；開發了SharckBW探頭用于管道焊縫的疲勞開裂、 sharck HR探頭用于管道母材的SCC，如圖 14所示。

7 結論

（1）切向渦流陣列TECA元件是經過精心設計和定位的線圈組合，可從碳鋼表面開裂切線處獲得可利用的渦流EC特征。

（2）切向渦流陣列TECA被證明具有可靠的檢測概率，并且表現出與傳統方法相當的性能。

（3）切向渦流陣列TECA可減輕人為因素造成的潛在判斷錯誤，獲取其他方法無法重復或得到的溝槽檢測結果。

（4）切向渦流陣列TECA顯示出優于其他技術的強大優勢，例如實時提離檢測和補償，滲透率補償以及缺陷長度和深度尺寸的量化能力。

（譯自： CIPC 2017-Eddyfi Paper-Pipeline Integrity.）