脉冲涡流检测技术在海上压力容器检验中的应用前景

王安良

摘 要:压力容器是海上油田在油气开采、处理、储存、输送中重要设备之一，年度检验、全面检验是保障其安全运行的检验方法，因海上环境条件、工况条件、作业特点，导致检验点相对固定，无法全面识别压力容器腐蚀状况。本文通过对脉冲涡流技术原理、技术优势、技术特点进行了介绍，通过脉冲涡流检测方法与超声波检测方法进行对比试验，通过数据分析，验证脉冲涡流检方法在海上压力容器不拆除保温层检验的应用前景。

关键词：压力容器检测；脉冲涡流检测技术；检测方法；应用

0引言

海上油田压力容器主要应用于海上平台、滩海陆岸盛装一定压力的气体或者液体的密闭设备，是海洋石油专业设备的重要部分之一。其工作介质多为易燃、易爆、有毒、高温高压等危险特性，易发生失效破坏，甚至发生爆炸，严重威胁企业的安全生产和人的生命安全。因此海上压力容器必须采用年度检验、全面检验了解其安全运行状况，及时采取适当措施进行防护，及时发现问题，消除腐蚀性隐患缺陷，阻止事故发生，是保障在检验周期内安全运行的一项行之有效的措施。

1 海上油田压力容器现状

1.1检验内容要求

Q/SH1020 2202.2-2018《海上锅炉和压力容器检测检验规则第2部分：压力容器》规定了海上平台压力容器年度检验、全面检验的检验实施项目和检验相关要求。其中：

年度检验主要检验项目为安全管理情况、压力容器本体及运行状况、安全附件检验等，其检验方法以宏观检验为主，通过目视检查、量具检测，有效发现容器的结构、尺寸变化缺陷，防腐层、保温层、隔热层损伤状况，必要时拆除保温层进行目视检测、壁厚检测、无损检测。

全面检验以宏观检验、壁厚测定、表面检测、埋藏缺陷检测、安全附件的检验方法为主，其对检验实施条件、过程要求较高，检验前需要全面拆除保温层，清除容器内部的残余介质，采取盲板隔断、空气置换等机械置换方式，达到实施检测条件后，方可开展检验检测工作。

1.2 存在的问题

1)海上平台空间有限，大部分平台为无人值守平台，开展作业中受天气因素影响，因生产任务重，不能长时间停产；

2）海上平台所处环境比较恶劣，环境湿度大、含盐量高，拆除后无法恢复原貌，受海上环境因素影响易造成腐蚀隐患;

3）定点检测不利于发现容器发生腐蚀及隐患部位的位置，检验中受检验人员的技术能力、经验导致检测部位比例不足，容易造成漏检风险，从而影响检验数据、检测结论的准确性;

4）定点检测需要采用机械方式对检测部位打磨漏出金属本体，定点部位重复性打磨、重复性检测易造成容器本体金属磨损受损，检毕后得不到有效的复原措施，暴露在海上腐蚀环境中，使容器本体出现电化学腐蚀的现象。

2 脉冲涡流检测技术

脉冲涡流检测技术(Pulsed Eddy Current Testing,简称PECT))是近些年迅速发展的一种新的无损检测技术，是涡流检测检测技术（Eddy Current，简称ET）的一个分支，以电磁感应原理为基础，其采用的脉冲激励信号可以选用很低的频率，不易受干扰，在不拆除保温层厚度检测上有潜在的应用优势，广泛应用于油气腐蚀检测、航天机翼疲劳裂纹检测领域中。

2.1 脉冲涡流检测技术原理

将交变激励信号施加在激励线圈的两端，激励线圈中就会存在周期的脉冲电流，脉冲电流感生出一个快速衰减的脉冲磁场，变化的磁场在导体试件中感应出瞬时涡流，此脉冲涡流在被测试件传播感生出一个涡流磁场，随着涡流磁场的衰减，检测线圈上感应出随时间变化的电压。若试件中存在缺陷，使感应磁场强度发生变化，涡流分布影响着磁场分布，在探头的接收传感器中会输出瞬态感应电压变化，获取检测部件的形状、尺寸、材料属性等变化。

2.2 脉冲涡流检测技术特点

脉冲涡流检测为非接触式检测技术，被测容器在检测实施过程中无需拆除保温层，容器表面无光洁度要求，无耦合剂耦合要求，就能够实现对压力容器壁厚的在线检测，全面了解、监控壁厚的变化状态。

其检测数据处理依托于计算机和软件分析系统，能有效的识别腐蚀性缺陷和腐蚀性特征分析，探头以扫查的检测，通常采用A扫描、C扫描、τ扫描为数据分析提供更可靠的参考依据，在软件系统中能够实时检测剩余相对壁厚值，使得检测结果更为直观、准确、可靠，同时也减少了对检测人员的技术能力和经验要求。

该技术的局限性在于只能检测铁磁性材料，无法实现对非金属压力容器的检验检测，其检测所得壁厚为该区域的平均壁厚值，而不是所测的绝对壁厚值，不能真实的反映出该区域的厚度值，检测方法如图2-1所示。

图2-1脉冲涡流检测平均壁厚示意图

2.3 脉冲涡流检测技术在海上检验中的应用

2.3.1脉冲涡流检测技术方法和评审准则

NB/T 47013.13-2015《脉冲涡流检测》对于不拆除保温层情况下的承压设备用碳钢、低合金钢等铁磁性材料的方法和评审准则更加明确，其主要适用范围：

1）金属保护层厚度不大于1mm；

2）对于不锈钢或铝保护层，覆盖层厚度不大于200mm；对于铁保护层覆盖层厚度不大于100mm;

3）母材厚度范围为3mm至70mm;

4）母材温度范围为﹣196℃至500℃。

2.3.2海上带保温层压力容器仪器性能对比测试

为了验证脉冲涡流检测技术的在海上平台对压力容器检验的适用性研究，在满足脉冲涡流检测的检测方法和评审准则的前提下，选取海上平台带保温层压力容器、无保温层压力容器2台设备，分别采用脉冲涡流检测仪（EDDYFI）与常规超声波检测仪（EMAT-HY1525）分别进行现场测试，通过对试验数据的比对分析，验证其测量数据的准确性、可靠性。

2021年7月，在某平台对平台上的计量分离区进行试验测试，计量分离区相关参数信息见表2-1：

表2-1  计量分离器参数

容器规格	￠800mm	工作压力	2.3MPa	工作温度	80℃
公称壁厚	12mm	保温层类型	岩棉	保温层厚度	30mm

1）选取检测点见图2-2所示，共选取8个检测点，其中8号点为第1步开窗测量容器壁厚点，使用超声波检测仪对8号开窗部位和该容器的保温层分别测量壁厚值，并做好记录，为下一步涡流检测仪基础参数设置提供基础数据；

图2-2 保温层检测点

2）设置涡流检测仪基础数据：将仪器的基准壁厚设置为12mm，设置保温层材质为不锈钢，其厚度0.5mm，保温层总厚度32mm，使用涡流检测仪对选取（1#～8#）检测点分别测量，并记录检测数据；

3）拆除（1#～8#）检测点的保温层，使用超声测厚仪测量对每一点检测点测量，分别测量6次，记录检测数据，分析、比对两种不同设备的检测数据，比对数据见（表2-2）。

表2-2 计量分离器数据对比

序号	涡流检测仪数据/mm	超声测厚仪数据/mm						平均值 /mm	差值/mm	备注
1#	13.8	11.65	11.71	11.71	11.66	11.67	11.70	11.68	2.12
2#	13.5	12.09	12.17	11.25	12.17	11.68	11.71	11.85	1.65
3#	13.3	12.19	12.12	11.07	11.71	11.69	12.17	11.83	1.47
4#	11.9	12.23	12.23	12.17	12.23	12.23	12.23	12.22	-0.32
5#	11.8	12.23	12.17	11.07	12.17	11.07	12.17	11.81	-0.01
6#	11.7	12.11	11.65	12.11	12.01	11.93	11.77	11.93	-0.23
7#	12.2	10.98	12.19	15.45	15.30	/	/	13.48	-1.28
8#	12.0	12.17	12.11	11.71	12.17	12.23	12.17	12.09	-0.09

通过折线图（图2-3）直观的数据对比我们发现：4#、5#、6#、8#的检测数据基本符合，其他的检测点存在数据的差异变化，现场检测人员对产生差值偏大的数据进行分析，得出检测数据差异的主要原因为：

1）对异常部位拆除保温层，发现检测点1#、2#、3#区域因存在横向焊缝，脉冲涡流检测设备在此区域的检测数据的平均壁厚偏大，使得其检测数据与超声波测厚仪检测数据出现偏差主要原因；

2）拆除保温层发现检测点7#区域附近存在纵向焊缝，超声波测厚仪在焊缝区域测量数据较大，部分区域因焊缝表面不光洁导致检测仪测试不到有效数据，纵向焊缝的存在是涡流检测数据与超声波检测数据出现偏差的主要原因。

2.3.3无保温层储气罐仪器性能对比测试

2021年7月，在某平台对无保温层的储气罐进行试验测试，储气罐相关参数信息见（表2-3）：

表2-3储气罐参数

容器规格	设计压力	公称壁厚	工作温度	保温层类型
1000L	0.84MPa	4mm	150℃	无

1）选取检测点，本次选点将剔除纵、横焊缝的影响因素，取8个检测区域，分别使用脉冲涡流检测仪、超声波检测仪对检测点测量壁厚值；

2）设置参数：基准壁厚设置为4mm、无保温层，使用涡流检测仪对选取检测点测量，记录检测数据；

3）使用超声测厚仪测量对选取检测点测量，记录检测数据，检测对比数据见表2-4。

表2-4 储气罐数据对比

序号	涡流检测仪数据 单位：mm	超声测厚仪数据 单位：mm				测厚仪数据平均值	差值	备注
1	4.10	4.03	3.98	3.98	3.98	3.99	0.11
2	4.00	3.98	3.99	3.98	4.02	3.99	0.01
3	4.00	4.02	4.01	3.98	3.98	4.00	0.00
4	4.20	3.98	3.98	3.98	3.98	3.98	0.22
5	4.10	3.98	3.98	4.03	3.98	3.99	0.11
6	4.10	3.98	4.03	3.98	4.00	4.00	0.10
7	3.90	3.98	3.92	3.98	3.98	3.97	-0.07
8	4.00	3.98	4.00	3.98	3.98	3.99	0.01

2.3.4测试结果评价

1）通过计量分离器（带保温层）、储气罐（无保温层）2种不同类型的容器分别采用脉冲涡流检测仪与超声波检测仪检测，通过数据对比分析，脉冲涡流检测的平均壁厚基本稳合，符合实际；

2）通过异常检测数据我们发现，保温层的变形、区域厚度不一致，造成检测器提离高度发生变化，导致检测数据发生异常波动。

3）压力容器外的铁磁性材料如包裹金属、焊接焊缝对数据的准确性造成影响。

因此，针对异常数据的剔除与补偿算法的优化，检测探头提离高度变化与标定算法的修正，是解决脉冲涡流检测在压力容器检验应用开发的一个研究方向。

3 结论及认识

脉冲涡流检测技术在压力容器检测中具有很多其他无损检测技术不具备的优势，非接触式在线检测，对检测表面没有要求，能准确发现严重腐蚀减薄缺陷位置，对大面积腐蚀和局部腐蚀较敏感等特点。能够解决海上油田因环境、空间、停产周期等多方制约因素，通过在线检测能够提高压力容器的检验效率，很大程度上提高生产效率，从而直接或者间接提升了生产效益。

脉冲涡流检测技术能补充常规检测手段的不足，但技术本身还有很多研究、改进、提升的方向，使其在海上油田压力容器检测中的作用更加显著，也使其逐步替代传统的检测技术，成为在海上油田检测中的重要应用技术，具有较好的应用推广价值。

参考文献：

[1]徐志远.带包覆层管道壁厚减薄脉冲涡流检测理论与方法［D］.2012年.

[2]吴月东,黄琛,熊波.脉冲涡流测厚中的传感器提离效应补偿方法［J］.舰船电子工程,2015(3):35-3123.

[3]中国石化集团胜利石油管理局有限公司企业标准:Q/SH1020 2202.2-2018[S].2018

[4]彭敏，任彩萍，李本刚.红外热像检测技术在压力容器检验中的应用［C］.第十五届宁夏青年科学家论坛论文集.

[5]顾增涛，付跃文，薛盛龙.基于系统辨识的脉冲涡流信号提离效应分析[C].FAR EAST NDT,2015.

[6]武新军，张卿，沈功田.脉冲涡流无损检测技术综述［J］．仪器仪表学报，2016，37(8):1698－1712