在役管线弯头超声波测厚异常原因分析及处理

1前言
国内很多炼化企业随着各项管理水平的提高,
长周期运行时间有了大幅的增加,较多装置实现了3年一修,很多企业的装置实现了4年一修、5年一修,由于炼化各装置原料性质逐年变化、生产方案与负荷的调整、装置的改造及新技术的应用等方面因素,会导致装置腐蚀日益加剧。

通过对装置腐蚀现状的分析,在装置检修开工后至本周期运行结束期间,为了保证装置长周期运行,很多企业会对在役管线进行严格的在线测厚工作,目的是发现因腐蚀、冲刷等其他因素引起的安全隐患,防止发生安全事故[1]。

某石油化工厂首次装置检修结束开工3个月后第一季度对公司双脱联合装置重点管线弯头进行了在线超声波测厚,测厚发现6条管线9个弯头中6个弯头存在测厚减薄异常点,为了保证在用存在
测厚异常点的管线能够安全运行,对该石油化工厂
存在测厚异常弯头进行了复查,采用了超声波密集测厚、直探头超声波检测波形分析及相控阵C 扫描检测相结合的检测手段判断测厚异常点处缺陷的类型并对缺陷进行综合评价,确保管线在用过程中符合法规标准和技术规范。

2相控阵检测技术理论简介
2.1
技术原理
相控阵超声探头由一个晶片阵列组成,每一个晶片分别被独立的脉冲激发。

利用电子方式控制相控阵探头中各独立晶片的激发来实现超声波发射/接收的方法叫相控阵检测技术。

相控阵检测中仪器独立的激发每个晶片产生各自的声波,多个声波因为干涉效应表现为一个新的合成声束。

合成声束因为各个独立声波相位不同表现为不同的方向性。

如图1所示。

在役管线弯头超声波测厚异常原因分析及处理
廖兵兵1,王冬雷2,王孝祖1,段荣涛1,杨
春1
(1.机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司,上海201518;2.中国石油吉林石化公司电仪中心(检测中心),吉林吉林132022)
摘
要:为了查明某石化公司在役管线弯头在线超声波测厚异常的原因,确定管线弯头异常点部位是弯头原材料内部原始缺陷还是管线在线运行过程中产生的腐蚀类缺陷,通过超声波密集测厚、直探头超声波检测波形分析及相控阵C扫描检测相结合的检测手段对存在测厚异常点部位的弯头进行复查,结果表明,测厚出现异常点的原因是弯头原材料内部存在夹杂物或偏析,并非腐蚀类缺陷,缺陷类型可使用相控阵检测仪对测厚异常点进行验证。

因弯头原材料内部存在偏析或夹杂物,会导致其力学性能有所下降,需对存在夹层或偏析缺陷的弯头在运行期间进行定期监测。

关键词:弯头;超声波测厚异常;夹杂物;偏析;相控阵检测中图分类号:TE88
甘肃科技
G ansuSci enceandTechnol ogy
第39卷第7期
2023年7月
V ol .39N o.7
Jul .2023
激励脉冲
晶片
楔块
工件
波前
A
B
C
提前5个相位
提前7个相位
工件
波前
图1相控阵探头晶片激发偏转聚焦示意图
第7期
相控阵检测技术基本原理是调整阵列换能器各阵元发射/接收的相位延迟,使得合成声束可以达到聚焦、偏转等效果。

其核心是换能器由多个晶片组合阵列,每个晶片的激发时间可以由主机单独控制。

相控阵检测技术实现了一个换能器可形成多种声场,这样,在不改变探头位置和参数的前提下通过软件就可形成不同角度和聚焦深度的声束。

相对于传统超声技术有更大的检测范围和更强的检测能力,并可实现检测过程实时成像(A、B、C、D及S视图)。

2.2相控阵检测设备
选择了奥林巴斯O M N I SCA N M X-2超声相控阵成像检测系统进行试验研究及检测应用。

相控阵超声检测设备由相控阵超声检测仪、软件、相控阵超声探头、楔块、扫查装置、耦合注水装置等组成[2]。

3弯头测厚异常点复查
通过研究某石油化工厂存在测厚异常点的弯头超声波密集测厚、直探头超声波检测波形及相控阵C扫描检测复查结果,判断出异常点的缺陷性质及大小。

通过查阅管线的设计资料、制造资料、安装竣工资料、使用管理资料及定点测厚异常减薄点分析报告等资料,管线及弯头的基本参数(表1),待复查管件为换热器E-0201进口相连接管线弯头R1。

表1管线基本参数
管线名称公称直径(m m)公称壁厚(m m)工作压力(M Pa)工作温度(℃)工作介质轻烃回收干气管线325 6.50.6541轻烃回收干气
3.1超声波测厚
通过在R1弯头外弯画出10m m×10m m小网格,在每个小网格上进行弯头外弯密集测厚,经超声波测厚发现弯头R1实测厚度为2.53~7.31m m,弯头外弯实测最小厚度为2.53m m;R1外弯具体测厚数据见表2。

表2壁厚测定数据表
组数序号测厚数据(m m)
1 3.55 3.177.16 4.327.25
27.31 2.99 3.367.31 4.33
3 4.03 4.317.207.27 5.23
47.287.147.227.007.04
5 6.68 3.94 3.5
6 3.93 4.25
6 3.44 3.217.13 3.19 2.79
7 3.25 4.08 4.04 4.75 4.17
8 3.33 4.49 3.33 2.93 4.13
9 3.68 4.20 3.52 3.88 4.14
10 3.76 3.33 4.78 3.13 3.02
11 2.69 3.90 3.74 4.46 4.40
12 4.12 6.90 3.60 3.39 3.42
13 2.94 3.73 2.78 3.47 2.88
14 3.03 3.74 2.53 3.30 2.48
15 3.45 3.99 3.58 3.08 3.42
16 2.54 2.55 2.58 4.11 3.85
17 2.53 3.71 4.94 3.66 3.16
3.2超声波探伤
为了查找出在线测厚异常点的原因,对在线测厚异常点弯头部位进行超声波探伤。

根据《承压设备无损检测-第3部分:超声检测》(N B/T47013.3—2015)标准要求,选择频率为5M H z、晶片大小为Φ6m m的双晶直探头,使用阶梯平底试块对探头的灵敏度进行调节,此时用于工件等厚度试块的第一次底波调整到满刻度的50%,再提高10dB作为基准灵敏度。

廖兵兵等:在役管线弯头超声波测厚异常原因分析及处理37
甘肃科技第39卷
4超声测厚异常原因分析
超声测厚应用了超声波脉冲反射的原理,超声
波探头发射脉冲至被测物体表面,脉冲到达材料分界面时,被发射回探头,通过精确测量超声波在材料中传播的时间,就可以准确地测量出被检材料的厚度[3]。

如果被测管线材料中的缺陷达到一定尺寸且足于被脉冲波发射时,仪器就会准确地测量出缺陷在被测管线材料的厚度(深度)。

而被测材料的组织不均匀、晶粒粗大、夹杂、偏析等宏观或微观缺陷都会改变超声波在材料中的传播速度、传播方向及传播路径,从而使测厚示值发生变化[4-5]。

相控阵检测可知:弯头超声波测厚仪测厚显示
异常值的原因正是弯头原材料内部存在偏析或夹杂物。

由于超声波测厚仪探头小、声束小,几呈线状,声能弱,超声波正是碰到这些缺陷而提前反射,超声波测厚仪读数反映的是从测量点到缺陷部位的距离,无法测出钢板真正的厚度值。

而超声波探伤仪由于探头较大、声束大、声能较强,声波遇到缺陷时既能测出缺陷深度,又能到达底面才反射,从而可测出钢板的实际厚度[6]。

5结论
(1)造成在役管线弯头在线超声波测厚异常点
原因是弯头原材料内部存在偏析或夹杂物。

若今后
经超声波直探头检测发现在R 1外弯实测最小厚度位置显示的为第一个回波,而在后面还有一个信号更强的底波,异常点后面的回波逐渐衰减,初步判断异常减薄为管壁存在夹杂物等缺陷。

3.3
相控阵检测
本次检测采用奥林巴斯O M N I SCA N M X -2超声相控阵成像检测系统进行试验研究及检测应用,本次检测使用的是柔性相控阵探头,探头晶片数量为
64个,聚焦方式为零度线性覆盖,聚焦深度为6.5m m 。

经相控阵检测发现在弯头R 1外弯存在面积为294m m ×290m m 夹杂物或偏析,无缺陷部位厚度值为7.37m m ;缺陷埋藏深度为2.56~6.14m m (图2);弯头R 1侧弯存在面积为194m m ×116m m 夹杂物或偏析,无缺陷部位厚度值为7.78m m ;缺陷埋藏深度为3.57~5.24m m (图3)。

界面波成像图
夹杂物成像图
一次底波成像图
图2R
1弯头外弯相控阵检测图谱
界面波成像图
夹杂物成像图
一次底波成像图
图3R 1弯头侧弯相控阵检测图谱
(下转第53页)
38
第7期对在役管线进行在线测厚时出现测厚异常情况,可使用超声波探伤仪及相控阵检测仪对异常测厚点部位进行复验。

(2)由于弯头原材料内部存在偏析或夹杂物,导
致其力学性能有所下降,建议对存在夹层或偏析缺陷的弯头在运行期间定期监测,加强日常巡检。

参考文献:
[1]邢建明,李强.通过测厚验证防腐方案有效性,保证装置
长周期运行[J].广东化工,2018,45(11):221-223+230.[2]韦红帅..基于相控阵检测技术的在役成品油管道环焊缝
缺陷检测应用与分析[J].中国化工贸易,2020,12(8):141-143.
[3]郑晖,林树青.超声检测[M ].2版.北京:中国劳动社会保
障出版社,2008.
[4]董济明,吴如庆.钢板中夹杂物对测厚影响的分析及处理
[J ].化工装备技术,2010,31(1):52-53.
[5]邢国强,张广兴.压力容器测厚值异常的原因及应对措施
[J ].金属材料与冶金工程,2009,37(4):54-55.
[6]马伟勇,蒙理贵.压力容器用钢板超声测厚示值异常的分
析及处理[J].中国科技信息,2005(13):90.
(上接第38页)
消耗水中的溶解氧。

分析五日生化需氧量和溶解氧的相关性,两者在0.01和0.05水平上均不具备显著相关。

可见,溶解氧高低无法直接作为判断水体是否被污染的指标,需要结合其他指标综合判断。

比例偏小时发现水体中溶解氧也出现下降的趋势。

五日生化需氧量占化学需氧量比例低于10.0%的情况基本处于11月—次年3月,也属于河流的枯水期,同时该季节水温较低,溶解氧相对较高,故水中可生化部分减小,符合常理。

3.6.6高锰酸盐指数和化学需氧量的关系分析
计算4个断面高锰酸盐指数占化学需氧量的比例,该比例范围基本比较稳定,平均值分别为15.1%、21.0%、15.4%和20.6%。

相比之下,水质断面类别较好,则该比例较低。

比值较大的情况均出现在枯水期和丰水期。

枯水期出现水质恶化,可能和地表径流量较小,污染物浓度无法充分稀释有关。

而丰水期出现恶化,一般集中降水比较集中的时期,降雨将河岸周边污染物冲刷进入水体,或者水体底层沉积的可能的污染物浮于水体表层所致。

4问题及建议
综合甘肃省采测分离以来泾河流域监测结果
来看,泾河流域主要污染来源受径流量大小影响较为明显。

同时,该流域水质含沙量较大,对一些易受颗粒物影响的监测指标影响较大,对采样的要求较高,如何采集到具有代表性的样品,能够代表该流域真实的水质质量是今后应该注意的问题。

同时,总氮虽然不作为评价指标,但是城镇污水处理厂污染物排放标准如何和地表水环境质量标准进行很好的衔接和过渡,应该是今后标准修订过程中应该考虑的问题。

持续改善环境质量依然是“十四五”期间和深入打好污染防治攻坚战的重要任务。

泾河流域作为黄河的二级支流,其水质的改善在黄河流域环境质量保护方面也发挥着重要的作用,未来随着流域沿岸典型的排污企业污水处理设施提标改造的完成,农村地区农业面源污染和农村污水收集处理设施可能是该流域污染物的主要贡献。

虽然各监测指标年均浓度能够达标,但是综合来看,该流域水质依然有一定的改善空间,比如当前的监测结果中,氨氮占总氮的比例依然偏高,五日生化需氧量占到化学需氧量的比例、高锰酸盐指数占到化学需氧量的比例也都较高,说明水质仍然有恶化的趋势。

有些情况下,水质达标依然要依靠足够的径流量来维持,从根本上调查并严控泾河流域的污染物来源,才是改善该地区环境质量的解决之道。

参考文献:
[1]付素静,贾冰,张金.马莲河地表水化学特征及污染状况
分析[J ].人民黄河,2011,33(4):54-55.
[2]赵治文.泾河流域水资源质量调查评价[J].甘肃水利水
电技术,2008,44(2):107-108.
[3]国家环境保护总局.地表水环境质量标准:G B 3838—2002
[S].北京:中国环境科学出版社,2002.
[4]环境保护部办公厅.地表水环境质量评价办法[Z].环办〔2011〕22号,2011,3.
[5]国家环境保护总局.城镇污水处理厂污染物排放标准:
G B 18918—2002[S].北京:中国环境科学出版社,2003.[6]李超英.泾河支流马莲河洪水分析[J ].甘肃农业,2014,16:
43-46.
[7]Fuge R .Fl uor i ne i n t he envi r onm ent ,a r evi ew of i t s
sour ces and geochem i s t r y[J].A ppl i ed G eochem i s t r y,2018,100:393-406.吕睿等:采测分离期间甘肃省泾河流域典型断面水质情况分析53。