馮立衛(wèi)，陳偉杰

［中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300452］

腐蝕是海上平臺設(shè)施及油氣集輸系統(tǒng)運行中面臨的一個重大、潛在風險，對生產(chǎn)系統(tǒng)進行定期的腐蝕與防護監(jiān)測，是保障安全生產(chǎn)的一個重要和必要的措施。通過對生產(chǎn)系統(tǒng)管線、設(shè)備進行腐蝕監(jiān)檢測和腐蝕評估，提出腐蝕防護、維修的計劃方案，并對腐蝕防護、修復(fù)的過程進行跟蹤、評估和優(yōu)化，能夠有效地保證安全生產(chǎn)。由于管線流體中含有H2S、CO2等腐蝕性氣體嚴重影響管道內(nèi)腐蝕，其作為影響管道安全運營的重要因素，已經(jīng)成為海洋石油工業(yè)安全作業(yè)最關(guān)注的問題之一。及時有效地監(jiān)測管道因腐蝕造成的壁厚減薄程度，可以及時地對管道進行維護，延長其使用壽命，同時大幅減少因管道腐蝕而發(fā)生的安全事故，降低不必要的經(jīng)濟損失。圖1與圖2為某海上油田腐蝕監(jiān)測信息。

圖1 點位腐蝕程度分類

圖2 不同流體系統(tǒng)腐蝕程度

目前腐蝕監(jiān)測主要依靠防腐掛片，便攜式超聲波測厚，海管內(nèi)腐蝕檢測。

依靠定期檢驗腐蝕掛片，來確定腐蝕速率，掌握管線內(nèi)腐蝕情況是常用的手段之一。但是其檢測周期長，檢驗點固定，每次檢驗不能覆蓋全部掛片，且對沒有安裝掛片的管線腐蝕不能進行有效的監(jiān)測。另外，當腐蝕掛片密封受損時，沒有停產(chǎn)機會是無法進行檢驗和更換的。圖3是某海上油田管線內(nèi)腐蝕掛片監(jiān)測情況。

圖3 腐蝕掛片監(jiān)測情況

便攜式超聲波測厚儀，可以對生產(chǎn)設(shè)備中各種管道和壓力容器進行壁厚測量，監(jiān)測受腐蝕后的減薄程度[2]，但受到人員操作習(xí)慣以及溫度、耦合劑、管道涂層等的影響，測厚結(jié)果具有一定的隨機性，也不能及時反映重點監(jiān)測區(qū)域壁厚減薄的情況，采集壁厚需要依靠現(xiàn)場人工作業(yè)，同一個位置不同作業(yè)人員測出來就會有差異，很難原位比較每次測量的位置都可能有偏差，對應(yīng)的數(shù)據(jù)也很可能不同。另外對一些人員不易到達的位置，需要浪費大量人力物力來支持壁厚檢測。

海管內(nèi)腐蝕檢測主要依靠智能清管球作業(yè)，通過電子幾何檢測以及漏磁檢測采集管道數(shù)據(jù)，進行管道內(nèi)檢測。除獲取基礎(chǔ)管線幾何數(shù)據(jù)，如里程、管節(jié)、焊縫、彎頭半徑等外，幾何檢測還對如下缺陷進行識別和測量：凹陷、橢圓變形、最小彎頭半徑以及最小內(nèi)徑等，并對漏磁或超聲智能檢測器的通球可行性，提供數(shù)據(jù)支持。漏磁檢測器通過強磁鐵產(chǎn)生高磁通量通過管壁，遇到管壁中的金屬損失點、材質(zhì)變化等傳感器會接收到磁通量的變化，可以檢測管道內(nèi)外腐蝕、環(huán)焊縫缺陷、管道金屬外接物、管道材質(zhì)硬疤等缺陷。

電磁超聲監(jiān)測技術(shù)是無損檢測領(lǐng)域新興的技術(shù)，可以實現(xiàn)在線壁厚監(jiān)測。與傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比，它具有精度高、不需要耦合劑、非接觸、適于高溫檢測以及容易激發(fā)各種超聲波形等優(yōu)點。

1 基本原理

電磁超聲檢測技術(shù)（Electromagnetic Acoustic Transducer，EMAT）激發(fā)和接收超聲波的先進無損檢測方法。勵磁器、線圈和待檢件是構(gòu)成EMAT 的三個重要組成部件。其中，勵磁器提供外加磁場，可以采用永磁鐵或電磁鐵。永磁鐵體積較?。浑姶盆F去磁速度較快，一般分為直流電磁鐵和交流電磁鐵。線圈內(nèi)加載高頻交流電，用以在待檢件中產(chǎn)生渦電流[1]。

EMAT能夠通過線圈激發(fā)和接收超聲波信號，同時線圈可以產(chǎn)生漏磁和渦流信號，通過一個傳感器可以同時獨立發(fā)射3種信號，綜合分析后可以更好地得出腐蝕的尺寸和缺陷的特點。

電磁超聲探頭由永磁鐵和線圈兩部分組成。當被測物體接近探頭時會受到兩種磁場的交互作用，洛倫茲力和磁致伸縮效應(yīng)使被測物體材料自身產(chǎn)生超聲波。電磁超聲的超聲波通過被測金屬本身激發(fā)產(chǎn)生，超聲波從被測金屬表面?zhèn)鬟f到管壁另一端回彈信號，再次經(jīng)過金屬表面轉(zhuǎn)換為電磁信號被探頭獲取，得到壁厚值。因此電磁超聲監(jiān)測探頭不需要與管壁進行耦合，甚至可以不發(fā)生接觸，可以用于壁厚長期實時在線監(jiān)測。圖4顯示壓電超聲波與電磁超聲波測厚對比。

圖4 壓電超聲波測厚與電磁超聲波測厚對比

2 系統(tǒng)概述

Q/TNOV TIM-2019電磁超聲壁厚監(jiān)測系統(tǒng)由探頭、主機、光電復(fù)合纜、終端盒和服務(wù)器（配套鍵鼠和顯示器）組成，探頭和主機安裝在監(jiān)測區(qū)，終端盒和服務(wù)器安裝在設(shè)備間，光電復(fù)合纜由主機端連接至終端盒。圖5是電磁超聲壁厚監(jiān)測系統(tǒng)整體構(gòu)成。操作軟件安裝在服務(wù)器中，可在本地使用，也可以通過局域網(wǎng)內(nèi)訪問使用。在線超聲波EMAT系統(tǒng)探頭（圖5中①）、主機（圖5中②）和光電復(fù)合纜（圖5中③）是不可拆卸的固定連接方式。

圖5 整體系統(tǒng)構(gòu)成圖

3 系統(tǒng)安裝調(diào)試

3.1 該系統(tǒng)安裝簡便

傳感探頭安裝在指定的管道監(jiān)測區(qū)，安裝之前，要用壓電超聲波測厚儀進行初始壁厚的采集，探頭通過磁吸安裝在管道表面并通過不銹鋼綁帶緊固在管道上（如果管道表面是PE層，厚度大于3.5mm，需要輕微磨至3.5mm以下），探頭與管道接觸面積為50mm×60mm，高度為85mm，感應(yīng)區(qū)為15mm×20mm。

傳感主機與探頭之間的連接線長度為1.5m，因此傳感主機需安裝在探頭附近1.5m的支架，傳感主機的朝向不受限制。

服務(wù)器、顯示器和終端盒安裝在監(jiān)控室內(nèi)，供電電源為220V。光電復(fù)合纜的插頭分別插在終端盒的光口和電口上，服務(wù)器網(wǎng)口A與終端盒網(wǎng)口相連。

3.2 該系統(tǒng)使用快捷

服務(wù)器開啟后，打開http://10.168.1.128:48000/index.html即可進行系統(tǒng)登錄，系統(tǒng)分為管理員賬戶和普通賬戶，方便分級管理。

管理員賬戶，可使用“首頁、主機設(shè)置、監(jiān)測設(shè)置和數(shù)據(jù)計”四個模塊，供主管人員調(diào)整設(shè)置使用。普通賬戶，可使用“首頁和數(shù)據(jù)統(tǒng)計”兩個模塊，日常運行時采用此用戶，避免被無關(guān)人員誤操作。

3.3 該系統(tǒng)調(diào)試方便

使用前，只需在設(shè)置中添加主機，填寫主機ID和探頭數(shù)，在監(jiān)測設(shè)置中添加監(jiān)測區(qū)。

監(jiān)測區(qū)可以設(shè)置：名稱、所屬主機ID、監(jiān)測周期、設(shè)計壁厚、最小允許壁厚、操作溫度、操作壓力、材質(zhì)、介質(zhì)類型、管道直徑、投用時間、圖片（≤1M，可上傳監(jiān)測區(qū)圖片并將監(jiān)測點移動到對應(yīng)位置）。

監(jiān)測點可以設(shè)置：監(jiān)測點名稱、所屬探頭ID、聲速設(shè)定、初始壁厚、監(jiān)測點簡稱。

上述兩項參數(shù)設(shè)置完成后，即可為終端盒接通電源，系統(tǒng)運行。首頁顯示壁厚柱狀圖、報警數(shù)、異常數(shù)和總體數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計。

3.4 該系統(tǒng)具有可追溯性

在數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面，可查看系統(tǒng)的監(jiān)測整體情況，包括數(shù)據(jù)量、最新監(jiān)測時間、報警數(shù)，報警記錄，下屬監(jiān)測區(qū)的壁厚、腐蝕速率和剩余壽命等。

監(jiān)測區(qū)可查看更加具體的數(shù)據(jù)圖表。支持報警信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢，可以導(dǎo)出Excel版報表，包括監(jiān)測區(qū)的信息、報警日志和數(shù)據(jù)曲線。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

TiM 電磁超聲壁厚監(jiān)測系統(tǒng)此次是在渤海某油田首次應(yīng)用，選擇安裝在壁厚減薄嚴重的海管彎頭處，系統(tǒng)投用以來，一直平穩(wěn)運行。圖6是超聲壁厚監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測點趨勢圖。

圖6 監(jiān)測點曲線

5 推廣前景

超聲探傷的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景是提高缺陷定量準確度和檢測速度，實現(xiàn)自動化檢測和控制。擴大超聲成像法和電磁超聲法的應(yīng)用。解決高溫探傷和測厚問題和極薄層測厚問題。

由于超聲波產(chǎn)生于被測物體自身，因此不必像常規(guī)壓電超聲測厚探頭需要耦合，不受表面狀態(tài)影響，甚至可以不需要與材料表面接觸。在線壁厚超聲波技術(shù)EMAT系統(tǒng)具有無須耦合劑、非接觸、耐高溫、實時監(jiān)測等特點，測量厚度精確、快速，此技術(shù)手段具有廣泛的應(yīng)用前景。

電磁超聲壁厚監(jiān)測系統(tǒng)，適用于壁厚異常的重要設(shè)施或者難于作業(yè)的空間內(nèi)設(shè)施（如舷外管線、高空管線等）的長期監(jiān)測。主要優(yōu)勢如下：

廣泛適用于工業(yè)常見的鐵磁性金屬材料；無須耦合劑，可非接觸測量，可穿透涂層測量；測量表面要求低，無須打磨處理；適用于管徑DN50至平面，壁厚3~50mm；壁厚測量精度±0.012 5mm；可自動計算腐蝕速率和剩余壽命；監(jiān)測周期可根據(jù)需求自定義；防爆設(shè)計，在油氣環(huán)境內(nèi)安全可靠；安裝便利，免維護。