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1、无损检测技术,1.定义 通俗的定义：无损检测指在不损坏试件的前提下，对试件进行检查和测试的方法。亦称非破坏性检验。现代无损检测的定义：在不破坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助现代的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。,第一部分 无损检测基本概论,方法射线照相法（RT）X射线的发现（1895年伦琴射线）超声波检测（UT）二次大战中迅速发展的声纳技术和雷达技术的基础上开发磁粉检测（MT）电磁学基础渗透检测（PT）物理化学的进展涡流检测（ET）电磁学（电磁感应）,第一部分 无损检测基本概论,四大常规无损探伤方法：射线检测（Radiography Test
2、ing）简称RT超声波检测（Ultrasonic Testing）简称UT(频率大于20000赫兹的声波)磁粉检测（Magnetig Testing）简称MT渗透检测（Penetrant Testing）简称PT,第一部分 无损检测基本概论,2无损检测的目的,第一部分 无损检测基本概论,2无损检测的目的1）保证产品质量借助仪器和器材，可以发现目视检查无法发现的内外部宏观缺陷。无损检测不需破坏试件就能完成检测过程，可以对产品进行100%检验和逐件检验，为产品质量提供有效保证。,第一部分 无损检测基本概论,2）保障使用安全可以对在用设备和部件进行定期检验，保障使用安全。,第一部分 无损检测基本概论
3、,3）改进制造工艺 在产品工艺试验中，对工艺试样进行无损检验，并根据检测结果改进制造工艺，确定理想的制造工艺。,第一部分 无损检测基本概论,4）降低生产成本在产品制造过程中的适当环节正确地进行无损检测，防止以后的工序浪费，减少返工，降低废品率，从而降低制造成本。,第一部分 无损检测基本概论,3无损检测的应用特点,第一部分 无损检测基本概论,3无损检测的应用特点1）要与破坏性检测相结合由于无损检测具有的局限性，不是所有的需要测试的项目和性能都能进行无损检测，这种局限性可能来自方法本身，也可能来自被测试对象的形状、位置等客观条件的不允许，所以某些试验只能采用破坏性检验。,第一部分 无损检测基本概论
4、,2）正确选用无损检测的时机 必须根据无损检测的目的,正确选择无损检测的时机,从而顺利地完成检测预定目的,正确评价产品质量。,3）正确选用合理的无损检测方法每种无损检测方法均具有局限性，不能适用于所有工件和缺陷。为了提高检测结果的可靠性，必须根据被检件的特点（材料、结构、形状、尺寸，预计可能产生的缺陷种类、形状、所处部位、取向）选择适宜的检测方法。所谓适宜，即不是片面的追求最高的检测灵敏度，而是在保证充分安全性的同时兼顾产品的经济性，这样选择的检测方法才是正确、合理的。,4）综合应用各种无损检测方法每种无损检测方法均有其自身的优缺点，不能适用于所有工件和缺陷。因此，在对某试件确定无损检测方案时
5、，只要可能，应尽量采用多种无损检测方法，以保证方法间的互补，从而取得更多的产品和缺陷信息除应用无损检测方法获得产品信息外，还应充分利用其它有关产品的材料、焊接、加工工艺及产品结构等多方面的信息，综合判断。这点对于大型和重要工件的无损检验尤为重要,第二部分 管道内外检测技术,1.管道腐蚀原因及危害2.管道检测规范3.检测方法及评价4.管道泄漏定位技术,1.管道腐蚀原因及危害,1.1 引言 管道运输是国际货物五大运输方式之一，是随着石油生产的发展而产生的一种特殊运输方式，具有连续作业，不受气候和地面其它因素限制、运送量大以及成本低等优点。伴随石油产业以及天然气的消费速度的增长，不断促进着管道运输行
6、业的发展。,1.管道腐蚀原因及危害,到2009年，我国已经建成的成品石油管道长度为1.4万公里，1.7万公里的原油管道，并且建成天然气管道达3.1万公里。油气管道由2001年的4万公里长度增加到了6万公里，增长了50%左右。中国已经形成的跨区域的油气管道网络供应布局。中国石油企业“走出去”的战略的实施，使得在海外的油气产量以及合作区域不断的在增加，海外的油田与合作区域的外输原油管道也在进行快速的发展.,1.管道腐蚀原因及危害,“十一五”期间，我国加快推进油气管网布局，日前覆盖全国的油气骨干管网已初步建成。全长1631公里的中缅原油管道和全长1272公里的中缅天然气管道在2010年已全面开工建设
7、，各项工作有序推进。将俄罗斯的原油输送至我国境内的中俄原油管道2011年1月1日正式投入商业运营，标志着我国东北方向的原油进口战略要道正式贯通。到2020年，中国长距离油气管道的建设里程将至少达到10万-15万公里,为保障管道运输业的健康有序发展，中华人民共和国石油天然气管道保护法于2010年10月1日起正式实施。,1.管道腐蚀原因及危害,随着管道业的快速发展，在带给人们方便的同时，也给我们带来了多种多样的问题，典型的是原油泄漏事故，不仅给国家带来了巨大的经济损失，同时给环境带来了巨大的污染。引起管线泄漏的原因很多，管线的长时间服役，原油对管道材料长时间的腐蚀容易造成泄漏事故的发生,当然大多数
8、泄漏事故是由于人为因素造成的。,1.管道腐蚀原因及危害,据相关文献统计，从1978年到1994年在我国的各大油田发生的比较大的泄漏事故就有一百多起，其中有5次泄漏量都高达3350吨。胜利油田在1999年下半年的一个月内就发现意外泄漏点十多处，损失了几千吨的原油，经济损失高达几百万元。2010年7月16日，中国东北部港口城市大连两条输油管道发生泄漏爆炸，产生冲天大火，大火持续了将近15个小时导致很多建筑被毁。这次管道事故导致数千加仑的原油泄漏，这些泄漏的原油污染了附近地区以及黄海海面，这次泄漏数量估计400,000加仑，污染面积达到了430平方公里。,1.管道腐蚀原因及危害,目前为止，我国胜利、
9、大庆、中原、华北、辽河、大港等油田的很多管线都已经超过或达到设计年限了，特别是一些老的输油管线经常发生泄漏事故，当然这类事故一般都是由于原油常年累月的腐蚀管道造成的，其实更多的泄漏事故是由一些违法分子夜间打孔盗油造成的，不法分子在盗完原油以后重新将阀门关上，对现场进行处理，通过人工巡视很难发现盗油的地方。,1.管道腐蚀原因及危害,为了预防泄漏事故的发生，减少国家经济损失、保护环境和对不法分子给与严厉的打击，国家制定了一些法律，但仅此是远远不够的，通过科学技术手段开发一套能够实时检测管道运行状况并能准确对泄漏点定位的系统才是当务之急，管道泄漏实时检测系统的开发在管道运输领域具有重要的现实意义。,
10、1.管道腐蚀原因及危害,1.2 金属腐蚀原理 金属的腐蚀是指金属在周围介质作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解作用而产生的破坏。1.3 金属腐蚀的分类1.3.1 根据金属被破坏的基本特征分类 根据金属被破坏的基本特征可把腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类：,1.管道腐蚀原因及危害,（1）全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属表面上，可以是均匀的，也可以是不均匀的。如碳钢在强酸中发生的腐蚀即属此例。均匀腐蚀的危险性相对较小，因为若知道了腐蚀的速度，即可推知材料的使用寿命，并在设计时将此因素考虑在内。（2）局部腐蚀：腐蚀主要集中在金属表面某一区域，而表面的其他部分几乎未被破坏。例如点蚀、孔蚀、垢下腐蚀等
11、。垢下腐蚀形成的垢下沟槽、块状的腐蚀，个易被发现，往往是在清垢后或腐蚀穿孔后才知道。局部腐蚀的危害性极大，管线、容器在使用较短的时间内造成腐蚀穿孔，致使原油泄漏，影响油田正常生产。,1.管道腐蚀原因及危害,1.3.2 根据腐蚀过程的特点分类 按照腐蚀过程的特点分类，金属的腐蚀也可按化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀3 种机理分类。（1）金属的化学腐蚀：金属的化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。但单纯化学腐蚀的例子是很少见的。,1.管道腐蚀原因及危害,很多金属与空气中的氧作用，在金属表面形成一层氧
12、化物薄膜。表面膜的性质（如完整性、可塑性、与金属的附着力等）对于化学腐蚀速率有直接影响。以金属在空气中被氧化为例，只有当生成的氧化物膜把金属表面全部遮盖，即氧化物的体积大于所消耗的金属的体积时，才能保护金属不至于进一步被氧化。否则，氧化膜就不能够盖没整个金属表面，就会成为多孔疏松的膜。,1.管道腐蚀原因及危害,（2）金属的电化学腐蚀：金属与电解质溶液作用所发生的腐蚀，是由于金属表面发生原电池作用而引起的，这一类腐蚀叫做电化学腐蚀。采油工程中的腐蚀过程通常是电化学腐蚀。,1.管道腐蚀原因及危害,1.4 金属腐蚀速度的表示方法 金属遭受腐蚀后其质量、厚度、机械性能、组织结构、电极过程都会发生变化，
13、这些物理性能和力学性能的变化率可用来表示金属腐蚀的程度。在均匀腐蚀的情况下通常采用质量指标、深度指标和电流指标来表示。,1.管道腐蚀原因及危害,1.4.1 质量指标 这种指标就是把金属因腐蚀而发生的质量变化，换算成相当于单位金属表面积于单位时间内的质量变化的数值。所谓质量的变化，在失重时是指腐蚀前的质量与消除了腐蚀产物后的质量之间的差值；在增重时系指腐蚀后带有腐蚀产物时的质量与腐蚀前的质量之差，可根据腐蚀产物容易去除或完全牢固地附着在试件表面的情况来选取失重或增重表示法.,1.管道腐蚀原因及危害,1.4.2 金属腐蚀速度的深度指标 此指标表示单位时间内金属的厚度因腐蚀而减少的量。在衡量不同密度
14、的各种金属的腐蚀程度时，这个指标很方便，与质量指标间有以下换算关系：vLv8.76 式中vL腐蚀的深度指标，mma；被腐蚀金属的密度，gcm3。除上述单位以外，在不少文献中也经常用mdd 即mg（dm2d），ipy（ina），mpy（mila）等作为质量指标和深度指标的单位，之间可以相互换算。根据金属年腐蚀深度的不同，管道及储罐的介质腐蚀性评价标准及大气腐蚀性评价按SYT008795 进行。,1.管道腐蚀原因及危害,1.4.3 金属腐蚀速度的电流指标 此指标是以金属电化学腐蚀过程的阳极电流密度的大小来衡量金属的电化学腐蚀速度。可通过法拉第定律把电流指标和质量指标联系起来，两者关系为：Ia=vn
15、26.810-4/A 式中Ia:腐蚀的阳极电流密度，A/cm2；v:金属腐蚀的速度，g/(m2h)；n:阳极反应中化合价的变化值；A:参加阳极反应的金属的原子质量,g。,1.管道腐蚀原因及危害,1.5 油气田腐蚀环境 金属腐蚀是金属与周围环境的作用而引起的破坏。影响金属腐蚀行为的因素很多，它既与金属自身的因素有关，又与腐蚀环境相连。了解这些因素，可以帮助我们去解决油气田生产中的腐蚀问题，弄清影响腐蚀的主要因素，从而采取有效的防腐措施，做好油气田防腐工作。,1.管道腐蚀原因及危害,1.5.1 金属材料的影响(1)金属的化学稳定性(2)金属成分的影响(3)金属表面状态的影响(4)金相组织与热处理的
16、影响(5)变形及应力的影响,1.管道腐蚀原因及危害,1.5.2 油田水腐蚀 水是石油的天然伴生物。水对金属设备和管道会产生腐蚀。尤其是含有大量杂质的油田水对金属会产生严重的腐蚀。油田水中的溶解盐类对金属腐蚀有很大影响，其中最主要的是氯化物。另一类最常见的引起金属腐蚀的物质是水中溶解的氧气、二氧化碳、硫化氢等气体。,1.管道腐蚀原因及危害,采油工程中的腐蚀特点及对策油气田是使用钢材的大户。在采油工程中，从井筒到地面油气集输、原油加工、污水处理，都需要钢铁。因此油气田的腐蚀存在于各个生产环节。油井的腐蚀 油田开发初期，含水率较低，油井的腐蚀并不严重，随着含水的升高，油井井下采油工具、下井管柱的腐蚀
17、日益严重。,1.管道腐蚀原因及危害,（1）CO2腐蚀：CO2的腐蚀又称为无硫腐蚀，其腐蚀特征是深坑和环状腐蚀。国内外油田腐蚀绝大多数属于此种类型.（2）H2S 腐蚀：H2S 腐蚀特点：硫化氢离解产物对腐蚀都有促进作用。不同条件下生成的腐蚀产物性质不同。如低温下形成的FexSy促进腐蚀，温度较高时形成的FeS 则抑制腐蚀。,1.管道腐蚀原因及危害,H2S 除能引起局部腐蚀外，还容易引起氢脆和应力腐蚀，材料在很短时间内可发生断裂。决定H2S 腐蚀的因素是H2S 分压。目前比较公认的结论是H2S 分压超过1104MPa 时，材料对氢脆和应力腐蚀有敏感性。,1.管道腐蚀原因及危害,（3）防腐措施：油井
18、环形空间投加缓蚀剂，利用缓蚀剂的自重以及扩散方式到达井底后随产出液返出，缓蚀剂所经过的地方都将吸附上一层缓蚀剂膜，从而抑制了井下设备的腐蚀。推广使用陶瓷阀球、阀座。使用玻璃钢抽油杆。在含硫油气田，尽量使用低强度油套管和抽油杆。,1.管道腐蚀原因及危害,集输管线的腐蚀 集输管线是将油井产出液（油、气、水）输送到联合站的管线，集输管线的腐蚀与油井含水率、出砂、产出水的性质、流速等有密切关系。存在着以下腐蚀规律：（1）使用周期短，穿孔频繁的管线多发生在管线设计规格过大，液量小，含水高，输送距离远的情况下。含水超过70，流速低于0.20.3m/s 时腐蚀更为严重。,1.管道腐蚀原因及危害,（2）集输管
19、线的腐蚀多发生在管线底部。剖开管子后发现管线底部存在着连续或间断的深浅不一的腐蚀坑。这些蚀坑上面有的覆盖有腐蚀产物及垢，有的呈现金属基体光亮颜色，腐蚀形态为坑蚀或沟槽状。（3）若管线内防腐不好或根本未进行内防腐的管线比采取内防的管线腐蚀要严重得多。,1.管道腐蚀原因及危害,（4）油井出砂量大的区块腐蚀更为明显。在流速低的情况下，砂在重力情况下沉积于管线的底部。随着油气压力时大时小、时快时慢的脉动，采出液不停地冲刷管线的底部，形成冲刷腐蚀，从而加剧了管线的腐蚀穿孔。（5）管线的材质对腐蚀的影响也很大。无缝钢管一般比螺纹钢管抗腐蚀，其原因是有的螺纹钢管含有超标的非金属夹杂物，如MnS,Ca,Si,
20、Mn,S 等。,1.管道腐蚀原因及危害,（6）管线穿孔多发生在管线中下游，这是因为中下游层流趋势更明显。（7）集输过程中掺入清水后，腐蚀更加严重。,1.管道腐蚀原因及危害,集输管线防腐措施：（1）搞好管线设计：在回压允许情况下，尽量避免过大的管径，使流体在管线中保持合理的流速，使流态达到紊流状态。油井出砂没机会在管线内沉积，从而避免了SRB 腐蚀。（2）新上管线应采取内防腐措施，如水泥砂浆、环氧涂料等，而且应保证施工质量。,1.管道腐蚀原因及危害,（3）对已建成的管线，从端点投加杀菌缓蚀剂，加药浓度不低于30mgL，缓蚀率可达到60以上。（4）施工前对管材进行综合化验，确保使用合格钢材。（5）
21、在含砂区块，可采取加挡砂板等措施。（6）推广使用玻璃钢等非金属管材。,1.管道腐蚀原因及危害,联合站内设备的腐蚀 联合站是进行油、气、水三相分离、处理的场所，站内腐蚀严重的地方主要是水系统。油系统的腐蚀也主要是存在水相的部位，如三相分离器底部焊缝附近，放水管线，油罐的底部、顶部，加热盘管等。下面分别介绍站内几种主要设备的腐蚀原因。,1.管道腐蚀原因及危害,（1）三相分离器：三相分离器的腐蚀穿孔往往发生在焊缝及其附近、原因有以下两点:焊条材质选择或使用不当时，尤其是焊条耐蚀性比钢板基体差时。焊缝区域成为阳极，基体成为阴极，由于焊缝区相对面积小，这样就构成了大阴极小阳极的腐蚀电池，焊缝区的腐蚀速度
22、同未形成此种腐蚀电池时相比，可增加几十倍甚至上百倍，焊缝可很快溶解穿孔。,1.管道腐蚀原因及危害,焊接后，焊缝附近为热影响区，金相组织不均匀，表现为树技状组织、珠光体含量高，因此电化学行为活泼，易遭受腐蚀。（2）高含水油罐：高含水油罐内有油、气、水三相.（3）污水处理设备：污水站处理设备的腐蚀与不同工艺流程有关。,1.管道腐蚀原因及危害,防腐措施：站内管网采用玻璃钢等非金属管材。坚持密闭隔氧技术。坚持加药杀菌缓蚀技术。严格清污分注，减少垢的形成。使用耐高温氧化合金制造加热盘管。缩短流程，减少污水在站内停留时间。储罐采用涂料和牺牲阳极联合保护。,1.管道腐蚀原因及危害,注水系统的腐蚀 注水开发是
23、保持地层压力和油田稳定的重要措施。国内大多数油田都普遍采用了注水开发工艺。各个油田的实际情况表明，注水系统的腐蚀与注入水水质密切相地。有些油田因水体腐蚀性强，注水管线、注水井油套管和回水管线腐蚀严重，影响了注水工作正常进行。,1.管道腐蚀原因及危害,（1）注水管线的腐蚀：注水管线的腐蚀穿孔多发生在焊缝及其附近，结垢的管线也发现本体穿孔。焊缝处穿孔往往与焊接工艺有关。现场焊接因施工条件限制，焊缝易存在缺陷，如未焊透、塌陷、气孔等。（2）注水井油套管的腐蚀：油套管的腐蚀主要是局部腐蚀穿孔。套管以内腐蚀为主，油管内外腐蚀都有。,1.管道腐蚀原因及危害,腐蚀严重井段在1000m 以上，1000m 以下
24、腐蚀明显减轻。油套管螺纹腐蚀占很大比例。套管腐蚀穿孔有方向性，并且存在着机械擦伤现象。,2.管道检测规范,2.1 在线检验 在线检验是在运行条件下对在用工业管道进行的检验，在线检验每年至少一次。在线检验一般以宏观检查和安全保护装置检验为主，必要时进行测厚检查和电阻值测量。管道的下述部位一般为重点检查部位：(一)压缩机、泵的出口部位；(二)补偿器、三通、弯头(弯管)、大小头、支管连接及介质流动的死角等部位；,2.管道检测规范,(三)支吊架损坏部位附近的管道组成件以及焊接接头；(四)曾经出现过影响管道安全运行的问题的部位；(五)处于生产流程要害部位的管段以及与重要装置或设备相连接的管段；(六)工作
25、条件苛刻及承受交变载荷的管段。,2.管道检测规范,2.2 在线检验的一般程序 2.2.1 检验前准备 在线检验开始前，使用单位应准备好与检验有关的管道平面布置图、管道工艺流程图、单线图、历次在线检验及全面检验报告、运行参数等技术资料，检验人员应在了解这些资料的基础上对管道运行记录、开停车记录、管道隐患监护措施实施情况记录、管道改造施工记录、检修报告、管道故障处理记录等进行检查，并根据实际情况制定检验方案。,2.管道检测规范,2.2.2 现场宏观检查与其他检查（一）泄露检查主要检查管子及其他组成件泄漏情况。（二）绝热层、防腐层检查主要检查管道绝热层有无破损、脱落、跑冷等情况；防腐层是否完好。（三
26、）振动检查主要检查管道有无异常振动情况。,2.管道检测规范,（四）位置与变形检查管道位置是否符合安全技术规范和现行国家标准的要求；管道与管道、管道与相邻设备之间有无相互碰撞及摩擦情况；管道是否存在挠曲、下沉以及异常变形等。(五)支吊架检查支吊架是否脱落、变形、腐蚀损坏或焊接接头开裂；支架与管道接触处有无积水现象；,2.管道检测规范,恒力弹簧支吊架转体位移指示是否越限；变力弹簧支吊架是否异常变形、偏斜或失载；刚性支吊架状态是否异常；吊杆及连接配件是否损坏或异常；转导向支架间隙是否合适，有无卡涩现象；阻尼器、减振器位移是否异常，液压阻尼器液位是否正常；承载结构与支撑辅助钢结构是否明显变形，主要受力
27、焊接接头是否有宏观裂纹。,2.管道检测规范,(六)阀门检查阀门表面是否存在腐蚀现象；阀体表面是否有裂纹、严重缩孔等缺陷；阀门连接螺栓是否松动；阀门操作是否灵活。,2.管道检测规范,（七）法兰检查法兰是否偏口，紧固件是否齐全并符合要求,有无松动和腐蚀现象；法兰面是否发生异常翘曲、变形。（八）膨胀节检查波纹管膨胀节表面有无划痕、凹痕、腐蚀穿孔、开裂等现象；波纹管波间距是否正常、有无失稳现象；铰链型膨胀节的铰链、销轴有无变形、脱落等损坏现象；,2.管道检测规范,拉杆式膨胀节的拉杆、螺栓、连接支座有无异常现象。(九)阴极保护装置检查 对有阴极保护装置的管道应检查其保护装置是否完好。(十)蠕胀测点检查对
28、有蠕胀测点的管道应检查其蠕胀测点是否完好。(十一)管道标识检查 检查管道标识是否符合现行国家标准的规定。(十二)检验员认为有必要的其他检查。,2.管道检测规范,2.3 检验报告及问题处理2.3.1 在线检验的现场检验工作结束后，检验人员应根据检验情况，按照附件二在用工业管道在线检验报告书的规定，认真、准确填写在线检验报告。检验结论分为：可以使用、监控使用、停止使用。在线检验报告由使用单位存挡，以便备查。,2.管道检测规范,2.3.2 在线检验发现管道存在异常情况和问题时，使用单位应认真分析原因，及时采取整改措施。重大安全隐患应报省级质量技术监督部门安全监察机构或经授权的地(市)级质量技术监督部
29、门安全监察机构备案。,3.检测方法及评价,当前国际上通行的,对运行中的管道检测和评定技术大致可分为三个方面,即:(1)管道壁厚及其内部状态的检测技术;(2)管道壁厚或流体污物含量监测技术;(3)泄漏检测技术。,3.检测方法及评价,3.1 内部检测法 将管内检测器从一端放入管道，顺流而下，可连续检测几百公里的管道，不仅可以检测出泄漏的发生，而且可以观察管道的内部腐蚀和破损情况，目前国际上流行的大致有以下几种方法：漏磁通检测法超声波检测法涡流检测法照相检测法（仅用于透明流体）,3.检测方法及评价,3.2 漏磁通检测法,内部检测器,3.检测方法及评价,近几十年来,国际上管道检测应用最广的是漏磁通检测
30、法。检测的原理是:对管壁施加强的磁场,用以检测钢管的金属损耗。由局部金属损耗引起的磁场扰动所形成的漏磁,用对泄漏磁通敏感的传感器加以探测,原理如下图。,3.检测方法及评价,3.检测方法及评价,漏磁检测的基本原理为：铁磁材料在外加磁场的作用下被磁化，若材料中无缺陷，磁力线绝大部分通过铁磁性材料，此时在材料内部，磁力线分布均匀，在材料外部仅有少量的漏磁通；若铁磁材料表面或近表面存在裂纹等缺陷，由于材料中缺陷处的磁导率远比材料本身小，缺陷处磁阻增大，从而使通过该区域的磁场发生畸变，磁力线发生弯曲，一部分磁力线泄漏出材料表面，就会在缺陷部位形成泄漏磁场。采用磁敏元件对缺陷处漏磁场进行检测，将漏磁场转换
31、成电信号并进行处理，就可以得到缺陷的位置和大小等相关信息。,3.检测方法及评价,磁漏检测法灵敏度高、技术成熟,但体积大、对裂纹敏感性差、空间分辨率低、测值受扰动影响大。,3.检测方法及评价,3.3 超声波检测法 超声波是超声振动在介质中的传播，它的实质是以波动形式在弹性介质中传播的机械振动,其频率高于20kHz。超声波在介质中传播时，其能量随着传播路程的增加而逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。原因主要有三种:扩散、散射和吸收。,3.检测方法及评价,扩散衰减 平面波阵面不变没有声扩散，因此不存在扩散衰减。柱面波和球面波为曲面，波束向周围扩散时，声压幅度不断减小。如球面波的声压与距离成反比。超声平面
32、探头发射的超声波都属活塞波，在近声源区近似为平面波，而远离声源后便可视为球面波，由于扩散，声压不断小。,3.检测方法及评价,散射衰减 材料不可能是绝对均匀的，其中的杂质，第二相和晶粒等声阻抗不均匀的因素，都会使超声波在其界面处产生散射，而使主波束幅度衰减。吸收衰减 由于介质的粘滞性而产生质点间的内部摩擦，从而使超声波部分能量变为热能引起的衰减现象称为吸收衰减。,3.检测方法及评价,3.检测方法及评价,3.检测方法及评价,20个超声探头在同步电路的触发下向被测管壁发射超声波，之后可接收到超声波的回波信号。此信号经处理单元的简单加工后，传输给单片机1;同时，里程轮和编码器测得的定位信号以及外标志定
33、位仪测得的校正信号传输给单片机2。然后，这两个单片机分别通过各自的接口(USB口、并口)把采集的数据传入嵌入式计算机系统内，并采用统一的编码格式进行存储。检测任务完成后，就可利用离线的数据处理成像系统对存储的数据进行处理，完成管壁厚度的确定。,3.检测方法及评价,由于输油管道大都铺设于地下或海底,对在役输油管道进行检测,一般将超声探头置于被检管道的内部。当超声探头对管壁发出一个超声脉冲后,探头首先接收到由管壁的内表面反射回的脉冲,该脉冲与基准脉冲之间的间距是很容易测量的。然后,超声探头又会接收到由管壁的外表面反射回的脉冲,这个脉冲与内表面产生的脉冲之间的间距反映了管壁的厚度。超声探头沿管道的圆
34、周方向进行旋转,不断地向管壁发射脉冲,管道径向的缺陷将被检测到。随着超声检测探头沿管道轴向前移,就完成了对整段管道的检测。,3.检测方法及评价,3.检测方法及评价,超声检测爬机适合对大管径、厚管壁的管道进行检测,它的检测精度很高,检测数据简单且不需对检测数据进行校核,这就大大提高了爬机的检测效率。然而,超声检测对检测介质敏感,当管壁缺陷处的腊质层过厚,将影响超声检测爬机对该处的检测,超声检测爬机对超声探头的方向及至管壁的距离要求很高,它的扫描带受超声探头的限制,处理不当易产生漏检。,3.检测方法及评价,3.4 涡流检测 涡流检测（简称ECT）是以法拉第电磁感应定律为基础的一种无损检测方法。当一
35、块导体置于变化的磁场中或相对于磁场运动时,导体内部就会产生犹如水中漩涡式的感应电流,称之为涡流。目前，涡流检测主要包括常规涡流、远场涡流、多频涡流和脉冲涡流等检测方法。而涡流检测方法具有的传感器结构简单、无需耦合介质，灵敏度高、测量范围大、易于数字化处理等优点使其广泛应用于航空航天、冶金、机械、电力、化工、核能等领域。,3.检测方法及评价,传统涡流检测主要包括常规涡流、远场涡流和多频涡流检测方法，这些检测方法都以法拉第电磁感应定律为基础建立和发展起来的，可以应用于现代工业的各个领域，用范围比较广泛。但在应用的过程中，传统的涡流检测技术不仅表现出了自己的优势，且还表现出了一些不足，影响了结果的判
36、断。,3.检测方法及评价,(1)常规涡流检测技术 常规涡流检测技术主要采用单一频率正弦信号作为激励源。当激励探头接近试件表面时，试件表面会产生感应涡流。而涡流生成的次生磁场会与探头的原生磁场相互作用，使得探头的阻抗发生了变化，对应的涡流阻抗图上的轨迹就表明了材料的特性。当试件的材料特性发生改变(如存在裂纹、腐蚀、镀层等)时，试件表面涡流的强度和分布也会发生变化，探头的阻抗也就发生了改变。因此，测量探头的电流值或者电压值，就可以得出试件信号的幅值和相位信息，从而分析试件特性的改变。,3.检测方法及评价,(2)远场涡流检测技术 远场涡流检测技术是一种能穿过金属管壁的低频涡流检测技术，是基于一种特殊
37、物理现象远场涡流效应的管道检测技术。其探头是内通过式探头，由两个与管轴同轴的螺线管线圈组成，其中一个是通低频交流电的激励线圈，另一个是检测线圈。与常规涡流检测探头不同的是，检测线圈是在远离激励线圈23倍管内径处，能有效的接收穿过管壁后返回管内的磁场，从而检测管壁缺陷与腐蚀。,3.检测方法及评价,(3)多频涡流检测技术 多频涡流检测技术采用几个频率同时工作，能有效地抑制多个干扰困素，一次性提取多个所需的信号(如缺陷信号和工件厚度情况等)。首先，将几个不同频率同时施加于探头线圈上，以此得到几个频率在同一条件下所反映的涡流场变化，然后把不同频率的检测信号进行矢量运算，以消除不需要的干扰，这样就可以有
38、效抑制干扰因素，实现多参数测量。,3.检测方法及评价,(4)脉冲涡流检测技术 脉冲涡流（简称PEC）检测技术是近些年发展起来的一种新的涡流检测方法，是为亚表面缺陷检测而专门设计和开发出来的，在现代无损检测技术的研究和发展中倍受关注。根据电磁感应定律，当激励线圈两端通有交变电流时，就会在邻近导体内感应出同频的涡流。传统涡流检测方法采用正弦电流作为激励，而脉冲涡流的激励电流为具有一定占空比的方波。传统的涡流检测对感应磁场进行稳态分析，通过测量感应电压的幅值和相位来确定缺陷的位置，而脉冲涡流却对感应磁场或感应电压进行时域的瞬态分析，以直接测量感应磁场或感应电压最大值来进行缺陷检测.,3.检测方法及评
39、价,脉冲涡流检测技术的特点：传统的涡流无损检测技术采用单一频率的正弦信号作为激励,通过对感应信号的幅值和相位等信息进行稳态分析,但是,通过这两个参数不足以实现完全的定量检测。脉冲涡流采用方波作为激励,提取时域瞬态感应信号的特征量来进行无损检测。根据傅立叶变换可以知道,方波可以分解为多个不同频率正弦谐波,因此采用脉冲作为激励信号,检测线圈中所得到的信息就不仅包含了被检测试件的表面、亚表面信息，而且还包含其深度信息，可以进一步对材质以及缺陷进行定量评价。,3.检测方法及评价,脉冲涡流检测技术的理论基础是法拉第电磁感应定律，当在变化的磁场中放置一块导体时，导体中就会产生感应电流。首先，将脉冲信号源产
40、生的具有一定占空比的电压方波加到激励线圈两端，激励线圈中就产生周期的宽带脉冲电流，然后激励电流会感生出一个快速衰减变化的脉冲磁场（源磁场B1），该变化的磁场又会在导体试件中感应出瞬时涡流(脉冲涡流)在导体试件内部传播。最后，试件内的涡流会感应出一个快速衰减的磁场(涡流磁场B2)，并且随着涡流磁场的衰减，检测线圈上会感应出随时间变化的电压，得到的感应电压信号就包含着重要的缺陷深度信息。,3.检测方法及评价,3.检测方法及评价,同时，如果导体试件中有缺陷存在，就会使感应磁场强度发生变化，势必对涡流分布产生影响，从而影响到磁场分布，最终使得检测线圈上的感应电压发生变化，所以通过测量感应电压信号，就可
41、以得到有关缺陷的尺寸、类型和结构参数等信息。,3.检测方法及评价,3.检测方法及评价,3.检测方法及评价,涡流检测法擅长裂纹和内壁探伤,采用远磁场技术可进行厚度测量。,3.检测方法及评价,3.5 电流检测法 电流检测法的原理：对被检工件表面通过一定值电流，通过测量工件不同部位的电位分布可获得被检工件的厚度、裂纹深度等信息。电流检测法可分为直流法和交流法两种。,3.检测方法及评价,3.6管道外检测方法 3.6.1 PCM（多频管中电流检测法）多频管中电流法采用等效电流原理评价防腐层绝缘电阻，又称被作电流衰减法。由发射机向管道发射某一频率的电流信号，此信号流经管道时，管道周围就会产生相应的磁场；如
42、果管道外防腐层完好无损，随着管道的延伸，电流较稳定，没有流失或较少流失，管道周围的磁场也较稳定；如果管道外防腐层损坏或老化，损坏处就会发生电流流失现象，随着管道的延伸，管道周围磁场强度就会逐渐减弱。,3.检测方法及评价,目前，PCM是一种国内外应用较成熟的检测方法，是非接触地面测量法，几乎不受地面环境影响，可快速地长间距探测整条管线的防腐层状况，也可缩短间距定位破损点。然而，其缺点是受外界电流的干扰较大，测量结果不直观，不能指出涂层剥离，还需预先明确管体的电阻、外电感、内电感以及防腐层的电容率等物理量。,3.检测方法及评价,3.6.2 标准管/地（P/S）电位测试法 这种技术就是用数字万用表与
43、硫酸铜(Cu/CuS04)参比电极来测量管道的自然电位和保护电位，根据埋地管道各点电位的不同，判断管道当前的腐蚀状况。常用的方法有地表参比法、近参比法和远参比法。,3.检测方法及评价,目前，地面测量管道保护电位的通用方法就是标准管/地电位测试法，其优点是无需开挖管道、现场取得数据容易、检测速度快(每天1050km)。一般情况，每隔1km左右设一个测试桩，所以这种方法只能总体评估这一管段的防腐层，不能详细地评价防腐层缺陷，不能确定防腐层的缺陷位置以及缺陷的分布情况。故此方法不适合用于无阴极保护或测试桩的管道。,3.检测方法及评价,3.6.3 变频选频法 这种方法是通过被测管路某一标桩给管体和大地
44、之间加载一定功率的交流信号，在另一标桩处检测同一频率的信号，同步改变发送和接收功率，当接收功率达到发射功率一半一下时，可以认为信号完全损耗，然后测量两标桩之间的物理量，如：管体长度、管体直径、管壁厚度等，得出两标桩之间管道包覆层的漏电阻。此法受地面环境影响较小，但是局限在于计算结果引入的人为因素多，误差大，以段为单位进行，得到的是段内平均漏电阻，不能具体指出的破损点方位。,3.检测方法及评价,3.6.4 CIPS(密间隔电位测试技术)CIPS的含义是短间距的管道对地的电位测量。此技术是提供管道对地电位与距离关系的详细情况的地面检测技术。过程中，串接一个断流器在阴极保护电源输出上，断流器以一定的
45、间隔时间断开或接通阴极保护电流。此法能自动采集数据样，指出缺陷程度。不足的地方是此法不能指示涂层的剥离，需步行整个管线进行检测，外界干扰电流会影响测量结果，由于电缆相连，使用范围受到限制。,3.检测方法及评价,3.6.5 DCVG（直流电压梯度测试技术）往管道上加直流信号时，在管道防腐层破损裸漏点和土壤之间会出现电压梯度。在破损裸漏点附近部位，电流密度将增大，电压梯度也随着增大。普遍情况下，裸漏面积与电压梯度成正。直流电压梯度检测技术就是基于上述原理的。在DCVG测量时，为了便于对信号的观察和解释，需要加一个断流器在阴极保护输出上。测量过程中，沿管线以2m间隔在管顶上方进行测量。,3.检测方法
46、及评价,此法能准确地测出防腐层的破损位置，判断缺陷的严重程度和估计缺陷大小，之后根据检测结果提供合理的维护和改造建议。测量操作简单，准确度高，在测量过程中不受外界干扰，几乎不受地形影响。缺点在于整个过程需沿线步行检测，不能指示管道阴极保护的效果和涂层剥离；环境因素会引起一定误差，如杂散电流、地表土壤的电阻率等。,3.检测方法及评价,3.5.6 Pearson检测法（皮尔逊检漏法）此法由发明人J.M.Pearson命名，也称电压差法或铁鞋法。对管道施加交边信号，此信号会通过管道防腐层的破损点处流失到土壤中，因此距离破损点越远，电流密度越小，一个交流电压梯度会在破损点的上方地表形成。检测过程中，两
47、位测试员相距36m，脚穿铁钉鞋或手握探针，将各探测的的电压信号发回接收装置，信号经滤波、放大，即能得到检测结果。,3.检测方法及评价,Pearson检测法是目前国内最常用的检测技术，有较成熟的使用经验，并且检测速度较快，能沿线检测防腐层破损点和金属物体。该法还能识别破损点大小，还能测到微小漏点，长输管道的检测与运行维护中有良好的使用反馈。不足之处在于，整个检测过程需步行，且不能指明出缺陷的损坏程度，对操作者的技能求高，在某些地面或接地困难。,3.检测方法及评价,3.5.7 SCM法（杂散电流测绘法）工作原理为：智能信号发送器发送独特的电流信号，用SCM智能感应器测量所选管道中流动的干扰电流，确
48、定干扰电流流入目标管道的流入点、方向和流出点。在找到破损点的管段，进行杂散电流测试。当采取了消除干扰的措施之后，此法可以用来检测消除干扰的设计是否成功，还可以用来测绘管道上的外加的阴极保护电流。,3.检测方法及评价,人工巡视法是由工作人员沿线巡查管道，查看管道附近的土壤有无裸露和异常情况(如油浸、变色等)。,4.管道泄漏定位技术,4.1 基于负压波的管道泄漏定位技术 在泄漏发生时，泄漏处立即产生因流体物质损失而引起局部流体密度减小出现的瞬时压力降低，这个瞬时的压力下降作用在流体介质上就作为减压波源通过管道和流体介质向泄漏点的上下游以声速传播。,4.管道泄漏定位技术,当以泄漏前的压力作为参考标准
49、时，泄漏时产生的减压波就称为负压波，其传播的速度在管道和输送的流体中并不相同，在天然气中大约为300m/s、在液体油中大约为1200m/s。设置在泄漏点两端或泵站的压力传感器检测负压波信号，根据检测负压波的梯度特征和压力变化率的时间差，利用信号相关处理方法就可确定泄漏位置。负压波检测法可迅速测突发性的大量泄漏，在快速诊断法中占有重要地位。,4.管道泄漏定位技术,4.管道泄漏定位技术,泄漏点位置为,式中，X为泄漏点距首端测压点的距离；L为管道全长；v为管输介质中负压波的传播速度；t为上、下游传感器接收到负压波的时间差。当管道处于正常运行状态时，泵站会经常执行开泵、停泵、调泵、切换阀门等操作。这些
50、操作都会引起负压波的出现，由于无法辨别出现负压波是由于管道泄漏引起还是由于管道的正常操作所致，因此，仅凭负压波法判断是否发生泄漏将会有很大的误差，误报率比较高。,4.管道泄漏定位技术,发生泄漏时首站流量和压力的变化曲线,4.管道泄漏定位技术,发生泄漏时末站流量和压力的变化曲线,4.管道泄漏定位技术,系统结构框图,4.管道泄漏定位技术,负压波法存在的问题：1）该方法通常都把负压波在管道介质中的传播速度作为定值来定位，在输气管道中一般认为是声波在介质中的传播速度，而实际中与介质的密度、压力、比热和管道的材料及传播介质的流速等均有关，并非常数。2）由于不可避免的工业现场的电磁干扰、泵的震动、工况变化
