1、不停輸全面檢驗(yàn)技術(shù)總結(jié) 1概述鋼鐵、煉化等企業(yè)部分管道涉及到重要的生產(chǎn)工藝裝置，不允許停產(chǎn)檢驗(yàn)，或停車(chē)檢驗(yàn)會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。用戶(hù)方往往提出，在不停輸狀況下實(shí)現(xiàn)管道的全面檢驗(yàn)，檢驗(yàn)管道的安全狀況與隱患，確保管道安全運(yùn)行。目前，檢驗(yàn)遇到的難點(diǎn)問(wèn)題是：（1）gc3和常溫高壓gc1、gc2管道的全面檢驗(yàn)，常規(guī)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)管體100%檢測(cè)，同時(shí)，檢測(cè)效率不高；（2）高溫高壓gc1、gc2管道以及接近使用壽命的高溫gc3管道，在高溫條件下，難以實(shí)現(xiàn)剩余壁厚檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)、管道材料理化分析以及耐壓試驗(yàn)等，常規(guī)技術(shù)根本無(wú)法使用，更談不上提高檢測(cè)效率與100%檢測(cè)比例。因此，針對(duì)常規(guī)檢驗(yàn)技術(shù)本身缺陷，中國(guó)特

2、檢院壓力管道部采用國(guó)內(nèi)外最新的檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備，利用國(guó)家 “十五”、重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“城市埋地燃?xì)夤艿兰肮I(yè)特殊承壓設(shè)備安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究”、國(guó)家“十一.五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“生命線工程與特種設(shè)備安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”的科研成果，解決了技術(shù)難題。實(shí)踐證明，先進(jìn)的檢驗(yàn)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)管道100%檢測(cè)，提高檢驗(yàn)效率，并能有效實(shí)現(xiàn)不停車(chē)檢驗(yàn)，達(dá)到停車(chē)檢驗(yàn)的效果，獲得管道的安全狀況，有效消除管道運(yùn)行期間的隱患，消除了檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)中的短板效應(yīng)。2不停輸全面檢驗(yàn)思路不停車(chē)全面檢驗(yàn)的基本思路：根據(jù)資料審查、現(xiàn)場(chǎng)管線圖的測(cè)繪，詳細(xì)記錄管線走向、支吊架的布置、支撐點(diǎn)布置、變向點(diǎn)、變坡點(diǎn)、變徑點(diǎn)，三通、彎頭

3、、閥門(mén)、法蘭、膨脹器等管件分布情況，進(jìn)行管系應(yīng)力計(jì)算分析，確定出承載較大的位置；應(yīng)用脈沖渦流技術(shù)進(jìn)行不拆保溫層的高溫管道剩余壁厚檢測(cè)，或應(yīng)用帶涂層非打磨技術(shù)進(jìn)行常溫易燃易爆管道剩余壁厚檢測(cè)，或應(yīng)用導(dǎo)波技術(shù)和漏磁技術(shù)進(jìn)行管體內(nèi)外壁腐蝕檢測(cè)；對(duì)局部減薄較嚴(yán)重點(diǎn)、應(yīng)力計(jì)算較大的位置進(jìn)行高溫射線檢測(cè)或高溫超聲無(wú)損檢測(cè)；對(duì)于檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷，利用國(guó)家“十五”重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“城市埋地燃?xì)夤艿兰肮I(yè)特殊承壓設(shè)備安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究”的科研成果，結(jié)合超標(biāo)缺陷管段的應(yīng)力水平，進(jìn)行安全評(píng)定或剩余強(qiáng)度分析，評(píng)價(jià)管道的安全可靠性。圖1 不停輸檢驗(yàn)程序3關(guān)鍵技術(shù)3.1 管系應(yīng)力計(jì)算管系應(yīng)力計(jì)算管道結(jié)構(gòu)不合理、管道腐

4、蝕減薄等缺陷均會(huì)導(dǎo)致管道應(yīng)力增加，抓住管道安全運(yùn)行中的應(yīng)力最大點(diǎn)，能有效提高工業(yè)管道檢驗(yàn)檢測(cè)的關(guān)鍵因素，并提高檢測(cè)的針對(duì)性與目的性。管系應(yīng)力計(jì)算應(yīng)用國(guó)外先進(jìn)的有限元軟件，采用線性管單元模擬管道在自重、內(nèi)壓、支吊架等工況載荷下的持續(xù)應(yīng)力及位移，以及計(jì)算溫度作用下的二次應(yīng)力和計(jì)算最大位移應(yīng)力。在計(jì)算時(shí)，需根據(jù)資料審查、現(xiàn)場(chǎng)管線圖的測(cè)繪，詳細(xì)記錄管線走向、支吊架的布置、支撐點(diǎn)布置、變向點(diǎn)、變坡點(diǎn)、變徑點(diǎn)，三通、彎頭、閥門(mén)、法蘭、膨脹器等管件分布情況，并將上述情況輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算；同時(shí)，還需確定出不同管件結(jié)構(gòu)模型以及管道熱應(yīng)力的分布。管系應(yīng)力計(jì)算能夠分析判斷管道的實(shí)際應(yīng)力是否滿(mǎn)足強(qiáng)度要求

5、，確定出較危險(xiǎn)的管段，以及根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析失效機(jī)理。并以上述檢測(cè)結(jié)論為基礎(chǔ)，采用國(guó)家“九五”、“十五”科技攻關(guān)成果及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行必要的管體強(qiáng)度校核。有限元模擬的可靠性及準(zhǔn)確性主要依賴(lài)于單元模型的建立、邊界條件的設(shè)置和計(jì)算人員的能力。對(duì)于架空管道計(jì)算模擬，檢驗(yàn)人員及計(jì)算人員應(yīng)準(zhǔn)確、詳細(xì)繪制單線圖，尤其是管道元件類(lèi)型、支吊架等邊界條件；對(duì)于埋地管道計(jì)算模擬，檢驗(yàn)人員應(yīng)檢測(cè)土壤特性、地理環(huán)境等因素。管系應(yīng)力計(jì)算分析的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)為： 1）輸氣管道：asme b31.8 gb 50251 軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力組合的當(dāng)量應(yīng)力小于管道的最小屈服強(qiáng)度的90% 2）輸油管道：asme b31.4

6、gb 50253 最大剪應(yīng)力破壞理論計(jì)算的當(dāng)量應(yīng)力小于管道的最小屈服強(qiáng)度的90% 3）工業(yè)管道：asme b31.3 gb 50316 a、持續(xù)應(yīng)力小于管道材料在最高溫度下的許用應(yīng)力； b、計(jì)算最大位移應(yīng)力小于許用的位移應(yīng)力。以管系應(yīng)力計(jì)算為基礎(chǔ)的工業(yè)管道檢驗(yàn)檢測(cè)應(yīng)用案例：某鋼鐵企業(yè)一條高壓氧氣管道，管道規(guī)格48010mm，管道長(zhǎng)度1064.5米，材質(zhì)stpg38鋼，工作壓力為3.0mpa，工作溫度為常溫，投入運(yùn)營(yíng)時(shí)間為1997年1月。檢驗(yàn)時(shí)，首先對(duì)管道進(jìn)行詳細(xì)的單線圖繪制，計(jì)算人員利用國(guó)外先進(jìn)的應(yīng)力計(jì)算分析軟件，確定出應(yīng)力值較大的危險(xiǎn)點(diǎn)，如表1。表1 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果nodes載荷類(lèi)型軸向力（n

7、）軸向位移（mm）軸向應(yīng)力（kpa）許用應(yīng)力（kpa）軸向/許用（%）270持續(xù)載荷1563251.577161921117000138.39270操作溫度221055.66942801949992.20280持續(xù)載荷1602761.676178516117000152.58280操作溫度221055.83630911949991.591180持續(xù)載荷242310.1498026711700068.611180操作溫度15055-3.61821612447330.88根據(jù)計(jì)算結(jié)果，檢驗(yàn)人員有針對(duì)性的對(duì)危險(xiǎn)位置進(jìn)行宏觀檢查，節(jié)點(diǎn)編號(hào)280處的管體存在穿透性裂紋，裂紋位于法蘭與管道連接處，開(kāi)裂方向

8、垂直管道軸線，開(kāi)裂長(zhǎng)度約200mm，缺陷外觀形狀見(jiàn)圖2。圖2 管系應(yīng)力計(jì)算檢測(cè)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂為了進(jìn)一步判斷裂紋缺陷性質(zhì)，分析管道失效機(jī)理，對(duì)缺陷處進(jìn)行了金相分析和化學(xué)成分分析，分析結(jié)果見(jiàn)圖2。圖3 晶界成分分析在管道軸向應(yīng)力計(jì)算、成分分析及斷口形貌分析的基礎(chǔ)上，判定280處缺陷為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。3.2 不停輸剩余壁厚檢測(cè)技術(shù) 1）脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)脈沖渦流屬目前世界上先進(jìn)設(shè)備，國(guó)內(nèi)較少應(yīng)用，目前只有中國(guó)特檢院擁有。該技術(shù)可在不停輸?shù)那闆r下，不拆外包鐵皮（含鋁皮、不銹鋼皮）、保溫層與防腐層進(jìn)行剩余壁厚測(cè)試，因此，脈沖渦流可以節(jié)省保溫層的拆除恢復(fù)、管體打磨等工作，大大降低檢驗(yàn)費(fèi)用，以及減少保溫層及防腐層

9、的破壞，有效保護(hù)管道的安全運(yùn)行。脈沖渦流檢測(cè)的原理是當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近金屬導(dǎo)體時(shí)在導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流，該渦流又影響原磁場(chǎng)，使得線圈的阻抗和感應(yīng)電壓發(fā)生變化，通過(guò)分析阻抗或感應(yīng)電壓的變化來(lái)獲得被測(cè)導(dǎo)體的信息脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)屬于電磁檢測(cè)范圍，具有無(wú)接觸式檢測(cè)和表面無(wú)需清理的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)超聲、熱成像檢測(cè)技術(shù)，脈沖渦流檢測(cè)不需要任何耦合介質(zhì)；和射線法比較，它不需要放射源，不會(huì)造成環(huán)境污染。圖4 脈沖渦流管體腐蝕檢測(cè)2）非打磨帶涂層剩余壁厚檢測(cè)技術(shù)氫氣、氧氣以及液化石油氣等易燃易爆管道按照常規(guī)的剩余壁厚檢測(cè)，需要把測(cè)厚位置打磨至金屬光澤，易于引起管道的爆破，給管道以及檢驗(yàn)人員人身安全帶來(lái)巨大隱患。非打

10、磨帶涂層測(cè)厚具有對(duì)帶涂層的管道進(jìn)行剩余厚度的直接測(cè)定的功能，在易燃易爆管道不停輸?shù)臓顩r下實(shí)現(xiàn)剩余壁厚檢測(cè)，即可有效降低檢驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，也可降低檢驗(yàn)費(fèi)用。常規(guī)超聲波測(cè)厚是根據(jù)超聲波脈沖-回波反射原理來(lái)進(jìn)行厚度測(cè)量的，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過(guò)被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭，通過(guò)精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)材料的厚度。非打磨帶涂層剩余壁厚檢測(cè)是根據(jù)超聲波回波-回波反射原理，回波回波測(cè)量簡(jiǎn)單地應(yīng)用了在兩個(gè)相鄰底面回波間的時(shí)間間隔的成熟技術(shù)，這個(gè)時(shí)間間隔代表了透過(guò)檢測(cè)材料的聲波的連續(xù)往返行程時(shí)間。在那些帶涂層金屬的情況中，這些多次回波只能發(fā)生在金屬中而不是涂層中，因此任何一對(duì)回波的

11、間隔（底面回波1到2、底面回波2到3等），只代表了已去除涂層厚度后的金屬厚度，見(jiàn)圖5。透過(guò)涂層測(cè)量要使用一個(gè)專(zhuān)利軟件來(lái)確定在涂層中一個(gè)往返行程代表的時(shí)間間隔。該時(shí)間間隔用于計(jì)算和顯示涂層厚度，并且通過(guò)從總測(cè)量值中減去該時(shí)間間隔，直接得到金屬的剩余壁厚。圖5 回波回波測(cè)試原理非打磨帶涂層剩余壁厚檢測(cè)精度為0.01mm，金屬管體測(cè)量范圍為2.5425.4mm，可以穿透涂層的厚度為1mm。檢測(cè)時(shí)測(cè)試件涂層表面灰塵、油漬和凸起物必須清除干凈，涂層與工件基體必須緊密粘結(jié)，否則會(huì)影響測(cè)量精度和結(jié)果。英國(guó)里泰公司tritex multigauge 5600，利用發(fā)射的超聲波脈沖穿過(guò)涂層與金屬并從底部在金屬中

12、反復(fù)反射，每次只有一小部分回波穿過(guò)涂層返回，兩個(gè)小回波之間的時(shí)間即是聲波在金屬中的傳播時(shí)間，從而測(cè)得金屬壁厚。2007年2008年寶鋼應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)不停輸檢驗(yàn)了近80公里的氫氣、高壓氧氣、煤氣、中壓液化石油氣等易燃易爆管道，發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄超標(biāo)缺陷17處。3）高溫剩余壁厚檢測(cè)高溫測(cè)厚儀工作原理同常規(guī)的測(cè)厚儀，影響高溫測(cè)厚主要因素有兩個(gè)：常用耦合劑在高溫狀態(tài)下容易蒸發(fā)，難以起到耦合作用；超聲波在工件中傳播速度受工件溫度的影響較大，即溫度愈高，傳播速度愈低，高溫測(cè)厚讀數(shù)大于冷態(tài)測(cè)厚值。其中，高溫耦合劑目前已能夠批量生產(chǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中解決了耦合問(wèn)題。因而，溫度對(duì)聲速的影響是解決高溫測(cè)厚的關(guān)鍵。縱波在固體中

13、傳播的速度表達(dá)式為： 式中：為楊氏彈性模量；為材料速度； 為泊松系數(shù)。表2 普通碳鋼材料的彈性模量與溫度的關(guān)系溫度 20100150200250300350400450500(103 mpa)192191189186183179173165150113(10-6 mm/mm )11.1511.5311.8812.2512.5612.9013.2413.5813.9314.22表3 普通碳鋼材料的聲速與溫度的關(guān)系溫度 20100150200250300350400450500(m/s)5900589558855828578757295639551452644574根據(jù)上述聲速與溫度的關(guān)系，在運(yùn)行

14、狀態(tài)下檢測(cè)對(duì)溫度的影響進(jìn)行修正，更真實(shí)可靠的測(cè)量剩余壁厚，有效避免誤差引起的破壞事故發(fā)生。3.3導(dǎo)波技術(shù)導(dǎo)波管體腐蝕檢測(cè)技術(shù)是目前先進(jìn)的管體內(nèi)外腐蝕狀況檢測(cè)方法，利用低頻超聲波技術(shù)，能對(duì)長(zhǎng)距離金屬管道的管體腐蝕狀況進(jìn)行管道全長(zhǎng)100%檢測(cè)。該技術(shù)是利用壓電陶瓷超聲傳感器干耦合激勵(lì)產(chǎn)生的剪切l(wèi)amb波(縱波l或者扭轉(zhuǎn)波t)在管道中沿軸向傳播均勻傳播，如同一個(gè)環(huán)形的波掃查整個(gè)管道，遇到結(jié)構(gòu)突變（如焊縫、腐蝕坑、三通等）時(shí)，其中一部分能量會(huì)反射回來(lái)，形成回波（縱波l或扭曲波f），利用傳感器采集的回波信號(hào)，并利用專(zhuān)用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，最終能夠判斷回波產(chǎn)生的原因和發(fā)生的位置，確定管道有無(wú)腐蝕。它對(duì)對(duì)金屬

15、截面金屬損失變化比較敏感，能夠鑒別缺陷、管道特征、焊縫、彎曲及支撐等。典型的情況所產(chǎn)生的軸向傳輸?shù)牟軅魉?0m，理想情況能傳送180m。特別適合于石化裝置管道防腐保溫層下管體金屬腐蝕或沖蝕。應(yīng)用舉例天津石化導(dǎo)波技術(shù)檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)6處嚴(yán)重管體腐蝕缺陷圖6 g403管線導(dǎo)波異常信號(hào)驗(yàn)證圖片（催化裝置：變形凹坑深3mm）圖7 粗油管線導(dǎo)波異常信號(hào)驗(yàn)證圖片（催化裝置：腐蝕坑深1.7mm）圖8 p-081管線導(dǎo)波異常信號(hào)驗(yàn)證圖片（焦化裝置：腐蝕坑深1.1mm） 圖9 01-g-1201管線導(dǎo)波異常信號(hào)驗(yàn)證圖片（常減壓1套：腐蝕坑深1.5mm） 圖10 01-g-1202管線導(dǎo)波異常信號(hào)驗(yàn)證圖片（常減壓1套

16、：腐蝕減薄2.5mm） 圖11 01-g-1102管線導(dǎo)波異常信號(hào)驗(yàn)證圖片（常減壓1套：腐蝕減薄1.5mm）3.4漏磁技術(shù)pipescan是一種漏磁（mfl）檢測(cè)設(shè)備，用來(lái)檢測(cè)管體內(nèi)壁腐蝕。采用常規(guī)超聲測(cè)厚的檢測(cè)方法只能檢測(cè)出被抽檢管道局部點(diǎn)的腐蝕情況，檢測(cè)覆蓋面非常有限，無(wú)法對(duì)抽檢部位的全長(zhǎng)范圍內(nèi)的管體進(jìn)行缺陷檢測(cè)與評(píng)價(jià)，從而形成檢測(cè)“盲區(qū)”。由于石化企業(yè)的特點(diǎn)，管道內(nèi)大多為芳烴含硫易腐蝕性的介質(zhì)，極易對(duì)管道內(nèi)壁造成局部腐蝕坑、沖刷磨損溝槽等等，這類(lèi)缺陷是“活”缺陷，減薄尺寸會(huì)不斷加大，并且可能存在于管道任何位置，成為孤立腐蝕點(diǎn)。難于發(fā)現(xiàn)，因而危害性較大。漏磁檢測(cè)的管道壁厚范圍為：6-15m

17、m。降低靈敏度的情況下，可檢測(cè)壁厚為20mm的管道。工程應(yīng)用舉例：天津石化常一裝置漏磁檢測(cè)長(zhǎng)度共計(jì)約70米，共發(fā)現(xiàn)7處局部腐蝕減薄，最大減薄處壁厚3.84mm，缺陷周?chē)诤?mm；常二裝置漏磁檢測(cè)長(zhǎng)度共計(jì)約117米，共發(fā)現(xiàn)4處局部腐蝕減薄，最大減薄處壁厚7.46mm，缺陷周?chē)诤?.5mm；焦化裝置共發(fā)現(xiàn)2處局部腐蝕減薄，最大減薄處壁厚6.00mm，缺陷周?chē)诤?.0mm；催化裝置檢測(cè)長(zhǎng)度約88米，共發(fā)現(xiàn)6處局部腐蝕減薄，最大減薄處壁厚7.74mm，缺陷周?chē)诤?0.0mm。 圖12 漏磁檢測(cè)3.5高溫射線無(wú)損檢測(cè)按照“在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程”的要求，gc1、gc2級(jí)管道定期檢驗(yàn)要進(jìn)行ut或

18、rt無(wú)損檢測(cè)，但考慮到很多高溫管道特殊工藝性，不能停機(jī)檢測(cè)。高溫射線能夠?qū)崿F(xiàn)350以下、氣化介質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)最小缺陷長(zhǎng)度0.5mm。采用陶瓷棉隔熱，防止片子損傷，底片影像質(zhì)量能夠滿(mǎn)足jbt4730-2005的要求。工程應(yīng)用舉例：某鋼鐵企業(yè)中壓蒸汽管道總長(zhǎng)約11.63公里，管道級(jí)別gc2，設(shè)計(jì)壓力4.35mpa，工作溫度260（紅外測(cè)溫汽源附近最高實(shí)際溫度374），按照檢規(guī)比例要求進(jìn)行了高溫射線無(wú)損檢測(cè)，共檢測(cè)出109處圓形、64處條形、2處咬邊、137處未焊透等焊接缺陷，檢測(cè)最小缺陷長(zhǎng)度0.5mm。補(bǔ)充照片。3.6安全評(píng)定與剩余強(qiáng)度評(píng)估對(duì)于檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷，當(dāng)超過(guò)安全狀況等級(jí)3級(jí)或用戶(hù)

19、要求時(shí)，可采用返修方法消除或安全評(píng)估，返修方法可以從根本上消除缺陷，但需要停車(chē)，會(huì)影響正常生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)檢驗(yàn)及評(píng)估的經(jīng)驗(yàn)，絕大部分的超標(biāo)缺陷能夠通過(guò)安全評(píng)定。安全評(píng)定以現(xiàn)代斷裂力學(xué)、彈塑性力學(xué)和可靠性理論為基礎(chǔ)的嚴(yán)密而科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，對(duì)含有腐蝕缺陷的管道是否繼續(xù)使用以及如何繼續(xù)使用的定量評(píng)價(jià)。安全評(píng)定是涉及安全管理、無(wú)損檢測(cè)、彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、材料學(xué)、失效分析學(xué)等多個(gè)學(xué)科的綜合工程技術(shù)。剩余強(qiáng)度是在管道缺陷檢測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)嚴(yán)格的理論分析、試驗(yàn)測(cè)試和力學(xué)計(jì)算，確定管道的最大允許工作壓力(maop)和當(dāng)前工作壓力的臨界缺陷尺寸，為管道檢驗(yàn)檢測(cè)等級(jí)評(píng)定提供依據(jù)。 中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院具有國(guó)家質(zhì)檢總局授權(quán)的安全評(píng)估資質(zhì)，以博士、碩士為主的評(píng)價(jià)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在完成“八五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)課題“在役鍋爐壓力容器安全評(píng)估與爆炸預(yù)防技術(shù)研究（85-924-02）”和“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)專(zhuān)題“在役含缺陷壓力管道安全評(píng)定關(guān)鍵技術(shù)研究（96-918-02-03）”的基礎(chǔ)上，總結(jié)、繼承和吸收國(guó)內(nèi)外關(guān)于鍋爐壓力容器安全評(píng)定的理論、技術(shù)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)系統(tǒng)、綜合和攻關(guān)研究后制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb