超声导波+脉冲涡流：承压设备腐蚀检测新思路

在承压设备，特别是长距离且主要为直管段压力管道的定期检验和年度检查中，超声导波检测技术已逐步成为直管段母材内外壁腐蚀缺陷的主要检测方法之一。超声导波检测具有避免大面积拆除包覆层、一次性检测距离长、检测效率高等优点。目前，国内超声导波检测主要参考的标准有GB/T31211-2014，GB/T28704-2012和DL/T1452-2015。在这3项标准中均提到导波检测的结果与评价，针对疑似缺陷或不可接受信号均需采用其他无损检测方法进行验证，而对带有包覆层的压力管道进行拆除包覆层复验存在较大风险，这对检测单位和业主单位都是不利的。脉冲涡流检测技术使用矩形波进行激励，信号穿透能力强，可以实现无需拆除包覆层的在线非接触式检测，避免了因为拆除包覆层导致的原包覆层损坏，使用脉冲涡流技术对超声导波检测的可疑点进行复验是一种有效且可靠性较高的方法，两种无损检测方法的结合使用既提高了检测效率，又具有较高的可靠性。基于这两种无损检测方法的组合使用，宁波市劳动安全技术服务公司、宁波市特种设备检验研究院和杭州浙达精益机电技术股份有限公司的技术人员采用对比试块进行了检测，最后在现场进行了应用。1超声导波检测首先在实验室进行对比试块的检测，采用国产超声导波检测系统，该系统主要由MSGW30型超声导波检测仪、上位机和检测探头等组成。检测系统可对管、板、缆索等大范围结构件进行12~250kHz的宽频扫查，并可进行频扫图像显示、A扫信号显示和包络显示，可对A扫信号进行DAC(距离-波幅曲线)分析。图1超声导波检系统组成示意图2小型柔性化换能器外观考虑到试块需加工内部球孔缺陷，所以取管道原长度的1/2进行加工，由于无法采用传统线圈探头进行检测，所以采用特制板波探头进行检测，换能器的设计分为柔性和硬性两部分，其中硬性设计的主要功能是信号的输入输出、保护换能器、方便操作人员使用等；柔性部分的主要功能是激励和接收导波信号。试验采用的管道球孔缺陷试块，外径为159mm，壁厚为10mm，球孔深度分别为壁厚的20%，40%，60%，80%。图3球孔缺陷试块结构示意超声导波检测工艺为：扫频范围42~90kHz，检测频率74kHz，检测范围0~2m，检测波形为T波，采样间隔100ms，波速3150m/s，平均次数为10次。图4对比试块的超声导波检测结果根据图4对导波检测结果进行分析，统计得到检测数据如下表所示。表：对比试块的超声导波检测数据由表中数据可以看出，超声导波对缺陷的定位具有较高的准确性，最大误差仅为2.4%，但是对于缺陷大小的定量，随着缺陷深度的增加，定量数据的可靠性减小，且若存在缺陷(非圆周缺陷)位于同一条直线上时，误差会进一步增大。目前，超声导波检测的DAC曲线的现场应用还不是很广泛，GB/T31211-2014和GB/T28704-2012这两个标准均提及了超声导波对比试块和灵敏度校准，其中对比试块应采用与被检构件材料性能及几何形状相同或相近的材料制作，并在实验室实测绘制DAC曲线，但在现场检测中还存在以下问题：石油化工行业管道尺寸、规格、材料、种类等较多，且一般都存在焊缝、支架、弯头等结构，标准要求的对比试块和灵敏度校准在实际操作时具有一定困难，且没有考虑到管道弯头对信号衰减的影响。基于以上几点，导波DAC曲线的应用受到一定的限制，因此目前导波检测的关注点还主要集中在缺陷的定位上，定量主要采用其他无损检测方法进行复验。2脉冲涡流检测在实验室中采用Lyft-GD型脉冲涡流保温层下腐蚀成像仪，探头型号为PEC-098-G2，该设备具有以下主要性能特点：实时C扫描成像；同时支持点阵式测量与编码动态测量；快速数据采集；可检测工件厚度达100mm，包覆层厚度最大达300mm，可检测防雨罩材料包括铝、不锈钢以及锌铁皮；CWT算法(壁厚补偿工具)可有效地改善检测结果的准确性。采用如图3所示球孔缺陷试块进行脉冲涡流检测，使用Eddyfi的网格垫来定位，采用聚氨酯泡沫模拟管道包覆层，厚度设为60mm，具体检测工艺为：探头覆盖长度63.3mm，扫查方式为单点网格，提离距离60mm，校准方式采用设备内置的SmartPULSE，A扫开始时间5.9ms，A扫持续时间163ms，采集速率1.15Hz，滤波频率60Hz。采用C扫成像模式，用壁厚百分比进行结果统计，检测结果如下图所示。图5球孔试管的脉冲涡流C扫结果根据图5可知，通过脉冲涡流C扫结果可以明显发现试管中的4个球孔缺陷，缺陷检出位置与预制位置相同，且壁厚百分比与缺陷实际尺寸具有一一对应关系，80%球孔壁厚百分比最小为83.8%，20%球孔缺陷壁厚百分比最小为98.5%。值得注意的是，由于脉冲涡流检测原理是对有缺陷的区域进行检测，而不是对单个数据点进行检测，所以壁厚百分比不能体现出真实腐蚀当量，但存在一定的比例关系，可以辅助判断缺陷大小，对缺陷的精确定量还需采用其他无损检测方法进行确认，该结论可以从脉冲涡流检测原理中几个关键参数的计算来解释。01覆盖长度(FP)是描述空间信号分布的主要变量，其可以通过探头大小和提离高度来计算。FP=(0.65×L0)+FP0式中：L0为提离高度，包含保温层、防雨罩、涂层厚度等；FP0为提离高度为0时，探头的覆盖长度，不同的采集分辨率由不同的探头覆盖长度确定，小尺寸探头具有更好的检测分辨率。02平均区域面积(AΦ)是平面状态下探头响应90%的区域，平均区域和覆盖长度密切相关。AΦ=FP×1.803脉冲涡流可检测的最小缺陷是覆盖长度区域内部体积的15%。04脉冲涡流采集的实际信号为标称壁厚信号和缺陷信号的综合结果，当缺陷尺寸小于覆盖的平均区域时，脉冲涡流检测将低估缺陷的尺寸；当缺陷尺寸大于覆盖的平均区域时，脉冲涡流检测将会获得准确的测量结果。3现场应用现场检测的管道为某炼化企业焦化装置的一条附塔管线，公称直径400mm，壁厚10mm，有保温层，工作温度110℃，工作压力0.85MPa，根据检验预定表进行超声导波检测，根据导波包络信号进行判断，发现距离支架0.64m处存在小面积腐蚀，随即采用脉冲涡流进行复验，拆除保温层后进行宏观检查，发现该处为小面积保温层下腐蚀，超声导波检测结果如下图所示。图6附塔管线超声导波检测结果根据图6可以看出，整个超声导波检测覆盖范围为40m，检测结果具有较高的信噪比，能发现明显的特征波形，注意到+6.4m处存在超过10%波幅的信号，采用脉冲涡流进行复验，结果如下图所示。图7附塔管线脉冲涡流复验结果由图7可以看出，通过脉冲涡流C扫成像，确认在支架+0.64m处存在最大腐蚀当量为13.6%的面积状腐蚀，经现场拆除包覆层后，发现为保温层下面积状腐蚀，采用焊缝检验尺对凹坑深度进行测量，发现最大深度为3.0mm，腐蚀当量为30%，基于脉冲涡流检测原理，这一数值大于脉冲涡流测量值。4结语采用超声导