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主輸油管道腐蝕缺陷聲發射檢測

SIntegrity first, quality first, service first, technology first

我們了解大中小型企業的生意模式,需求,我們倡導讓客戶感知產品的應用體驗價值,而不僅是產品的功能。

         眾所周知,使用周期長的管道(MT)上的大多數事故都與腐蝕缺陷(CD)的形成和發展有關。但是,迄今為止,尚沒有用于對腐蝕缺陷進行檢測和分類以及隨后評估剩余壽命的明確方法。在這一點上,管道腐蝕過程的技術診斷問題無疑是緊迫的。
       與其他常見類型相比,局部電化學腐蝕的機制對于MT來說似乎是最危險的,因為點腐蝕缺陷的形成是一個較長過程,可以持續數年,但同時對管道材料的破壞也很嚴重且無法預測[1]。在實踐中用于檢測管道運輸設施腐蝕損壞的局部和整體無損檢測(NDT)方法存在許多重大局限性,無法充分預測存在現有缺陷的風險。評估腐蝕條件的間接方法,例如電測量,金相研究和破壞性測試方法,研究了腐蝕的常見原因和保護方法。同時,沒有考慮點局部腐蝕缺陷發生的原因及其發展的動力學。為了解決這個問題,可以有效地使用聲發射(AE)方法,該方法對由于腐蝕缺陷的形成和增長而引起的結構的各種局部高度敏感。
       檢測的目的是定位腐蝕缺陷并分析相應聲發射的信息參數。為了評估檢測到的腐蝕損壞的危險程度,還采用了局部無損檢測方法,例如滲透劑檢測和目視檢測,以及超聲波測厚和硬度測試。選擇具有局部腐蝕破壞高潛在危險的典型技術石油管道的一部分作為研究對象。表1中列出了對象的參數,研究時該站點的使用壽命為24年。測量設備,使用INTERUNIS-IT公司24通道 A-Line 32D DDM串聯聲發射設備。根據適用于特定測試對象的標準程序[2]進行測量。測量通道以40米的平均間隔依次位于管道的上主線上,因此一個測量周期的檢測斷面長度約為2 km。
       表2給出了AE檢測系統的主要技術數據和特性。AE傳感器,使用了工作頻率范圍為50~550 kHz的GT200寬帶傳感器。選擇性濾波器的工作頻帶為30-100 kHz。頻率的這種選擇決定了在遠波區條件下線性定位方案的構造。
       圖1顯示了液壓測試期間管道加載的典型操作時間表。
       在第一次測量期間,負載達到0.7 Prab的值。 (2.2,大氣壓)記錄了泄漏。相應的AE參數如圖2所示,可以清楚地看到泄漏力矩的發生以及隨后的壓降。
       進一步的分析表明,引起降壓的貫通泄漏是在點蝕型的局部腐蝕缺陷處形成的。圖中顯示了裂縫位置附近凹坑的相應指示圖片(在何處?)。
      從圖中可以看出,一些對比度最大的區域對應于具有明顯穿透深度的凹坑,根據近似評估,該深度約為管道壁厚的60-70%。直線形式的缺陷分組可能表明在管道制造過程中,沿著軋制方向取向的非金屬夾雜物鏈上形成了凹坑。
    
        所顯示的AE檢測結果對應于對象加載到泄漏時刻的時間段。 AE事件總活動的時序圖(圖3)顯示,在保持AE壓力的靜態區域中幾乎沒有變化。在壓力增加的區域,活動水平也很低,最高可達4-5個脈沖/秒。同時,在圖4中,顯示了單個AE事件振幅的時間圖,可以看出,上升區域中振幅的最大值不超過40-50 dB,并且不存在結構不均勻性裂縫形成和擴展機制的高振幅離散峰特征。這一事實證實了在給定條件下凱塞爾效應的實現,這包括在將物體反復加載到先前達到的應力下時沒有AE的情況。然而,眾所周知的是,在裂紋萌生和擴展期間沒有觀察到凱塞爾效應。實際上,對于給定的研究目的,很早在載荷達到工作壓力水平之前就發生了腐蝕缺陷的破壞。因此,我們可以得出結論,在所考慮的示例中局部點蝕的發展機理并不伴隨裂紋的形成和增長,這意味著評估AE源危險程度的標準準則不適用于這種情況。這樣就可以得出一個基本的結論,即在普遍接受的定期AE測試條件下,當執行典型的加載方案時,實際上直到達到工作壓力水平時才不會出現可能的局部腐蝕缺陷。但是,這一事實并不排除由于局部腐蝕損壞而導致物體損壞的可能性,這是在實驗期間記錄下來的。
         隨后的后處理模式顯示了圖中所示的信息通道和噪聲通道的一些差異(圖5)。圖5顯示了單個AE事件在振幅和持續時間內的分布。
圖5-單個AE事件的振幅和持續時間分布
       可以看出,與無缺陷區域相比,在CD位置附近可以清楚地區分兩個區域。在所有實驗實現中都存在幅度相對較小的第一區域(40-50 dB。)和持續時間(最高100μs),對應于在近波區域記錄的聲輻射的連續分量。持續時間較長(最高500μs)的第二區域對應于遠離接收器(即,在遠波區)的AE源。這可以通過將持續時間和幅度的特征值附近的單個AE事件進行分組來間接判斷。由于在遠離腐蝕破壞的通道中尚未發現此類規律性,因此有理由相信,在信息通道附近記錄的AE輻射是由于點蝕的發展所致。
       考慮到第一次測量過程中物體被破壞和測試停止的事實,為了完成計劃中的技術石油管道檢查工作,有必要進行第二次測量。在重復的測量周期中,使用與第一次測量相同的加載方案,而最大測試壓力為3.7 MPa。靜態區域的平均壓力保持時間約為20分鐘。
       圖6顯示了有缺陷和無缺陷的MN區域的AE活動的時間序列??梢钥闯?,第一張圖的顯著特征是活動的增長與壓力的上升之間有著明顯的相關性。讓我們強調,當達到Prab并進一步增長時,帶有腐蝕缺陷的信息通道和無缺陷區域中的“噪聲”通道之間會出現明顯的差異。
圖6-事件的時間序列
圖6-事件的時間序列
   從圖7所示的幅度的時間依賴性來看,可以看到AE事件以及活動的能量特征在對應于工作壓力水平附近的載荷圖的靜態部分的時間段內具有最大值。
圖7-AE事件幅度的時間關系
       通過能量參數檢查AE事件分布圖(如圖8所示),對于有缺陷和無缺陷區域,再次清楚地將其劃分為兩個區域。在這種情況下,即使在較高的負載值下,AE輻射的一般性質仍保持低振幅,平均水平不超過50 dB,這與首次測量的結果(在達到Pwork之前)以及分別假設在近波和遠波區域中產生的AE通量的兩個分量有關...

圖8-AE事件的能量參數分布圖

圖8-AE事件的能量參數分布圖
       通過對聲發射信息參數的分析,可以得出結論,腐蝕缺陷形成過程中聲輻射的主要信息表現在工作壓力水平附近。這使我們有理由相信,腐蝕損壞的AE診斷不是在技術檢查期間有效地進行,而是在監視模式下(即在當前操作的條件下)有效地進行。
在檢查管道的缺陷部分時,根據AE控制的結果,在絕緣涂層破裂的地方發現了強烈的局部腐蝕。在深孔腐蝕區域的背景下,還發現了滲透深度高達80%的孔。
最后,我們提出了有關工作的主要結論:

  1. 結果表明,在MN操作過程中局部腐蝕缺陷的發展具有不可預測的隨機性。
  2. 已發現,在腐蝕破壞過程中,聲輻射最有效地表現在工作壓力附近及以上的靜態區域。這樣就可以得出結論,建議在管道的當前運行過程中,以監視模式對腐蝕缺陷的發展進行AE診斷。
        通過實驗發現,在聲輻射研究中,局部腐蝕損傷的最大靈敏度是由諸如單個事件的活動性和持續時間之類的AE參數所顯示的。這一事實可以作為創建定量標準以評估主管道腐蝕損壞危險程度的基礎。
   
河南啟興格電子科技有限公司/俄羅斯INTERUNIS-IT公司中國辦事處   聲發射、串聯聲發射