河南省锅炉压力容器安全检测研究院濮阳分院 河南省濮阳市 457000
摘要：对天然气站场内承压类特种设备的定期检验是安全运行的基础，其检验方法需要保持设备最小损伤或无损伤。通过设备损伤模式的归纳，表明设备可能产生的损伤模式主要包括：腐蚀、介质冲刷造成的壁厚减薄和机械损伤造成的新生裂纹缺陷；通过探讨有无涂层和不同涂层厚度对检测结果的影响，表明在检测面保留不超过0.5 mm厚度的防腐涂料层进行磁粉检测和超声波检测，可以更高效、更安全地实现无损检测，满足定期检验、保证设备质量的要求；通过电流衰减法检测埋地钢质管道防腐破损点时，信号加载方式改用“回路法”，对较短管道和有信号干扰的检测环境非常有效。提出了有针对性的检验建议，可供同行参考。
关键词：天然气站场；承压类特种设备；定期检验；防腐涂料层；电流衰减法；“回路法”
引言
天然气分输、调压站场（以下简称“站场”），是为了使长输管道或者城市高压主管道进入城市后，实现分输和调压而建设的。图1所示是一所燃机电厂天然气调压站场内承压类特种设备（以下简称“设备”）布置的简图。站场内设备主要包括压力容器和压力管道，根据工艺要求的不同，缓冲罐、过滤器、加热器等压力容器在功能上存在一些差别。在这些设备的定期检验规则中，对检验现场条件和检验环境安全都有明确要求，例如，无法进行内部检验的压力容器，应当采用安全、可靠的外部检测技术（例如内窥镜检测、超声波检测等）；首次检验的管道，应当按照焊接接头数量的一定比例（GC1类15%，GC2类10%）进行埋藏缺陷的检测；检验人员提出质疑的部位，需要进行表面无损检测等[1-2]。在以上检测方法中，表面无损检测和超声波检测要求把检测面打磨至一定光洁度[3]，且设备气体置换必须在站场停运状态下进行，但是检测面打磨属于站场内动火、用电，设备气体置换条件也并不十分现实。带防腐涂料層（以下简称“涂层”）的磁粉检测和超声波检测研究已开展数年，但是目前没有相关的实践应用报道。此外，较短距离和信号干扰环境下的埋地钢质管道防腐破损检测方法的理论分析与实践应用，是现有电流衰减法检测技术应用发展的迫切需要。本文结合笔者的多年检验实践工作，对设备可能产生的损伤模式进行分析，从而探索磁粉检测、超声波检测以及埋地钢质管道防腐破损检测等更为行之有效的检验检测方法。
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1设备损伤模式分析和检测方法优化比选
1.1设备损伤模式分析
站场内正常使用的设备可能产生的损伤模式主要有两种。
第一是外部、内部腐蚀或者内部介质冲刷造成的壁厚减薄[4]，分别体现为涂层破损处产生的外部腐蚀和埋地钢质管道防腐破损处产生的局部腐蚀，或者内部气体在弯头和容器对侧产生冲刷造成的壁厚减薄。这类缺陷可以通过局部的超声波测厚或者超声波直探头纵波扫查检测来发现。特别地，埋地管道腐蚀与防腐层的破损有关，因此需要首先使用电流衰减法进行地面检测，寻找到破损点，再检查局部腐蚀情况。
第二是机械损伤产生的新生裂纹缺陷[5]。这类缺陷产生在应力集中部位，如焊接接头、弯头、变径等部位，主要是由几何形状和冶金显微结构的不连续性造成的。应力的来源主要包括大气温度变化产生的内应力、压力产生的周向应力，以及气流变化使设备产生的振动（交变应力）等。
1.2检测方法优化比选
在优化比选检测方法时，测厚部位、无损检测抽查部位的选择，要考虑章节1.1中损伤模式可能发生的部位。在用设备新生裂纹缺陷是“活动的”，是危害最大的设备缺陷。表面缺陷最好的检测方法是磁粉检测（MT），其次是渗透检测（PT）和涡流检测（ET）。埋藏缺陷最好使用超声波检测。裂纹、未熔合等面型缺陷需要非常高的检测灵敏度，推荐使用相控阵超声波检测（PAUT）。PAUT对缺陷的长度、深度、高度均具有较高的检测精度，比射线检测（RT）、传统超声检测（UT）、超声波衍射时差法（TOFD）等方法效果更好[6]。
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综上，损伤模式分析和检测方法流程图如图2所示。
2 检测面带涂层无损检测
站场内设备外防腐在施工验收时，对涂层的干膜厚度、附着力、耐盐雾性、耐冲击性等技术性能指标有相应的规定。常温下涂层的结构主要有环氧富锌底漆或高固体份环氧底漆—环氧云铁中间漆—丙烯酸聚氨酯涂料、交联氟碳涂料或热反射涂料。根据设计寿命和环境腐蚀性不同，涂层总干膜厚度最低要求是大于或等于100 μm，最高要求是大于或等于320 μm，并且不超过规定值的3倍[6]。在两个检验周期（10年）以内的设备，表面涂层厚度大约是0.1～0.5 mm。正是涂层具有的上述性能，使得涂层与金属表面结合坚固，机械清除非常困难。
2.1有无涂层状态下的检测比对
使用CTS-PA22B型相控阵超声波检测仪，在有涂层和无涂层的状态下，对同一反射体上进行比对试验。自制0.2 mm厚的涂层（多个），用机油将其耦合累加到探头与试块之间，并使用相同常规检测参数，在IIA试块上对同一反射体进行测试。结果表明：测量到的反射体位置基本没有变化，或者说偏差可以忽略；超声波透过涂层时会产生一定衰减，由图3所示无涂层和0.6 mm涂层的状态可知，涂层每增加0.2 mm，需要补偿2.0～3.0 dB，才能与无涂层测试条件下的反射波幅相当，并且杂波波幅低于满屏的20%。
声波有效地透过涂层是检测方法得以实现的关键。从外观上检查涂层有无起皮、鼓泡、剥离、龟裂等现象，对表面涂层不平整、厚度过大或者龟裂的部位要进行必要的打磨修整，保障探头与检测面的有效耦合和声波透过[7]。同理，可以使用带涂层超声波测厚仪和超声波纵波直探头，检测设备局部的腐蚀或冲刷造成的壁厚减薄。
2.2涂层厚度对检测结果的影响
用胶带模拟表面涂层，A1-60/100灵敏度试片刻痕向上，用ZCM-DU1205型号便携磁粉机喷洒磁粉，当胶带厚度达到0.40 mm时，仍然可以观察到试片刻痕在涂层上的磁痕显示。A1-30/100灵敏度试片刻痕向上，当胶带厚度达到0.25 mm时，涂层上的磁痕显示已经不清晰。结果表明，磁粉检测面允许的涂层厚度与模拟缺陷表面向下的深度（实际状态的表面裂纹自身高度）有直接关系，缺陷自身高度越大，检出缺陷所允许的涂层厚度越大。
定期检验以符合性检验和验证性检验为目的，而附加的无损检测主要以发现壁厚减薄和新生裂纹缺陷为目的，更加注重实用性和可操作性。检测时，建议设备检测面保留的防腐涂层厚度在0.5 mm以内，超声波检测表面至少补偿9 dB，若发现可疑缺陷，要先定性，必要时再将表面涂层清除后定量。
结论和建议
本文对天然气站场内承压类特种设备定期检验方法进行了探讨，主要结论和建议有：
（1）在对天然气站场承压类特种设备进行无损检测时，建议允许检测面带防腐涂料层。检测面在保留一定厚度（≤0.5 mm）防腐涂料层的状态下进行磁粉检测和超声波检測，能够满足定期检验的质量要求。在用特种设备定期检验可以参照此方法。
（2）在对埋地钢质管道外防腐层使用电流衰减法进行检测时，建议采用笔者提出的“回路法”检测信号加载，以有效实现管道较短、信号干扰较大等特殊情况下防腐破损点的准确定位。
本文所述检验检测方法，在笔者从事的检验工作中都有成功案例，是按照国家标准进行的探索性试验，但不能作为标准的检验检测技术进行使用。
参考文献：
[1]压力管道定期检验规则：工业管道：TSG D7005-2018[S].
[2]固定式压力容器安全技术监察规程：TSG 21-2016[S].
[3]承压设备无损检测：NB/T 47013-2015[S].
[4]承压设备损伤模式识别：GB/T 30579-2014[S].
[5]李新蕾，邹伟光，莫永兴，等.无损检测技术对比研究[J].工业技术创新，2018，5（2）：102-105.
[6]石油天然气站场管道及设备外防腐层技术规范：SY/T 7036-2016[S].
[7]埋地钢质管道阴极保护参数测量方法：GB/T 21246-2016[S].