绝缘层下腐蚀 (CUI)检测技术

介绍

• 绝缘层下腐蚀 (CUI) 对当今许多工厂的在线可靠性构成了真正的威胁。这种腐蚀可能导致通常不是检查程序主要关注的区域发生故障。故障通常是局部腐蚀的结果，而不是大面积的普遍损耗。这些故障可能具有灾难性，或者至少在停机和维修方面产生不利的经济影响。美国石油学会规范 API 570《在用管道系统的检查、维修、改造和迭代》于 1993 年 6 月首次发布，该管道规范将 CUI 列为特别关注的问题。通常，就像 API 653 和《清洁水法》一样，API 规范成为行业标准，法规要求组织维持符合该标准的程序。在这种情况下，OSHA 1910 是强有力的规则。

  由于绝缘覆盖层会掩盖腐蚀问题，因此很难发现 CUI，直到为时已晚。拆除绝缘材料的成本很高，尤其是涉及石棉时。目前有许多方法用于检查绝缘材料下的腐蚀情况。主要方法是剖面射线照相术、超声波点读数和绝缘材料拆除。现在可用的另一种方法是实时 X 射线。事实证明，实时 X 射线是一种安全、快速且有效的工厂管道检查方法。

绝缘层下腐蚀何时发生？

• 碳钢和 300 系列不锈钢会出现此问题。碳钢会出现普遍或局部壁损。不锈钢管道经常出现点蚀和腐蚀引起的应力腐蚀开裂 (CISCC)。虽然故障可能发生在很宽的温度范围内，但腐蚀在 32°F (0° C) 至 300°F (149° C) 之间的温度范围内会成为钢材的重大问题，在 200°F (93° C) 左右最为严重。当工作温度恒定在 300°F (149° C) 以上时，很少发生腐蚀和 CISCC(1)。绝缘层下腐蚀是由于水进入绝缘层而引起的，绝缘层会像海绵一样将水困在与金属表面接触的地方。水可能来自雨水、泄漏、雨水系统水、洗涤水或温度循环或低温操作（如制冷装置）产生的汗水。

易受 CUI 影响的系统

• API 570 指定以下区域易受 CUI 影响：

  暴露于冷却水塔雾化喷洒的区域。 暴露于蒸汽排放口的区域。 受到洪水系统影响的区域。 容易发生工艺溢出、湿气侵入或酸性蒸汽的区域。 碳钢管道系统，包括为保护人员而绝缘的管道系统，工作温度在 25° F 至 250° F（-4° C 至 120° C）之间。当工作温度导致大气水分频繁凝结和再蒸发时，CUI 尤其具有侵蚀性。 碳钢管道系统通常在 250° F (120° C) 以上的温度下运行，但属于间歇性使用。 从绝缘管道中伸出的死角和附件在与活动管线不同的温度下运行。 奥氏体不锈钢管道系统在 150° F 至 400° F（60° C 至 204° C）之间运行。这些系统易受氯化物应力腐蚀开裂的影响。 振动管道系统容易对绝缘护套造成损坏，从而为水的侵入提供通道。 蒸汽追踪管道系统可能会发生追踪泄漏，尤其是在绝缘层下方的管道配件处。 管道系统的涂层和/或包装材料已损坏。 为了测量绝缘管道的厚度而拆除绝缘塞的位置应受到特别注意 (2)。

  所有设备都会在某个时候关闭。设备在环境温度下停机的时间长度和频率很可能会影响设备绝缘层下腐蚀的程度。使用传统检查方法调集所需资源来处理这一大批管道将是一项艰巨的任务。实时 X 射线的优势就在于此。一旦确定受损区域，后续 X 射线和超声波可以测量外部腐蚀造成的损失。这些技术无法检测不锈钢中的 CISCC。

替代检查方法

• 目前的绝缘层下腐蚀检测方法有：

  剖面射线照相术

   

  图 1：剖面射线照相术

  曝光由管壁的一小部分组成。使用诸如 Ricki T 之类的比较块来计算管道的剩余壁厚。曝光源通常是铱 192，而较厚壁的管道则使用钴 60。（见图 1。）

  剖面射线照相术是一种有效的评估方法，但在直径超过 10 英寸（25.4 厘米）的管道系统中，技术难度较大，而且只能验证相对较小的区域。
  该技术无法检测不锈钢中的 CISCC。此外，辐射安全可能是一个真正的问题。检查期间，没有人可以在该区域内工作，这可能导致停机和人力调度冲突。

  超声波厚度测量

   

  图 2：UT 检测

  这是一种有效的方法，但仅限于小区域。（见图 2。）切割绝缘孔并用盖子或盖子盖住孔的成本很高。切割足够多的孔以获得可靠的结果是不切实际的。如果不小心恢复绝缘层上的检查孔，绝缘层上的检查孔可能会损害绝缘层的完整性并加剧绝缘层下腐蚀问题。该技术无法检测不锈钢中的 CISCC。

  移除绝缘层
  最有效的方法是移除绝缘层，检查管道表面状况，然后更换绝缘层。这种方法可以检测不锈钢中的 CISCC；可能需要涡流或液体染料渗透检测。这也是成本和时间损失最高的方法。移除绝缘层的后勤工作可能涉及石棉及其伴随的并发症。如果在管道运行时移除绝缘层，可能会出现与工艺相关的问题。

  红外线
  在适当的条件下，红外线可用于检测绝缘层中的潮湿点，因为干绝缘层和湿绝缘层之间通常存在可检测的温差。湿绝缘层下方的区域极有可能发生腐蚀。

  中子背散射
  该系统设计用于检测管道和容器上的潮湿绝缘材料。放射源向绝缘材料发射高能中子。如果绝缘材料中有水分，氢核会减弱中子的能量。该仪器的测量仪探测器仅对低能中子敏感。向检查员显示的计数与绝缘材料中的水量成正比。每个时间段的计数低表示水分含量低。

实时放射摄影

图 3：

• 荧光透视检查可以透过绝缘层清晰地看到管道外径，并在检查期间观看的电视型监视器上产生管道外径 (OD) 的轮廓。无需使用或冲洗胶片。实时设备有一个源和连接到 C 臂的图像增强器/探测器。（见图 3。）目前市场上有两大类 RTR 设备；一类使用 X 射线源，一类使用放射源。每种设备都有自己的优点和缺点，但 X 射线系统的分辨率远高于同位素型设备 (3)。

  X 射线数字透视设备的最大工作电压为 75 KV，属于低电平电源，但电压可调，以获得最清晰的图像。这样可以在操作单元甚至密闭空间中安全无干扰地运行。辐射不会像更强大的伽马射线或 X 射线那样穿透管壁，而是会穿透绝缘层并对管道外壁的轮廓进行成像。辐射是由电产生的，因此仪器在断电时非常安全，而用于壁面拍摄的铱 192 即使在相机内屏蔽时也会不断产生伽马辐射。因此，伽马射线相机在所有操作（包括运输和装运）期间始终需要仔细的监督和控制。带有电产生 X 射线的系统在运输方面要方便得多。

  新系统配有平视视频显示器。头盔式护目镜型视频显示器解放了系统操作员的双手，使他们能够操纵 C 臂，同时始终将图像保持在操作员面前。平视显示器还可以通过遮挡阳光来提高解释能力。可以使用视频打印机在现场打印视频图像，也可以使用标准 VCR 录制视频图像以供日后评估。

执行检查

• 使用上面列出的排序标准，可以对可在合理时间范围内管理的管道清单进行优先检查。然后，CUI 检查人员将逐一检查管道。

  “C”形臂是用于扫描管道的实际设备。一侧的阴极射线管产生 X 射线，将其发射到另一侧的接收器。操作员操纵臂绕过管道，通过安全帽上的黑白平视显示器引导它。典型的扫描将沿管道向上移动，同时将臂向轨道两侧移动约 45°。然后，C 形臂旋转 180°，以类似的方式向下扫描管道。旋转 90° 后，重复上下过程。

结果

图 4：锈蚀示例 图 5 图 6

• 对于外行人来说，屏幕上的图像似乎表明腐蚀非常严重。然而，屏幕上显示的是锈蚀的剥落（见图 4 和 5）。以这种方式进行检查，检查员可以在短时间内检查大量管道。

   

局限性

• 该系统的主要限制之一是 C 臂。有几种尺寸的 C 臂可供选择。制造商已成功检查直径达 24 英寸的管道。这些系统最初不是为现场设计的，而是为实验室工作设计的。

  这一限制已得到解决，如今可用的系统更加强大。然而，它们仍然需要非常小心和注意。总会有一定比例的管道无法使用实时 X 射线。最典型的例子是紧密嵌套的管道之间的中心线，管道之间几乎没有间隙。最后，虽然 X 射线的能量很低，但它们仍然是辐射，因此必须极其谨慎地使用该系统

实时射线照相技术用于定位管道部件，以进行可靠的材料识别程序

• 埃克森研究与工程公司的 Alan Wolf (2) 最近写道：“多年来，该行业经历了数起事故，其根本原因是材料安装不当。”他还建议，在寻找管道部件时，实时 X 射线是替代绝缘去除的有效方法。使用正确的实时射线照相程序进行广泛的现场测试，已证明在检测焊缝冠部至少为 1/32 至 1/16 英寸（1-2 毫米）的环形焊缝时，现场可靠性达到 99%。