高压管汇的检测及安全评价技术研究.pdf

石油机械
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CHINA PETROLELM MACHNERY
2012年第40卷第1期
检測诊断
高压管汇的检测及安全评价技术研究
张继信樊媓春李世玉谢永金2吴汉川3
(1.中国石油大学〈北京)机械与儁运工程学院2.中国石油化
工股份有限公司江汉油田分公司3.江汉石油管理局第四机械厂
摘要鉴于传统检测方法的不足,研制了一种基于磁记忆检测原理的高压管汇直管便携式检
测仪。介绍了高压管沈磁记忆检测及评价方法流程,对含典型缺陷的高压管汇进行磁记忆检测,
对其剩余强度进行分析,建立了磁记忆检测信号与剩余强度的评价指标。分析结果表明,磁记忆
检阓信号值与高压管汇的缺陷类型、缺陷尺寸参数具有明显的相关性;检测信号可以较好地反映
缺陷尺寸的变化;高赶管汇的缺陷类型、缺陷尺寸参数与其剩余强度存在一定的定量关系,可据此
关系建立高压管汇的检测评价标准;该研究内客可为高压管汇的定量化安全评价提供一种新思路。
关键词高压管汇磁记忆检测方法剩余强度安全评价
中图分类号:TV115.28+4文献标识码
文章编号:1001-4578(2012)?1-0064-04
测仪可满足以下要求:①检测半径可变,对多规格
言
直管管径有良好的自适应能力;②对高压管汇的缺
陷具有较高的检出率和准确性。
高压管汇在石油化工行业被广泛应用,最新的
Q/SH0170-2008く《石油钴采高压管汇部件通用技1高压管汇检测系统
术条件》规定,高压管汇额定工作压力为14、21、
28、35、42、53、70、105和140MPa,其外径规
系统组成
格繁多。现有高压管汇检测技术主要有水压试验和
高压管汇检测系统主要包括便携式磁记忆检测
超声波探伤等,目的是检测其密封性和表层以下较仪、采集卡、计算机、分析软件及安全评价系统。
浅的损伤,无法从设备损伤的根源(观缺陷或便携式检测仪以105MPa的高压直管(直径为
应力集中区)对其技术状态做出早期评定小-2
63.5m)为最小设计检测直管,它可以通过合页
磁记忆检测技术是20世纪90年代发展起来的片角度变化及增加合页式检测环(传感器单“)
种无损检测技术,主要依据承载铁磁性材料在地的方式来调节检测直径大小,以适应管径变化。
磁场的激励条件下,在应力和变形集中区域出现的1.2检测原理
不可逆的特征磁状态变化,确定下件的微观缺陷或
检测原理如图1所示。便携式检测仪在管汇上
应力集中位置及特征,从而对工件的早期损伤儆出采集到信号后,将信号传输给数据处理系统,经过
明确判断。磁记忆检测在无损检测方面具有忌著的
优越性,无需专门的磁化设备,受提离效应影响
便携式做记し传输电缆「检测信号
忆檢测仪
采集传
分析
小;工作条件要求低,操作快捷、简单、方便,灵
敏度、重复精度和可靠性高,用于高压管汇的损伤
技术措施
损伤评定
管汇安全性评价、
剩余强度分析
检测与状态评价具有良好的发展前景3-。
鉴于传统检测方法的不足及磁记忆检测方法的
1高压管汇检测系统检测原理
特性,中国石油大学(北京)研制了一种基于磁转换、放大滤波后,传送到数据采集卡,数据采集
记忆检测原理的高压管汇直管便携式检测仪。该检卡将数据通过?线、USB或SD传输到电脑上,利
基金项目:国家863计划项目“2500HP大型数控成套裂装备研制”(2009AA063601)的子课题“髙压管件检测评价技术研究”。
2012年第40卷第1期
张继信等:高压管汇的检测及安全评价技术研究
用设计开发的高压管汇损伤检測系统评价软件对管
由图4a可知,对于矩形槽缺陷,不同长度的
汇的损伤状祝进行评价,经分析计算后,得出管汇矩形槽、随着刻糟深度增加,磁记忆检测信号峰峰
损伤处理意见和所要采取的补救措施。
值呈非线性增加,且深度越深,信号峰峰值增加越
大,深度与信号峰峰值呈幂函数变化关系。由图
高压管汇磁记忆检测试验研究
4b可知,磁记忆检测信号峰峰值变化与孔的深度
和孔径有关,随孔缺陷深度的增加而增大,并且深
2.1检测及评价方法流程
度越深,信号增加速度越快,信峰峰值与深度呈
高压管汇的检测及评价方法流程如图2所示
次函数变化关系,孔径越大,信峰峰值越小。
通过检测的磁记忆倍号梯度峰峰值与缺陷类型、形
策形惜长40mm,
状的关系,缺陷类型、形状与管汇剩余强度的关
f
矩形槽长30
系,尝试建立磁记忆信号与高管汇剩余强度的关
系,并建立相关的评价标准。
厘08+矩形长2mm
磁记忆管汇检鉄降类型、 JANSYS计算
泄普吧
y=0.0258x2
0.6
管汇莉余
检测倍号
形状
强度
评价依据(检测倍号与剩余强度的关系)
1.52.02.53,03.54.04.5
矩形深度/m
图2高压管江检测及评价方法流程
a.矩形槽缺陷
2.2含典型缺陷高压管汇的磁记忆检测
t nl
.0569x+0,182
在内压作用下,高压管汇的环向应力远大于轴
=3mm,y=0.0322x
向应力,而缺陷深度和长度的変化对环向应力影响
0.8.0.015G+0
域1す4血m,y=0.0243
较大。因此,轴向缺陷的影响远远大于环向缺陷的
0.60,039+0.Z513
影响。笔者选取轴向刻槽、纵向打孔缺陷作为典型
缺陷类型进行试验研究
分别对含2种典型缺陷的105MPa规格高压管
0.51,01.52.02.53.03,54.04,55,0
汇直管进行检测,缺陷类型为矩形槽和孔缺陷。矩
孔深度/mm
b.孔缺陷
形槽宽6mm,槽深2~4mm,深度间隔0.2mm;
打孔深度0.5~5m,深度间隔0.5mm,孔径分
图4高压管汇缺陷与磁氾忆检测信号的关系
別为2、3、4mm。通过改变传感器型号和提离值
试验结果表明,磁记忆检测信号与典型缺陷损
等参数对管汇试样进行试验,可收到较理想的效伤状态之间具有明显的相关性。
果。部分典型缺陷磁记忆检测结果如图3所示,缺
陷与磁记忆检测信号的关系如图4所示
3含典型缺陷高压管汇剩余强度分析
厚壁管的失效模式主要是局部塑性失效模式,
要保证管汇不失效,应满足内压作用下,缺陷区的
等效应力小于管体材料的许用应力5-?,即有
+(G
采样点数
a.形缺陷
≤
0.2
式中,バ1、の2、3分刑为x、y、x方向上的主应
力,[o」为管柱材料许用工作应力,o,为材料屈
服极限,n为安全系数(取1.2)。
采点数
带缺陷直管既相对通过直管轴线及缺陷中心的
h.孔外铭
平面对称,也相对垂直于直管轴线且通过缺陷中心
图3含不同缺陷高压管汇的磁记忆检测结果
的平面对称,因此,为简化计算,可只取直管模型