管道补口热收缩带粘接质量无损检测技术及其进展.ppt

管道补口热收缩带粘接质量无损检测技术及其进展 中石油管道分公司沈阳龙昌管道检测中心王维斌2014年4月 2 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 公司简介 沈阳龙昌管道检测中心成立于1992年 是国内最早从事管道腐蚀与防护检测技术服务的专业化公司之一 现隶属于中国石油管道公司 是辽宁省腐蚀与防护学会常务理事单位 电化学保护与检测专业委员会主任单位 也是NACE API PRCI的协会会员 3 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 主营业务 管道外检测 龙昌检测 综合检测 管道内检测 无损检测 阴极保护运行及维护管理 4 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 管道外检测 管道外防腐层检测与评价杂散电流干扰检测与防护水下管道埋深 防腐层检测与评价 PCM ACVG测试 CIPS DCVG测试 杂散电流干扰测试 One pass系统检测水下管道 5 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 无损检测 管体缺陷检测焊缝缺陷检测储罐缺陷检测 超声导波技术检测管体缺陷 超声波相控阵技术检测动火焊缝缺陷 声发射技术检测储罐缺陷 6 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 综合检测 输油泵效率监测 热媒炉效率监测 防雷检测能源监测光缆定位检测 防雷检测 光缆检测定位 7 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 管道内检测 清管工程 管道内检测前特殊清管清管扫线工程管道中心线定位 IMU 8 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 阴极保护运行及维护管理 阴极保护系统运行及维护管理阴极保护系统有效性的检测和评价阴极保护系统故障排查及整改区域阴极保护工程的设计及施工 阴极保护有效性检测 站场区域阴极保护测试 阴极保护系统故障排查 9 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 主要业绩 近万公里长输油气管道的外检测 庆铁线 陕京线 秦沈线等 数千公里管道内检测前的清管作业 漠大线 庆铁线等 多条管道的阴保运维代理服务 广东大鹏LNG 泰青威管道等 数个大型储罐 站场管道 管道动火焊缝的缺陷无损检测每年度东北输油管网避雷装置检测及节能设备监测多项管道及油库的交直流干扰与防护测试 电气化铁路干扰 交直流高压输电线路干扰 多个输油气站场的区域阴极保护系统设计及施工 乌兰站 德州站等 多条河流的水下管道检测 嫩江 大汶河等 多条管道的伴行光缆定位检测 漠大线 秦沈线等 多项杂散电流干扰防护 水下管道检测 焊缝检测等方面的科研项目 10 沈阳龙昌管道检测中心集多种方式为一体的专业化管道技术服务企业 企业资质 ISO9001质量管理体系认证国家无损检测机构资质防雷装置检测资质化工维修 技改 防腐蚀施工资格化工防腐蚀安全施工许可证安全生产许可证 NACE阴保技术专家CP3NACE阴保技术工程师CP2无损检测人员资质 级无损检测人员资质 级防雷装置检测人员资质省安全资格证书 人员资质 交流提纲 一 技术背景 三 不同检测方法对比分析 四 研究进展 二 不同原理超声波性能分析 五 展望 一技术背景 目前 我国长输管道干线防腐层大多数采用三层PE防腐层 补口防腐层则普遍采用辐射交联聚乙烯热收缩带 由于补口热收缩带可能存在气饱 杂质 脱粘及弱粘等缺陷 对管线形成了腐蚀危害风险 2005年 2007年及2008对国内补口热收缩带应用状况开展了调查 结果表明 埋地管道70 的补口已经失效 其主要形式表现为 1 热收缩带与管体聚乙烯防腐层搭接部位密封失效 呈现剥离状态 2 热收缩带与管体呈现不黏结现象 补口施工质量差 质量检验不完备 环氧底漆涂层不完整甚至没有环氧底漆 热缩带两边搭接部位完全失去了粘结作用 部分热缩带完全从补口处脱落 热缩带在烘烤过程中就出现了热缩带基材破坏的情况 在管道补口质量检测中 补口热收缩带粘接力测试是抽测方式 GB T23257标准中规定 每100个补口至少抽测一个口 该检测方式具有破坏性 操作较复杂 人为因素影响大 且检验结果代表性不强 无法全面评估补口质量 此外 当在检测温度过低时 热收缩带易拉断 导致该剥离强度检测方法根本无法实施 因此 为避免检测对管道补口的损坏 需将新技术应用到补口粘接质量检测上 在不破坏补口的情况下对补口粘接质量进行快速扫描测量 从而为管道的安全运营提供更好的保障 一技术背景 针对管道补口粘接质量检测的研究并不多 激光超声检测 相控阵超声 但对于粘接结构粘接质量的超声检测则在航空军事等领域成为国内外的研究热点 并取得了大量的研究成果 根据超声波产生原理不同 应用于结构粘接质量检测的超声主要有 压电超声 电磁超声和激光超声 根据检测方法不同 又可分为 穿透法 脉冲回波法 板波诱发波法 聚焦传感器双模式检测法 不同原理和检测方法各有优点 对管道补口粘接质量的检测应用存在差异 二不同原理超声波性能分析 压电式超声波检测方法 压电式超声波是传统超声检测技术 其利用压电材料的压电效应来进行工作 发射探头利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动 从而产生超声波 接收探头利用正压电效应将超声振动波转换成电信号 压电超声探头结构简图 二不同原理超声波性能分析 项目组利用压电超声采用穿透法和反射法分别在管道内 外表面进行管道补口热收缩带粘接性能试验 得到的典型波形如图所示 优点 压电超声换能器换能效率高 信号质量好 信噪比高 有利于信号的分析 缺点 检测探头需要与工件紧密接触 信号才能很好传入试件内 因此对于试件表面质量要求高 检测探头才能与试件表面良好耦合 但一般管道补口热收缩带表面质量一般较差 特别是在存在脱粘 气泡等情况下 传统压电式超声探头几乎无法进行检测 因此不适合管道补口热收缩带粘接质量的检测 二不同原理超声波性能分析 电磁式超声波检测方法 电磁超声 EMAT 检测装置主要由高频线圈 外加磁场 试件三部分组成 产生电磁超声主要有两种效应 洛伦兹力效应和磁致伸缩效应 高频线圈通高频激励电流时会在试件表面形成感应涡流 感应涡流在外加磁场作用下会受洛伦兹力作用而产生电磁超声 同时强大脉冲电流会向外辐射脉冲磁场 脉冲磁场和外加磁场复合作用会产生磁致伸缩效应 磁致伸缩力作用也会产生同波形电磁超声 二不同原理超声波性能分析 耦合条件好 通过电磁效应实现换能 不需与工件紧密接触 不需耦合剂 不需要对工件表面预处理 更适合于表面质量不好的补口热收缩带的检测 改变EMAT电信号的频率可以影响声波的倾斜角 产生各类波模 电磁超声波传播距离远 检测速度快 所用通道与探头的数量少 换能效率低 EMAT换能效率比压电式换能器低20 40dB 收到的超声波信号幅值小 信噪比低 接收信号能量弱 有效信号幅值与噪声信号相当 信号质量比压电超声差 分辨率低 辐射模式宽 回波信号分辨率较低 大功率激发提高激励信号 使线圈发热 二不同原理超声波性能分析 激光超声波检测技术方法 当强度调制的激光束射入闭合的介质空间时可产生声波 激光超声检测系统一般由发射系统和接收系统组成 发射系统主要由一台高能脉冲激光器构成 用以在被检测物体上产生高热量 从而产生超声脉冲信号 由于超声波是物体受热激发的 并在物体表面和内部进行传播 所以它携带有物体的厚度 缺陷 应力以及结构信息 优点 激发与接收是非接触式的 避免了因耦合所带来的一系列不利问题 而激光超声能同时激发出多种模式的波 为检测提供了多种选择 激光超声产生的强烈冲击应力脉冲可用以击振粘接结构 使物化原理表现的更清晰 激光超声可以对样品的各种局部进行扫描式的测量 进而了解整体的粘接状况 而这也是其他手段所不及 缺点 由于补口用聚乙烯热缩带对激光具有较强的吸收 使得补口表面发生了严重的烧蚀 当脉冲激光照射在表面时 表面分子迅速气化 冒白烟 即使降低发射激光的功率 仍出现烧蚀现象 待测补口发生明显烧蚀 热收缩带被烧穿 二不同原理超声波性能分析 美国IOS IntelligentOpticalSystems 公司在新一代非接触工业检测和工艺控制方面开发了激光超声检测设备和相应的软件 但在实用化方面目前未能取得明显的突破 国外激光超声专家研究表明 如果针对热缩带进行粘接质量的检测 需要对表面波和体波信号同时进行检测 通过大量检测试验 得出如下结论 厚度2mm是一个分界线 当厚度2mm时 应适当考虑体波机理 二不同原理超声波性能分析 国内于2008年 由中石油集团工程技术研究院开展了相关研究 通过机理分析和激光超声检测系统的关键部件的调研与开发 利用压电换能器等检测方法接收表面波信号 搭建激光超声检测试验系统 开展不同粘接状况试样在不同检测距离下的检测试验 建立表面波频谱与管道防腐补口质量 粘结质量 的相关性 对接收到的激光超声信号进行放大和降噪处理 但最终由于激光超声检测的技术局限性 未能开发出适用于现场检测的激光超声检测装置 三不同检测方法对比分析 根据检测手段不同 超声检测可分为 穿透法 脉冲回波法 板波诱发波法 聚焦传感器双模式检测法 不同检测方法各有优缺点 对管道补口粘接质量的检测适用性也存在差异 穿透法检测原理 依据脉冲波或连续波穿透时的能量变化来判断缺陷情况 粘接质量越差则超声波的衰减越大 得到的穿透信号越弱 使用穿透法检测工件时 在被检工件相对两侧各放一个探头 其中一个向工件发射超声波 另一个探头接收超声波 b II号试样 优缺点 对于粘接质量检测 穿透法得到的结果较为直观 但采用穿透法时需要在管道内外使用两个探头进行检测 对两探头的相对位置有较严格的要求 应用情况 适用性差 三不同检测方法对比分析 探头放置在管道外侧进行检测 操作较简便 针对粘接结构的超声检测最常用的检测方法之一 许多研究者使用特定的脉冲回波法检测工艺 但管道表面情况通常较复杂 有时无法进行直接接触式的检测 且接触式探头表面通常由硬质材料构成 其声阻抗与热收缩带相差较大 耦合不好无法获得较好的反射波形 脉冲回波法 1 接触式脉冲回波原理 采用持续时间很短的超声脉冲垂直入射到工件表面 一般由同一超声探头兼做发射端和接收端 得到的回波信号即可反映粘接质量的相关信息 2 水浸式脉冲回波原理 在脉冲回波法的基础上 采用直接浸泡或喷水等方式 在探头与试样之间用水 或其他类似耦合剂 隔离开 从而达到延时 改善耦合条件等作用 三不同检测方法对比分析 水浸探头表面的声阻抗与热收缩带外侧的防腐层材料的声阻抗较为相近 可以获得更为有效的回波信号 可以避免表面不平整对检测探头的限制 但工程应用中 检测探头全面水浸存在困难 需要采取特殊方式或设备才能完成检测 新板波的数量直接反映粘接层数 同时由于原板波 各种新板波传播路径不同 到达接收探头的时间不同 这使得各板波在时域上可以分开 存在的时间差能够充分的反映各粘接层的厚度信息 不平整的粘接表面不能实现有效的检测 板波诱发波法原理 板波诱发波经介质不连续界面反射和折射又回到板中 形成与原板波同模式的新板波 如果某一界面脱粘 板波就会发生全反射 该层面的新板波就不会形成 三不同检测方法对比分析 四研究进展 2012年 有中石油集团公司支持 项目组结合管道补口热收缩带检测的实际需求及工况 通过实验 确定了基于控阵超声水封探头检测的管道补口粘接质量评价设备及方法 64通道控阵实现快速全面的检测水封实现较好的耦合效果 管道补口可以由内至外地分成管道层 热收缩带胶层以及热收缩带防腐层 因此可将管道补口看成由以上三层结构粘接形成的复合结构体 其中胶层外表面和内表面分别与防腐层和管道层形成粘接界面 水浸法和接触法原理相似 均通过分析粘接界面处的回波信号R1 R2或R1 2 见图 以判定补口热收缩带粘接性能 水封探头 选取粘接质量不同的三组管道补口试样作为检测对象 根据其标示的补口材料剥离强度编号如下 I号试样 剥离强度150 200N cm 粘接质量最好 完全符合质量标准 II号试样 剥离强度50 100N cm 粘接质量一般 刚刚达到质量标准 III号试样 粘接质量最差 有明显气泡 图17补口试样 四研究进展 表1管道补口试样部分材料厚度 水浸法试验如图19所示 实验采用气动扫查系统 气动扫查机构可以控制水浸探头进行自动扫查 x轴方向连续往复运动 最大范围为400mm 且每隔0 5mm产生一个触发信号 y轴方向步进运动 步距为0 5mm 5077超声脉冲发生器由气动扫查机构触发 控制中心频率分别为2 25MHz和5MHz的水浸探头发出超声波 并接收回波信号 四研究进展 1 波形分析 2 25MHz的典型波形中可以分辨出表面回波R0以及两个粘接面的混合回波信号R1 2 随着粘接质量的下降 R1 2呈增强趋势 2 25MHz水浸探头的波列较宽 无法将R1和R2两个回波信号分离 得到的检测结果不够直观 需选用波列较窄的探头进行检测 四研究进展 可以分辨出表面回波R0以及两个粘接面的回波信号R1 R2 随着粘接质量的下降 有R1减弱 R2增强的趋势 发生脱粘时 R1异常增强 R2几乎减弱到零 这显示脱粘发生在粘接面1处 对不同试验点的水程一致性要求较低 即水程可以在更大范围内波动而不至于对检测结果造成较为严重的影响 四研究进展 2 信号时域等效强度和频域等强度分析 四研究进展 It和If均与粘接质量成反比 随着粘接质量降低 It和If均增大 It可明显识别出III号试样中的脱粘