高策 编译

中国石油大学（北京）管道技术与安全研究中心

栏目主持人董绍华教授：管道安全在生产运行过程中有着至关重要的作用，针对管道完整性管理检测环节，使用切向涡流阵列技术，对管道的疲劳裂纹和应力开裂腐蚀进行检测，该技术可实现实时提离监测和补偿，渗透率补偿以及长度和深度缺陷的大小量化，与此同时减轻人为因素造成的潜在错误的能力。

  

1 涡流阵列（ECA）简介

ECA由多个单独的线圈组成，并组合在一个探头中。线圈以特定顺序激励，以消除互感干扰（通道复用）。阵列可以制成柔性或任何几何形状，软件提供图形显示（2D和3DC扫描）。该技术具有如下优点：①缩短检查时间。②改进缺陷检测方法。③可以更直观解释检测结果。④实现检测数据全面存储。

2 技术发展背景

2.1 应用背景

碳钢材料已广泛应用于油气管道。管道因受伤害而容易开裂（疲劳和/或应力腐蚀），鉴于管道材料和缺陷类型复杂多样，任何检测方法针对裂纹特征都具有挑战性，如图 1所示。

2.2 缺陷特征

管道焊缝处的疲劳开裂，包括各种焊接配置（圆周，纵向，螺旋），发生在熔合区、焊缝和热影响区，类型比较复杂，如图 2所示。

                

管道应力腐蚀区域，呈现特殊类型的细、浅和分 枝开裂，常发生在涂层失效时，特别是无有效的阴极防护措施时，如图 3所示。

2.3 常用检测方法

（1）内检测技术漏磁检测MFL与超声波检测UT技术结合，可以深入了解涂层受损区域以及与应力开裂腐蚀相关的局部环境， UT检测器和电磁超声EMAT可用于裂缝检测和鉴别，如图 4所示。

                

（2）外检测技术磁粉检测MPI结合超声相控阵UT技术，进行应力开裂腐蚀的单独深度尺寸检测，涡流检测ECT可使用铅笔探针和一些更先进的技术，如图 5所示。

（3）检测方法的局限性染料渗透剂和磁粉检测MPI。①所需表面处理时间长（如涂层去除，清洁等）。②粗略的即时报告，有限的记录保持能力，无深度尺寸量化。③与化学品使用有关的环境影响问题。

涡流检测ECT。①只有基本信号可用于解释检测结果（无成像）。②只能采用手动扫描，主要依赖于操作员，耗时。③有限的数据存储。④无法实现真正的深度提离。

3 切向涡流阵列 TECA技术

3.1 检测原理

切向涡流阵列TECA线圈的布置改善了表面裂纹失效缺陷的响应，涡流EC方向垂直于扫描方向，涡流场绕过其周围贴近纵向裂缝，直接受表面破裂及其尺寸的影响，如图 6和图 7所示。

                

3.2 信号特征

涡流EC信号表现出恒定特性，具有裂纹尺寸量化功能。①可检测近乎平面和水平的提离信号。② 所有类似裂纹的显示特征都具有与水平相同的相序，如图 8和图 9所示。③信号的垂直幅度与缺陷深度相关联。④信号水平幅度与采用提离大小相关联。

                  

3.3 专用解决方案

采用开发的先进专用软件，特别是简化的标准化探头和校准，进行了实时提离检测和补偿检测，如图 10和图 11所示。

              

通过渗透率变化补偿，提高深度尺寸定位的可靠性，使缺陷可视化和量化。使用2次C扫描中的信号组合，根据 C扫描中的亮点确定“深度”，根据C 扫描中的2个对齐点确定“长度”。借助简单的数据分析，所有检测信息都以图示方式显示；设计自动调整大小的专用尺寸分析工具，即可清楚尺寸信息（深度、长度和提离）。

4 TECA技术针对疲劳裂纹

4.1 专用解决方案特性

可用于对接焊缝检测的专用解决方案，主要特性如下。

（1）采用Sharck BW探针，适用于焊接凸台，一次覆盖范围（帽、趾、热影响区）大，达53 mm，遥控按钮。

（2）检测能力，针对轴向和横向开裂、表面破裂，长3 mm，深0.5 mm。

（3）尺寸调整功能，可以实现长12.5 mm、深1 mm缺陷，以及深度7 mm、最大提离3 mm检测。

4.2 技术指标影响因素

技术指标中考虑了缺陷长度对检测和尺寸量化能力的影响。其一缺陷方向影响，可以使用一个或多个C-Scans扫描成像判断任一方向的缺陷，信号受长度C扫描影响和反转，需要准确评估低于20°的缺陷。其二缺陷长度影响，当缺陷长度大于TECA涡流阵列元件时，尺寸量化不受影响；而如果不进行补偿，则不能检测小于12.5 mm的缺陷尺寸，因此需要开发短缺陷的深度量化补偿工具。

5 TECA技术针对应力腐蚀开裂（SCC）

5.1 SCC专门解决方案功能

针对SCC的专门解决方案，可实现以下功能。

（1） Sharck HR探针。①适应各种覆盖范围（外径254 mm）。②一次通过的大覆盖范围为73 mm。③速度快，可达600 mm/s。

（2）可检测性能。①轴向短而浅的开裂。②表面破裂。③长1.5 mm以上，深0.25 mm以上。

（3）尺寸调整功能。①长6 mm以上，深0.25 mm以上。②最大深度3 mm。③最大提离2 mm。

5.2 实验验证

为了全面评估SCC类型缺陷的适应性，评价缺陷形状对检测的影响、缺陷长度对检测和尺寸调整能力的影响、分辨率功能，通过实验进行验证。将610 mm管道的一部分，经电火花加工（EDM），深度范围为0.25～5.00 mm，长度范围为3～25 mm，如图 12所示。

                

5.3 检测结果

经检测所有加工缺陷，在0.25～3.00 mm深度范围内，检测误差+/-10％；同时也通过了最大提离2mm验证。但对于长度短于5 mm的较小缺陷，特别是长度与深度比小于3的缺陷，检测结果略微偏小。结果如图 13所示。

6 实际应用

根据切向涡流原理，提出了一套完整的专用解决方案；设计了专为现场使用的便携式检测仪Reddy®；开发了嵌入式Magnifi软件；开发了SharckBW探头用于管道焊缝的疲劳开裂、 sharck HR探头用于管道母材的SCC，如图 14所示。

7 结论

（1）切向涡流阵列TECA元件是经过精心设计和定位的线圈组合，可从碳钢表面开裂切线处获得可利用的涡流EC特征。

（2）切向涡流阵列TECA被证明具有可靠的检测概率，并且表现出与传统方法相当的性能。

（3）切向涡流阵列TECA可减轻人为因素造成的潜在判断错误，获取其他方法无法重复或得到的沟槽检测结果。

（4）切向涡流阵列TECA显示出优于其他技术的强大优势，例如实时提离检测和补偿，渗透率补偿以及缺陷长度和深度尺寸的量化能力。

（译自： CIPC 2017-Eddyfi Paper-Pipeline Integrity.）