TOFD检验技术在海洋平台压力管道检测中的应用

摘要：介绍了采用tofd技术对海洋平台压力管道进行检测，该技术可检测海上压力管道及海底压力管道，并讨论了TOFD技术在海洋平台压力管道检验的优势及局限性。

关键词：TOFD；海洋平台；压力管道；检测

Abstract: This paper introduces the detection of offshore platform pressure pipe using TOFD technique, the technique can detect the pressure pipeline and submarine pipeline, and discusses the advantages and limitations of TOFD technology in the offshore platform pressure pipeline inspection.

Keywords: TOFD; offshore platform; pressure pipe; detection

中图分类号： TU7 文献标识码：A 文章编号：

1.前言

海洋石油平台的压力管道和压力容器在长时间服役后，海水中的氧化剂对海上石油平台的压力管道有很强的腐蚀作用，腐蚀现象普遍存在，一旦发生腐蚀失效，会给生产和人员带来巨大损害，需要监控海上设施结构的状况，若采用常规的无损检测技术检验压力管道和压力管线，则要海上平台处于停工状态才可以实施检测工作，这样造成巨大的经济损失，延长了工期，因而提倡对压力管道进行在役检验。

TOFD检验技术可以对较长管道进行远距离快速检测（如果从一个检测点可扫描到30M管道，该检验技术具有成本低和信息量大的特征【1-6】。TOFD无损检测技术已经成功应用到特种设备无损检验行业，该技术降低了检测成本，提高了检测效率和腐蚀等缺陷的检出率，通过在特种检测行业的实际应用，对海上平台压力管道和压力容器等的腐蚀监测和对接焊缝检测的缺陷检测效率低和检出率低的问题得到解决。

相对于传统的检测技术，TOFD具有以下优点：【7】非破坏性检测，降低检测费用，减少因停工带来的经济损失；可用于海底压力管道的检测；一次检测可以获得一段压力管道全部的腐蚀信息，而且对管道的内外部分具有同样的灵敏度；可提供发现严重腐蚀或者穿孔的预警信息。

2.TOFD定义及检测原理

2.1TOFD的定义

“TOFD”即Time off light diffraction,译成中文是“超声波衍射时差法检测”，TOFD检测技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。极大地提高了缺陷检出率。TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。 此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。

2.2TOFD的技术原理

超声衍射时差技术（TOFD）是一种依靠从检件工件内部结构，主要是指缺陷的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。衍射现象是TOFD技术采用的基本物理原理。衍射现象的解释：波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象，根据惠更斯原理，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。

TOFD技术原理采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。如图2所示【８】。记录信号的飞跃时间就可以测量出缺陷的高度，就可以对缺陷进行定量。缺陷尺寸通常是被定义为衍射信号的飞跃时间。【９】

图2 ＴＯＦＤ方法原理示意图

2.3ＴＯＦＤ主要检测的缺陷图像信息及特征

在实际焊缝对接中，常见的缺陷主要有：气孔，夹渣，未焊透，未熔合，裂纹。主要缺陷图像如下见图４－图６：

图４ １断续未焊透２气孔３夹渣 图５１裂纹２未熔合 图６ １连续未焊透２断续未熔合

３.ＴＯＦＤ技术在海洋平台压力管道的检测应用

在使用ＴＯＦＤ设备对海上平台压力管道进行检测时，检测范围受到塑料或沥青涂料的影响，如果管道在海底，还会受到河床底部沙子的影响；几何结构也会对ＴＯＦＤ检测结果产生影响，曲率的存在会只是衍射信号反馈断层，以致难检测到后面的区域。

对海底压力管线焊接处进行ＴＯＦＤ焊缝平行扫查，示意图见图７和图8。

图7TOFD检测示意图及缺陷图

图8 缺陷波形图

采用TOFD既可发现常规焊缝缺陷，还可以发现垂直焊缝的横向裂纹，该检测技术具有灵敏度高，检验快捷、检验结果准确等特点。

4.TOFD检测技术的优点和局限性

4.1TOFD检测技术的优点

（1）可靠性要好具有对焊缝中部缺陷检出率高的特点，比常规脉冲回波超声检测的可靠性高；

（2）对缺陷垂直方向的定量和定位非常准确，精度误差小于1mm；

（3）该技术检测简便快捷，检出效率高，操作成本低；

（4）一次扫查几乎能够覆盖整个焊缝区域（除上下表面盲区），可以实现非常高的检测速度；

（5）该技术还可用于缺陷扩展的监控，是有效的测量裂纹增长的方法之一。

4.2TOFD检测技术的局限性：

（1）近表面存在盲区，对该区域检测可靠性不够；

（2）对缺陷定性比较困难，不能准确判断缺陷的性质；

（3）对图像判读需要丰富经验；

（4）横向缺陷检出比较困难。

5.结论

TOFD检测技术，在本公司已经成功应用于海上平台和海底管线的检测，为海上平台的定期压力管线检测提供了更好的技术支持，减少了因停工带来的经济损失，该技术在海洋石油压力管线检验项目中具有很广阔的应用前景。

参考文献：

[1].Alleyne D N,Cawley P. Optimizat ion of Lamb wave inspection techniques[J].NDT & International,1992,25(11):11-22.

[2]Lowe MJS,Alleyne DN,Caw ley P,The mode conversion of guided waves by a part-air curnfer entail notch in a pipe[J].Journal of Applied mechanics,1998,65(3):649-656.

[3] Alleyne D N，Lowe MJS，Cawley P.The reflection of guided waves by a part-circumferential notch in a pipe[J]. Journal of Applied mechanics,1998,65(3):635-641.

[4] 伊新.TOFD检测技术基本原理及其应用,中国工程设备，2008,(12):35-38.

[5] 孔立峰 李树学 罗光华 杨景标, TOFD检测技术的应用, 《河北工业科技》,2009，（26）:3:168-171

[6] Alleyne D N，Pavlakovie B,Demma A,et al.Ispezione rapida cd a lungo range di condot t etubiusando guided Waves[J].II giornale delle PND monitoraggio Diagnostica,2003,(3):23.

[7] 孔立峰 李树学 罗光华 杨景标, TOFD检测技术的应用, 《河北工业科技》,2009，（26）:3:168-171

[8] 伊新.TOFD检测技术基本原理及其应用,中国工程设备，2008,(12):53.

[9]姚建辉、王金龙、李海波.浅谈TOFD超声波衍射时差法[J].一重技术，2007，（6）：57.