賀永利 段志祥 陳 輝 李文波

（1.中石油江蘇液化天然氣有限公司 2.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院）

0 引言

液化天然氣（LNG）接收站具有LNG接卸、儲(chǔ)存和氣化等主要功能，在民用天然氣和工業(yè)用天然氣行業(yè)中占據(jù)了重要地位[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)投用的接收站承壓設(shè)備陸續(xù)達(dá)到檢驗(yàn)期限，也相繼進(jìn)行了定期檢驗(yàn)。本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)LNG接收站承壓設(shè)備檢驗(yàn)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，對(duì)檢驗(yàn)、檢測(cè)方法進(jìn)行了分析，并對(duì)LNG接收站承壓設(shè)備檢驗(yàn)方面的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)提出了相關(guān)建議。

1 LNG接收站承壓設(shè)備檢驗(yàn)方式

1.1 停機(jī)檢驗(yàn)

LNG接收站的壓力容器及壓力管道后停車期間可按照特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范（TSG）文件規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。具體檢驗(yàn)方法和要求應(yīng)按照TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[2]和TSG D7005—2018《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——工業(yè)管道》[3]標(biāo)準(zhǔn)要求。容器檢驗(yàn)必檢項(xiàng)目一般包括宏觀檢驗(yàn)、測(cè)厚及表面無(wú)損檢測(cè)；管道必檢項(xiàng)目一般包括宏觀檢驗(yàn)、測(cè)厚，首次檢驗(yàn)時(shí)則需進(jìn)行埋藏缺陷檢測(cè)。

1.2 非停機(jī)檢驗(yàn)

按 照TSG 21—2016及TSG D7005—2018規(guī) 范，承壓設(shè)備的定期檢驗(yàn)一般為停車檢驗(yàn)。在線檢驗(yàn)需采用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）。接收站一般都是城市的主要用氣來(lái)源，如果停產(chǎn)將對(duì)城市的正常生產(chǎn)、生活造成較大影響。LNG接收站的裝置大部分為深冷設(shè)備，如果為了達(dá)到檢驗(yàn)條件大面積拆除保冷層，在不停機(jī)狀態(tài)下，設(shè)備內(nèi)介質(zhì)吸熱氣化，導(dǎo)致壓力升高，將會(huì)產(chǎn)生較大安全隱患[4]；而且即使拆除保冷層，因?yàn)樵O(shè)備外壁溫度極低，很快就會(huì)被冰層覆蓋，常規(guī)的磁粉（MT）、滲透（PT）、超聲波（UT）、射線（RT）檢測(cè)方法也基本無(wú)法實(shí)施。

因此，需要對(duì)LNG接收站承壓設(shè)備的基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行研究討論，并對(duì)LNG接收站承壓設(shè)備不停機(jī)檢驗(yàn)所需要的主要檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的適用性進(jìn)行分析。

2 LNG接收站承壓設(shè)備可用檢測(cè)方法分析

2.1 目視檢測(cè)

目視檢測(cè)一般應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢查、外觀檢查（尤其是保溫/冷層檢查）、尺寸檢查，從而確認(rèn)設(shè)備是否符合安全運(yùn)行的要求。檢測(cè)內(nèi)容一般包含：（1）檢查設(shè)備本體、對(duì)接焊縫和接管角焊縫等部位（必要時(shí)借助放大鏡），是否存在裂紋、變形或其他缺陷；（2）檢查設(shè)備表面的腐蝕和機(jī)械損傷情況；（3）檢查排放裝置的設(shè)置和使用情況；（4）檢查安全聯(lián)鎖裝置等。

2.2 紅外熱成像檢測(cè)

采用紅外熱成像儀掃描承壓設(shè)備，重點(diǎn)掃查焊縫、接管、閥門、法蘭等易泄漏部位，找出溫差異常部位。如果存在溫差異常，則需判斷溫差異常的位置和范圍，并結(jié)合熱紅外成像圖對(duì)溫差形成的原因進(jìn)行分析。紅外熱成像檢測(cè)目前尚未有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但其測(cè)試結(jié)果可作為目視檢測(cè)的重要補(bǔ)充。紅外熱成像技術(shù)可定性分析設(shè)備的保溫性能和介質(zhì)的泄漏情況[5]。

2.3 真空度測(cè)量

該方法主要針對(duì)夾套式低溫壓力容器備。若在低溫壓力容器夾層上安裝真空測(cè)試裝置，可對(duì)其進(jìn)行真空度檢測(cè)，并按照TSG 21—2016第8.5.13條進(jìn)行絕熱性能評(píng)定。

2.4 脈沖渦流檢測(cè)

脈沖渦流檢測(cè)儀能檢測(cè)帶有保溫/冷層或防腐層的鋼質(zhì)管道或鋼板的腐蝕進(jìn)行情況，該方法適用于大面積腐蝕檢測(cè)，對(duì)單個(gè)小腐蝕進(jìn)行檢測(cè)則較為困難[6]，也可用于接收站LNG承壓設(shè)備不拆保冷層時(shí)的在線測(cè)厚。

2.5 電磁超聲測(cè)厚

電磁超聲測(cè)厚原理是利用電磁耦合方法激勵(lì)和接收超聲波，從而確定設(shè)備的壁厚。相比常規(guī)測(cè)厚技術(shù)，電磁超聲測(cè)厚技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是不需要耦合，且可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，不需要去除被測(cè)物體表面的油漆層，不需要對(duì)表面進(jìn)行打磨處理，檢測(cè)效率和精度都較高。

對(duì)于深冷低溫設(shè)備，由于拆除保冷材料后其外壁會(huì)很快結(jié)霜或結(jié)冰，常規(guī)探頭與被測(cè)材料之間無(wú)法有效耦合，無(wú)法進(jìn)行壁厚測(cè)量。但采用電磁超聲測(cè)厚技術(shù)測(cè)厚時(shí)，就不需要耦合，即使設(shè)備外壁結(jié)霜，簡(jiǎn)單擦拭外壁后即可進(jìn)行測(cè)量。

2.6 瞬變電磁測(cè)厚（TEM）

瞬變電磁測(cè)厚原理是使用不接地或接地線源向地面發(fā)送預(yù)脈沖磁場(chǎng)，并使用線圈或接地電極觀察二次渦流磁場(chǎng)或電場(chǎng)。二次渦流場(chǎng)激勵(lì)接收線圈中測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)即瞬態(tài)響應(yīng)。金屬管體和防腐層以及周圍環(huán)境的電磁特性明顯不同，并且在歸一化脈沖瞬態(tài)響應(yīng)曲線上存在明顯的時(shí)間可分性。在限定的瞬態(tài)響應(yīng)范圍內(nèi)，通過(guò)反演模擬確定瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)，獲得待測(cè)管段的壁厚。采用瞬變電磁法，能實(shí)現(xiàn)帶保溫/冷層壓力管道的壁厚檢測(cè)[7]。

但瞬變電磁法測(cè)定的壁厚值是一定范圍內(nèi)的平均壁厚，不能判斷壁厚的減薄區(qū)域位于內(nèi)壁還是外壁，也很難分辨面積較小的腐蝕[8]。

2.7 數(shù)字射線（DR）檢測(cè)

數(shù)字射線系統(tǒng)的工作原理是將射線檢測(cè)單元排列成陣列，即線陣探測(cè)器 （LDA），LDA成像系統(tǒng)直接與圖像采集卡組合，將獲取的模擬圖像發(fā)送到捕獲卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像后處理。DR檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)為：（1）獲取質(zhì)量信息的周期短；（2）成本低；（3）缺陷檢出率高；（4）測(cè)試結(jié)果可以無(wú)線傳輸，存儲(chǔ)成本小，可對(duì)帶保溫/冷層不停機(jī)狀態(tài)下的管道進(jìn)行檢測(cè)。研究表明，與射線照相膠片檢查相比，X射線數(shù)字成像用于檢測(cè)帶有保溫/冷層管道的缺陷時(shí)，具有較強(qiáng)的穿透能力和更高的檢測(cè)效率[9-10]。

采用DR檢測(cè)對(duì)LNG接收站低溫管道實(shí)施不停機(jī)的在線檢驗(yàn)，可以隔著絕熱層很好地反應(yīng)管道內(nèi)外部腐蝕信息，能夠有效地解決LNG 接收站低溫管道不能停機(jī)檢驗(yàn)的難題。對(duì)于站內(nèi)氣態(tài)管道，DR檢測(cè)可以有效地檢測(cè)出圓形、條形、未熔合、未焊透缺陷，較為有效地檢測(cè)出咬邊缺陷，但對(duì)裂紋類缺陷不敏感。對(duì)于站內(nèi)低溫液態(tài)管道，DR可以有效地檢測(cè)出未焊透缺陷，DN200 mm以下規(guī)格管道中的圓形缺陷、條形缺陷均和未熔合缺陷；對(duì)裂紋、錯(cuò)邊及咬邊類缺陷的檢測(cè)有效性較差，檢測(cè)時(shí)需要其他技術(shù)手段輔助[11]。

3 基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)

結(jié)合LNG裝置系統(tǒng)的工藝、介質(zhì)及運(yùn)行情況，分析了LNG接收站承壓設(shè)備潛在的損傷機(jī)理，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)定量計(jì)算，得出評(píng)估單元的失效可能性、失效后果以及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。根據(jù)設(shè)備損傷機(jī)理和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)來(lái)制定檢驗(yàn)策略。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)

LNG接收站中的主要介質(zhì)為L(zhǎng)NG，其中主要成分是甲烷。LNG溫度為-163 ℃左右，在其降溫液化時(shí)已有效去除了各種雜質(zhì)及水分，無(wú)明顯的腐蝕性。裝置系統(tǒng)中的介質(zhì)主要種類及危害特性可見(jiàn)表1[12]。

表1 LNG接收站介質(zhì)種類及危害特性

3.2 損傷機(jī)理分析

根據(jù)介質(zhì)類型，對(duì)設(shè)備的材料和工況進(jìn)行分析后可知，LNG接收站承壓設(shè)備的損傷模式包括腐蝕減薄、環(huán)境開(kāi)裂、機(jī)械損傷[13]，主要損傷機(jī)理可見(jiàn)表2。

表2 主要損傷模式

在大氣環(huán)境中，碳鋼和低合金鋼設(shè)備都可能存在大氣腐蝕減薄情況（有/無(wú)隔熱層）。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)如下情況時(shí)要特別注意：（1）工作溫度較低，產(chǎn)生濕氣；（2）防腐層質(zhì)量較差；（3）保溫/冷層損壞；（4）長(zhǎng)期停用或閑置，但沒(méi)有進(jìn)行合理封存。

300系列不銹鋼設(shè)備的損傷則需要考慮氯化物的影響。當(dāng)隔熱層破損后，海水或海風(fēng)中的氯離子在保冷層下積聚，容易誘發(fā)設(shè)備產(chǎn)生氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。管道的彎頭、三通等部位易被介質(zhì)沖刷；換熱器的換熱管束、進(jìn)出料接管、防沖板等也容易被介質(zhì)沖刷。與壓縮機(jī)或泵相連的管道容易發(fā)生振動(dòng)疲勞。裝置開(kāi)停車期間溫差較大，容易引發(fā)熱沖擊。

3.3 檢驗(yàn)策略制定

實(shí)施檢驗(yàn)檢測(cè)可以預(yù)測(cè)設(shè)備的損傷機(jī)理和損傷速率，降低設(shè)備失效發(fā)生的可能性，對(duì)已存在的缺陷進(jìn)行消除或采取控制措施，降低設(shè)備失效的概率和風(fēng)險(xiǎn)水平。

對(duì)帶隔熱層的承壓設(shè)備實(shí)施在線檢驗(yàn)，建議首選不拆保溫的脈沖渦流測(cè)厚、TEM、DR等技術(shù)，其次選擇拆除少量保冷層的電磁超聲等檢測(cè)技術(shù)，盡量不采用需要拆除大面積保冷材料的檢測(cè)技術(shù)。典型設(shè)備類型可采用的檢驗(yàn)手段如表3所示[12-13]。

表3 主要承壓設(shè)備類型的可選檢驗(yàn)項(xiàng)目

4 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與探討

LNG接收站承壓設(shè)備檢驗(yàn)相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范包括TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管道》及TSG D7005—2018《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——工業(yè)管道》；損傷模式識(shí)別方面的標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 30579—2014《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》；基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)（RBI）方面的標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 26610.1—2011《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第1部分：基本要求和實(shí)施程序》；無(wú)損檢測(cè)方面的標(biāo)準(zhǔn)包括NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》等。

LNG接收站承壓設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)一般為L(zhǎng)NG，介質(zhì)相對(duì)純凈，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損傷的機(jī)理也較為簡(jiǎn)單。且接收站通常擔(dān)負(fù)較重要的供氣任務(wù)，一旦停機(jī)，將會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和人民生活產(chǎn)生影響。所以制定LNG承壓設(shè)備在線檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)十分必要，且承壓設(shè)備在線檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)已實(shí)施多年，如小在TSG 21—2016等標(biāo)準(zhǔn)中型氨制冷裝置承壓設(shè)備被允許進(jìn)行在線檢驗(yàn)，并附有詳細(xì)的在線檢驗(yàn)技術(shù)要求。LNG裝置的介質(zhì)比小型氨制冷裝置更簡(jiǎn)單，且LNG介質(zhì)的危險(xiǎn)性比氨也要低得多。因此，建議參考小型氨制冷裝置檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?，研究制定LNG裝置承壓設(shè)備基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)的專項(xiàng)要求，以及完善相關(guān)檢測(cè)技術(shù)（如紅外熱成像檢測(cè)）標(biāo)準(zhǔn)，切實(shí)解決LNG接收站承壓設(shè)備在線檢驗(yàn)檢測(cè)的問(wèn)題。

5 結(jié)論與建議

（1）對(duì)我國(guó)LNG接收站承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，對(duì)LNG接收站承壓設(shè)備常規(guī)檢驗(yàn)和RBI在線檢驗(yàn)的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析。LNG接收站中深冷設(shè)備進(jìn)行在線檢驗(yàn)時(shí)，可以采用目視檢測(cè)、瞬變電磁、脈沖渦流、電磁超聲、紅外熱成像檢測(cè)、數(shù)字射線檢測(cè)、真空度檢測(cè)等檢測(cè)手段。檢驗(yàn)需結(jié)合裝置設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，確定檢測(cè)策略，選擇合適的檢測(cè)手段。

（2）分析了我國(guó)在LNG接收站承壓設(shè)備檢驗(yàn)方面的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀后認(rèn)為，我國(guó)LNG接收站承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，建議盡快提出針對(duì)LNG承壓設(shè)備在線檢驗(yàn)檢測(cè)方法的具體要求，并出臺(tái)相應(yīng)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。