海洋工程管道腐蚀损伤深度无损评价方法（切向法） - 海洋工程测量特点分析

太美 · 发表于水下机器人&ROV&AUV&UUV 2024-11-28 16:24:42

前言

随着能源资源需求的日益增加，海洋资源的开发利用成为全世界发展的重点。

《2022年中国海洋经济统计公报》显示，全国海洋生产总值94628亿元，占国内生产总值的7.8%，其中海洋油气等资源生产总值 2724 亿元，油、气产量分别同比增长 6.2%和 10.2%，海上油气勘探开发向深远海拓展。

管道系统作为人类社会的重要基础设施，与公路、铁路、空运及水运并称为五大运输方法，也是海洋资源开发的重要输送系统。由于海洋大气环境、海水介质、高静压低温环境和微生物等，海洋工程管道的腐蚀问题尤为严峻。据统计，腐蚀已成为海洋工程管道泄漏失效的最大影响因素，这对管道系统的安全运行造成了严重威胁。因此，开展海洋工程管道腐蚀损伤无损评价研究具有重大的意义。

下面将介绍切向法射线检测在定量测定腐蚀损伤深度方面的原理，并对误差进行了理论分析。

1.技术原理与误差分析

利用切向法 X 射线或 γ射线检测技术评估管道腐蚀状况，其核心原理在于测量管壁边界的壁厚变化。图1是切向法射线检测技术的两种透照布置方式，分别是射线源位于管道中心线的切向透照和射线源偏离管道中心的切向透照，其可在不拆保温层情况下检测。

如图1所示，射线束与管道内壁及外壁相切，可对管道内外壁轮廓成像，检测有效区域为内外壁相切的中间区域(图中阴影部分)，当被检区域内壁或外壁存在腐蚀等导致壁厚变化的情况时，可在检测图像中显示。

由于投影放大的原因，在检测图像上的影像会有所放大，放大倍数与焦距和管径(F/D0)的比值成反比。因此，不能直接以检测图像上的尺寸作为缺陷定量尺寸。一般情况下，需采用标定器进行尺寸标定，以校正由于射线源、管道和成像器件的透照布置引起的影像尺寸几何放大。标定器采用已知直径和公差的球型对比试件，放置在靠近管道的位置，与管道壁厚上的切线位置在同一个平面上，见图2。

当采用切向法对管道腐蚀进行检测时，被检区域外壁透照厚度为0，内壁透照厚度(图1中AB)最大，见式(1)。

式中为最大透照(穿透)厚度，mm；D0为管外径，mm；T为管壁厚，mm。

由图3可见，最大透照厚度与管径及壁厚成正比，当管径大于200 mm，壁厚大于10mm 时，最大透照厚度接近100 mm。因此，国内外学者认为[20]，切向法射线检测一般应用于20.32cm 以下的管道腐蚀检查，对于更大管径的管道，边界轮廓会变得模糊，定量误差较大。同时，受管道边蚀效应影响，切向法射线检测对管道外壁的腐蚀检测也存在较大的定位误差。

2.检测试验验证

试验设计模拟试样，规格为ϕ60mm×5mm，并在内壁/外壁刻一排ϕ5mm 阶梯孔，孔深分别为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5mm。采用 X 射线数字成像系统对模拟试样进行检测，采用直径为10mm 的小球作为标定器，试验工艺参数如表1所示。

检测图像见图7，采用小球试块对尺寸标定后，用交互式方法测量管壁厚度和所有平底孔的深度，表2为测量结果及误差。

由表2可知，测量值与实际值误差不超过0.2mm，轴向偏移对切向法测量腐蚀深度影响较大，正确采用切向法对管道腐蚀缺陷进行定性与定量具有一定的可行性。

注意：

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2.本文来源：《腐蚀与防护》2024年9月第45卷第9期海洋工程管道腐蚀损伤深度无损评价方法

3.作者：丁杰，孙丹，李天昊，蒋建生，韩丽娜，林世昌，田易，(1.上海材料研究所有限公司，上海 200437；2.苏州天河中电电力工程技术有限公司，苏州 215000；3.上海市工程材料应用与评价重点实验室，上海 200437)

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