浅析C扫描等技术在场站管道检测中的应用

上海市燃气设备计量检测中心 黄唯一

浅析C扫描等技术在场站管道检测中的应用

上海市燃气设备计量检测中心 黄唯一

大众燃气输配所管理的多个调压站已投产多年，为保证调压站的安全运行，使用 C扫描等技术对调压站内的管道和装置进行了检测。文章以漕宝路调压站内的管道和装置检测为例，对检测的结果进行分析和评估。为建立动态监护管理模式提供了技术支持，保证了现有工况条件下，场站管道和装置的安全运行。

调压站 管道应力计算 磁记忆 超声C扫描

0 引言

天然气门站又称城市调压门站，是天然气长输干线或支线的终点站，是城市、工业区分配管网的气源站，在该站内接收长输管线输送来的燃气经过过滤、调压、计量后送入城市或工业区的管网。天然气门站的安全平稳运行不仅关系到城市、工业区的用气安全，而且关系到用气城市的社会经济安全稳定。因此，加强天然气门站的安全管理，保证门站的连续安全平稳供气，是输配管理工作的重中之重。

1 目前现状

大众燃气输配所管理的多个调压站，在日常维护保养过程中，从旋风过滤器和桶形过滤器清理出的杂质中，经常发现主要杂质为黑色粉末状杂质，经磁铁鉴定为具有铁磁性物质，且杂质的产生量是随着调压站的流量增大而增大，又因为调压站已投产多年，所以初步判定这些杂质是由管道内部气流冲蚀造成新生金属损失缺陷所产出的。

管道内部金属损失缺陷会造成管道穿孔、断裂等失效。这将对燃气的安全输送带来极大危害。对调压站管道按周期进行检测与评估是输配安全生产的重要手段。通过周期性检测能及早发现调压站管道内部缺陷位置和程度，通过对缺陷管道的评估能有效阻止失效事故的发生，及时进行修理、修复，延长管道及设备的生命周期，防范于未然是燃气行业管理，特别是输配管理的努力方向。

因此对调压站管道按周期进行检测与评估纳入日常管理规范，实现传统燃气企业以“坏了修”模式转换为动态监护管理模式，通过提高监护与修复的效率从而有效降低企业管理成本，将是提高输配基础管理水平的必由之路。

2 应用方法

(1)管系应力计算：在工业管道的检验过程中，采用商业化管系应力计算分析软件，对管道系统的整体应力状况进行分析，确定出应力载荷较大的危险点，有助于检验人员发现应力腐蚀开裂等缺陷，保障不停输全面检验的准确性和可靠性。

(2)磁记忆检测：记录和分析处于地磁场中的铁磁构件和设备的缺陷或应力集中部位表面的自有漏磁场的分布情况。它不仅能够适用于铁磁性构件缺陷(裂纹、气孔、夹杂、未熔合等)的检测，还能对应力集中，早期失效等进行快速，准确的诊断。

(3)超声C扫描检测：通过超声C扫描对场站管道进行检测，确定缺陷的大小、方向和形状。

3 方法简介

3.1 管系应力计算

管道强度破坏主要由一次应力(也称持续应力)引起的断裂破坏和二次应力引起的疲劳断裂破坏。

一次应力：由机械外载荷引起的正应力和剪切应力，它必须满足外部和内部的力和力矩的平衡法则。

一次应力特征：一次应力是非自限性，它始终随所加载荷的增加而增加，超过材料的屈服极限或持久强度时，将使管道发生塑性破坏或总体变形，因此在管系的应力分析中，首先应使一次应力满足许用应力值。

二次应力：由于变形受到约束所产生的正应力或剪应力，它本身不直接与外力相平衡。

二次应力特征：

(1)管道内二次应力通常是由位移载荷引起的(如热膨胀、附加位移，安装误差，振动载荷)。

(2)二次应力是自限性的，当局部屈服和产生少量塑性变形时，通过变形协调就能使应力降低下来。

(3)二次应力是周期性的（除去安装引起的二次应力）。

(4)二次应力的许用极限是基于周期性和疲劳断裂模式，不取决于一个时期的应力水平，而是取决于交变的应力范围和交变的循环次数。峰值应力，局部应力集中或局部结构不连续或局部热应力等所引起的较大的应力。

在工业管道的检验过程中，采用商业化管系应力计算分析软件，对管道系统的整体应力状况进行分析，确定出应力载荷较大的危险点，有助于检验人员发现应力腐蚀开裂等缺陷，保障不停输全面检验的准确性和可靠性。

3.2 磁记忆检测

磁记忆检测技术实际上是一种漏磁检测技术，和其他磁方法不同的是，检测时不需要外加磁场，整个过程都在地磁场中进行。在地磁场作用下，磁力线通过缺陷部位或应力集中区时，会在表面形成一定的漏磁场。利用高灵敏度的磁敏探头，磁记忆检测仪可以测取到构件表面漏磁场法向分量的分布值，据此可以判断构件的缺陷或应力集中状态。

根据应力值较高管段焊缝布置磁记忆检测点，实施磁记忆检测。注：磁记忆检测不仅能有效发现材料中的不连续(如裂纹等面性缺陷)，而且能对应力集中情况进行检测。磁记忆检测原理和仪器见图1、图2。

图1 磁记忆检测工作原理

图2 磁记忆检测仪器

3.3 超声C扫描检测

通过信号数字输入计算机,在区域范围内进行扫描，把每个点在显示器上显示为一个象素。由此产生一套数据阵列，再由计算机通过软件自动完成对每一种颜色和显示的百分比面积的象素计数。对显示出来的扫描图像都可以作出相应的解释,对缺陷进行评定。

为确定场站内管道是否发生冲刷，对场站内所有易发生冲刷的弯管及三通位置实施超声C扫描检测，原理见图3。

图3 超声C扫描检测原理

4 应用实例

4.1 管道应力计算结果

4.1.1 一次应力(持续应力)计算结果

经CAESAR II计算，得出一次应力区域，见图4。

图4 一次应力(持续应力)计算结果

4.1.2 二次应力计算结果

经CAESAR II计算，得出二次应力区域，见图5。

图5 二次应力计算结果

4.2.1 磁记忆检测范围和结果

根据管系应力分析结果，四个集管箱是此次磁记忆检测的重点区域。另外，一些管件多，结构较复杂的管段，可能存在一些小的局部应力集中，这是管系应力分析软件数值分析的盲区，因此实际检测时，应扩大对此类区域焊缝的检测。

此次检测共实施了36个磁记忆检测点。

磁记忆检测中，I级、II级特征信号说明应力集中较轻微，可实施其他方法抽查，III级较严重，IV级最严重，应利用其他方法进行复验。因此，根据本次检测结果，应对III级特征信号点18#进行复验，5个II级特征点，可按现场实际情况实施抽查，检测点分布详见图6。

检测结果显示，36个点中，共10个点发现特征信号，1个为III级特征信号，5个为II级特征信号，4个为I级特征信号，其余均无特征信号，磁记忆检测结果见表1。

图6 磁记忆检测点分布

表1 管道对接焊缝磁记忆检测报告

4.3 超声C扫描检测范围和结果

根据了解，场站内两条旁通管的使用频率较低，由于所有管道均使用相同的材质，因此，两条旁通管的冲刷腐蚀量显然会大大低于其他常用管线。为了控制检测成本，本次超声C扫描首先对两处旁通管以外的三通及弯头实施检测，若发现冲刷腐蚀迹象则将范围扩大至旁通管，若未发现冲刷腐蚀则无需再对旁通管实施检测。

此次超声C扫描检测共布置37个点，覆盖了除旁通管外，所有的存在气流冲刷现象的弯头和三通，检测点分布详见图7。

图7 超声C扫描检测点分布

其中，弯管所使用的是手动C扫描检测，三通直管所使用的是自动C扫描检测。这其中28#点是在 3#点可疑减薄区域除漆后的复验结果，29#点为19#点存在可疑减薄区域除漆后的复验结果。

检测结果显示：

(1)1#、2#、4#~18#、20#~27#点壁厚测值正常，未发现冲刷腐蚀减薄情况。

(2)3#、19#点发现可疑减薄区域，随后进行除漆后的复测，对应的28#、29#点未发现减薄情况，说明3#，19#点发现的可疑区域为管道表面油漆不均匀造成。(3)30#~37#点测值与提供的原始壁厚值差距较大，其中 30#~34#点提供的原始壁厚为 12 mm，35#~37#原始壁厚为10 mm，它们各属于同一集管箱，因此可能存在原始壁厚有误的情况，但也不排除是管道出现均匀腐蚀的情况，因此，在管道原始资料

不准确的情况下，应重点监测此两区域管壁厚度。(4)22#检测点附近发现一个凹坑，面积约为70×50 mm深度约10 mm。经超声波壁厚测量，测值为12.15~12.53，属于正常范围，但该处凹坑为弯管内部的突起物，极易受到冲刷，应加强监测，管道超声C扫描检测结果详见表2、表3。

表2 管道超声C扫描检测报告

5 结论与建议

5.1 结论

(1)管系应力计算+磁记忆检测+超声 C扫描检测技术是一种新型的检测工具，可以对调压站内输送管道、各类装置的缺陷实施精细检测，同时，也可以对难以接近的管段进行检测及评估。

(2)本检测项目的实施，建全了调压站管线的基础数据和档案资料，为建立动态监护管理模式、提高监护与修复的效率、降低企业管理成本提供了技术支持。

(3)按本检测项目的技术路线实施的相关检测，未发现管线有明显冲刷腐蚀与局部减薄区域，在现有的工况条件下，可安全运行。

表3 管道超声C扫描检测报告

5.2 建议

(1)对检测值与提供的原始壁厚值差距较大的管道，进行周期性跟踪检测。

(2)对磁记忆检测，发现的II、III级信号点处的对接接头进行周期性的跟踪检测，如发现新生缺陷，应及时处理；

(3)本次项目中所实施的检测项目，也应定期实施。

(4)由于大众燃气有限公司其它各调压站工作状况不同，也应实施本项目，以建全基础数据和档案资料，保证安全、有效可行。

Analysis of the Application of C Scanning Technology in Gas Station Pipeline Testing

Shanghai Municipal Gas Devices Measurement Test Center Huang Weiyi

In this paper, C Scanningtechnologyis used in the pipelines and devices testing in CaoBao Road regulator station. Results are analyzed and evaluated to provide technical support for the establishment of dynamic monitoring and management mode, andto ensure the safe operation of piping and equipment in the station.

regulator station, pipeline stress calculation, magnetic memory, ultrasonic C Scanning