油气管道环焊缝缺陷检测评价方法研究--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

油气管道环焊缝缺陷检测评价方法研究

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：许伟王一博陈利奎

[导读] 摘要：现如今，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，我国油气工程发展十分迅速，由于近年来油气管道环焊缝开裂事故时有发生，环焊缝缺陷内检测技术受到广泛关注。

        郑州华龙工程检测有限公司河南省郑州市 451450
        摘要：现如今，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，我国油气工程发展十分迅速，由于近年来油气管道环焊缝开裂事故时有发生，环焊缝缺陷内检测技术受到广泛关注。分析了最近几年国内外油气管道环焊缝开裂事故及其原因，指出在油气管道环焊缝开裂事故中，致因缺陷多为裂纹、未焊透和未熔合，以及较为尖锐的咬边，且大多萌生于管道内表面，其应力集中程度高，极大地削弱了管道的承载能力。探讨了漏磁内检测、超声波内检测、电磁超声内检测、电磁涡流内检测4种管道环焊缝缺陷内检测技术的研究现状、技术特点、应用局限、研究方向和发展趋势，以期为攻克油气管道环焊缝检测这一国际性技术难题提供参考。
        关键词：油气管道；环焊缝；缺陷；内检测
        引言
        在工业生产、航天航空以及公共基础设施等诸多领域的革新技术水平或改善产品质量的过程中，对于产品的结构材料的选择始终占据着重要的位置。为了满足这种需求，各种复合材料被人们所制造、应用，其中在新兴复合材料中占据较大比重的碳纤维增强复合材料因其优越的结构性质被很多产业应用。但在很多民用产品中，碳纤维复合材料的运用比重始终不能占据较大比例，而少量应用碳纤维复合材料的产品的价格也普遍偏高。这主要是因为碳纤维复合材料的制作工艺复杂，使其在编织及成型过程中极易出现内部的结构性缺陷，从而影响材料的性能参数。因此在碳纤维生产的过程中需要一种检测装置及时检测出含有缺陷的碳纤维复合材料，改善碳纤维复合材料的生产效率，改善碳纤维复合材料的产品质量。
        1管道环焊缝开裂事故及缺陷类型
        由于建设时期技术水平限制和现场焊接施工质量控制不当等问题，管道环焊缝一直是管道最薄弱的部位，加之受土体移动等附加载荷的影响，环焊缝开裂事故时有发生。美国管道与危险材料安全协会公布的2010-2012年失效事故中，仅输气管道环焊缝开裂导致的事故就高达8起（不考虑环焊缝腐蚀穿孔导致的失效）。其中，3起事故发生于新投产管道（2008年后投产），而且有4条管道曾经运行过漏磁内检测器。近年来，随着国内管道行业大发展，大量新建管道建设投产。虽然新建管道普遍采用高强钢焊接工艺，制管和施工质量相比20世纪70年代的老管道有了很大提升，但仍有部分管道存在冬季施工中未按照工艺要求进行管体预热、保温以及强力组对等问题，导致环焊缝焊接缺陷问题凸显，影响管道安全运行。中国石油2011年以来发生8起新建管道环焊缝开裂事故，原因调查结果表明：有6起存在明显焊接缺陷（另2起为存在较大外部载荷），且其中7起环焊缝开裂的起裂位置位于管道内壁。环焊缝缺陷包括焊接时产生的未焊透、未熔合、咬边、气孔、夹渣、未焊满、过度打磨、裂纹以及错边等缺陷，并可大体分为体积型缺陷、平面型缺陷和外形不规则缺陷。体积型缺陷包括气孔、夹渣、过度打磨以及未焊满等；平面型缺陷包括未焊透、未熔合、裂纹等；外形不规则缺陷包括错边、咬边等。通常在进行缺陷评价时，咬边缺陷按照平面型缺陷评价，而错边则按照附加应力集中进行考虑。目前，在国内外油气管道环焊缝开裂事故中，致因缺陷多为裂纹、未焊透和未熔合，以及较为尖锐的咬边，且大多萌生于管道内表面。这些平面型缺陷应力集中程度高，极大地削弱了管道的承载能力。
        2管道环焊缝缺陷内检测技术探索
        2.1脉冲电磁涡流技术
        近年来很多研究开始重视脉冲电磁涡流技术，并将其作为一种有效监测多层结构的物体，因为其可以及时的反映出丰富的信息。这项技术已经被应用于飞机、汽油天然气运输管道、核能管道和铁轨。研究证明脉冲电磁涡流技术对于检测螺孔的亚表面缺陷缺陷可以不参考多频脉冲宽度的特性。利用有限元模型结合脉冲电磁涡流技术检测飞机机翼搭接处的深层缺陷。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

Horan等人利用脉冲电磁涡流技术分析了蒸汽发生管道和飞机搭接机翼处的缺陷在另一项研究中根据火箭涂层厚度的不规则变化和运动传感器的数据对火箭发射带来的影响建立了模型。然而这种方法过于复杂，若想将其应用于更多的铁磁性材料的表面检测必然要改进简化测量方式。建议在频域范围内利用归一化方法分析电磁涡流的光谱效应来检测材料性能与定向的拉伸压力。这种方法在时域特性范围内还可以增加更加广泛的应用例如腐蚀监测，轮廓推测和位移测量。缺陷轮廓快速重构方法利用了暂态脉冲电磁涡流信号重构技术，可以检测放电加工中深度为3mm，4mm，6mm，8mm的槽。这个方法证明在缺陷重构中利用不同的脉冲电磁涡流信号（例如不同振幅、相位和实部虚部规格组成）初始化缺陷分布或为了减少计算使用暂态分析重构均方误差。利用特征矩阵脉冲电磁涡流传感器分类表面缺陷与亚表面缺陷，不过这种方法对于实时缺陷检测还有待改进。对于连铸坯的缺陷分类一般是通过脉冲电磁涡流与主成分分析算法的结合下进行。在He等人的另一项研究中对碳纤维复合材料在低能冲击下的磁场强度和电导率进行分析检测蜂窝板芯中的缺陷。尽管这些方法对深层缺陷可以提供更高的可靠性和更好的效果，但这种方法太耗费时间。
        2.2电磁超声与脉冲涡流技术对管道腐蚀的检测实验研究
        设计用于管道腐蚀检测的电磁超声与脉冲涡流检测系统，包括硬件设计及时序控制程序设计。分别对管道腐蚀造成的减薄及裂纹缺陷进行检测实验，并对检测结果进行分析，验证了检测系统对管道腐蚀检测的有效性。
        2.3碳纤维复合材料的应用
        碳纤维是一种含碳成份极高的特种纤维，一般情况下含碳量在90%以上。碳素材料具有优良的特性，如耐摩擦、耐高温、导热、导电及耐腐蚀等，但与金属材料相比一般碳素材料具有很大的优势，因为其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维增强复合材料自50年代初就已经应用在火箭、宇航及航空等尖端科学领域，现在应用的更加普遍，很多体育器械、纺织、化工机械及医学领域都在适用这种材料。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产己进入一个高级阶段。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使生产碳纤维复合材料的质量要求也越来越严格。
        结语
        近些年，随着国内外制管水平的提高和内外腐蚀控制措施的有效实施，制造缺陷、腐蚀缺陷、螺旋焊缝缺陷等均得到了有效控制，而环焊缝缺陷问题因现场施工条件的限制及多次失效事故的发生而日渐凸显。环焊缝缺陷因其位置的特殊性，通过内检测来识别并量化缺陷尺寸存在相当的难度。国内外各大管道运营公司和检测服务商针对环焊缝缺陷检测，尤其是气体管道环焊缝裂纹检测难题开展了联合攻关，以期填补空白，有效控制管道本体风险，保障管道本质安全。
        参考文献：
        [1]王富祥，冯庆善，王学力，等.三轴漏磁内检测信号分析与应用[J].油气储运，2010，29（11）：815-817.
        [2]高松巍，郑树林，杨理践.长输管道漏磁内检测缺陷识别方法[J].无损检测，2013，35（1）：38-41.
        [3]王文明，王晓华，张仕民，等.长输管道超声波内检测技术现状[J].油气储运，2014，33（1）：5-9.
        [4]黄松岭，叶朝峰，王珅，等.天然气管道裂纹电磁超声检测器研制[J].无损检测，2009，31（10）：827-829.
        [5]王淑娟，康磊，赵再新，等.电磁超声换能器的研究进展综述[J].仪表技术与传感器，2006（5）：47-50.