17应力集中磁扫描技术及东黄输油管线腐蚀检测(林守江).pdf
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1、 - 101 - 应力集中磁扫描技术及东黄输油管线腐蚀检测中的 成功实践 林守江 1黄金钊2 (1 天津市嘉信技术工程公司 2 上海和达化工石油工程技术有限公司) 摘要:全新的应力集中磁扫描技术(SCT)在埋地钢质管道非开挖条件下实现管体腐蚀定量检测方面具有不 可替代的优势。高灵敏传感器阵列的检测仪和应力诊断软件,通过对铁磁性材料的磁记忆效应来检测评判管 体上缺陷的应力级别,提供了在不接触管道的条件下,检测和诊断钢制管道安全性的技术手段。SCT 技术的优 越性在于对那些不可内检测的管道进行管体缺陷检测,以及对可内检的管道进行验证性的补充检测。通过该 技术在529mmX8 中石化东黄线上的成功应
2、用, 检测出多处管体内外腐蚀点, 已被证明比绝大多数传统的腐蚀 检测技术具有更强的适用性和检测能力。 关键词:应力集中 磁记忆 SCT 管体检测 1 SCT 的技术原理 SCT(Stress Concentration Tomography)应力集中磁扫描技术是一种无需与被检测的管 道进行直接接触,不给管道施加任何激励信号,便能够在管道上方地面检测出管体腐蚀损伤, 评估管道安全级别的创新检测方法。 检测人员手持便携式检测仪沿管道路由行走, 对管道因制 造、建设、运营过程中形成的缺陷、腐蚀损伤而导致的应力集中进行磁扫描,采集铁磁性材料 上磁场变化的数据曲线,经腐蚀应力诊断软件的数据处理系统确定出
3、管体上各种类型的缺陷。 因非接触管道或侵入管道内部,在整个检测的实施过程中无需中断管道的正常运行。 SCT 技术的检测原理是:地球是一个巨大的磁体,地表上到处都分布着可以探测和计量的 磁力场。 由于铁磁性材料的磁弹性作用, 使得处在地磁场中的铁磁性材料制成的管道周围同时 存在着与管体的应力分布相关联的磁场分布。 由物理学的维拉里 (Villari effect) 效应可知, 管体上存在的冶金、机械或介质腐蚀导致的缺陷,都会引起该区域内管体应力的变化,进而导 致管道附近和周边区域内磁力场发生变化, 从而引起管线上方的磁力剖面发生可以探测和测量 的变化。这种现象被称之为磁力异常,它是通过高灵敏的磁
4、 力仪检测阵列在地面上方进行探测和记录。 此外,管道在运行压力负荷的作用下,铁磁性的工作板 材无论何时发生应力集中还是塑性变形, 都会导致相应区域 内管材发生不可逆转的磁性变化。 这些区域内的磁场都会被 重新排列,其方向也被相应地改变了。管道上方的磁场不会 因为管道负荷的消减而消失(称之为“磁记忆”效应),而 该磁场的强度取决于管道内的最大工作负荷 1。 更详尽的阐述是:由于应力的作用改变磁力线方向 180 度,在 应力峰值点的上方,磁力场的切线(与管道轴向垂直)方向的磁力线为最大,则在与管道轴向 SCT 检测原理图 - 102 - 方向上磁力线强度会变为零。 当由于腐蚀开裂、 金属疲劳损伤以
5、及高温塑性变形损伤等原因导 致的应力,都能够由此追溯到这样的磁力改变区域。应用 SCT 检测系统,将检测数据上传到计 算机,使用应力诊断数据处理软件进行分析。专用的应力诊断软件是由复杂的运算程序组成, 通过对缺陷周边区域上的应力值的相应改变进行分析和计算, 能够检测并定量地评估出所有冶 金缺陷、腐蚀或各种形式的地壳运动引起的扭曲、下陷和应力变化造成的危害,评价出每个缺 陷的危险等级,计算出管道管体所能承受的运行压力和管道的安全运行寿命。 应力集中磁扫描检测技术的开发和设备的逐步完善, 已经彻底地改变了对那些无法内检的 管道,也不能在地面上进行全方位管体腐蚀损伤检测的现状。SCT 技术可检测的管
6、线包括:复 杂网路结构的燃气配送管网系统、 机场航站区域内的航油管线, 以及如炼油厂内无法进行内检 的储罐间复杂连接管网。对检测出的全部缺陷可以用亚米级 GPS 坐标以及在管道周向上 12 点 钟的位置标定出来。对于因管道内壁、外壁上的金属蚀失都能够进行检测。而所有这些探测工 作均可以在不中断管道的运行条件下进行。检测过程中,无最大、最小介质压力的要求,也不 需要特别的设施或管道准备。比起传统的检测方法,这项技术具有更高的检测精度、更低的检 测费用,还可以在管线上任意管段内进行检测。 2 SCT检测的评价结果 SCT 技术是基于缺陷区域内局部应力的相应变化,根据磁-机械效应的机理来评价管道的
7、危险等级的,而不是仅仅针对管体上缺陷的几何尺寸进行评估。也就是,对管道的失效危险等 级的评估既要基于管道的几何参数,又要取决于管道缺陷区域上局部机械应力的水平。 在不出现失效事故前提下管道运行参数的确定, 是在考虑了管道运行期间的条件以及金属 结构的变化模式等因素下进行的。这些相关计算是在缺陷危险等级(F)的整体指数的基础上 进行的。而等级指数 F 将管道上方地面的磁场异常的持续长度,磁场强度的分布形状和向量、 大小等因素都考虑在内。针对管道上金属管体缺陷的危险等级指数(F)的确定,是应用下列 公式计算管道的安全运行压力数值 4: 对于第一类危险的管段: Psafe = 0.9Poperati
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