電磁超音波石化管線檢測新技術

職業安全研究組 蘇世強

石化管線檢測新技術石化管線檢測新技術

煉油、石化業是化工業的龍頭產業，它們特

色是都有密密麻麻的管線，這些管線終年暴露在日

曬雨淋的環境下，一旦發生腐蝕洩漏的工安意外，

小則火苗竄燒，大則發生爆炸，嚴重影響附近居

民生活，因此石化管線的檢測技術就成為確保管

線安全的關鍵因素。

管線腐蝕洩漏釀災 檢測技術待突破

在煉油或石化工廠中，大部份的管線，是由

金屬管材焊接接合成一套管路系統，裡面多運送著

易燃易爆有毒的流體，部分流體因為有保溫或保

冷需求，必須在金屬管材表面包覆一層隔絕材料；

由於管線表面包覆的隔絕材料不易拆解，有的管

線又位於地表下，經年累月長期使用後，會劣化、

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勞動及職業安全衛生簡訊 No.5

電磁超音波

石化管線檢測新技術

腐蝕而降低金屬管線的強度，由於肉眼無法立即察

覺，很容易造成破裂洩漏，導致非計畫性停爐或工

安事故。根據台灣中油公司 100 年 8 月 16 日的統

計資料顯示，以往每年都發生數起管線事故 ( 參閱

圖 1)，其中，管線發生腐蝕洩漏有 45 件，佔工安

事故的 25.71%。

電 磁 超 音 波 ( Electro Magnetic Acoustic

Transducer, EMAT) 的原理

電磁超音波是借助電磁場在金屬介質上產生

勞倫茲力（Lorentz Force，用於非鐵磁性材料）或

磁致伸縮（Magnetostrictive，用於鐵磁性材料）直

接作為發送與接收超音波，因此不像傳統超音波需

要油、水作為耦合劑。它是透過改變磁鐵的結構

和線圈形狀，改變信號發射和接收線圈的排列方

式，藉此分別產生縱波、橫波和表面波等不同模式

的波，來檢測腐蝕或缺陷樣貌。此外，它還可以對

750℃高溫物體表面，以及表面有鏽垢、油漆的物

體直接檢測，這是一般超音波無法做到的。由於探

傷時不需要耦合劑，不存在接觸壓力變化問題，探

傷靈敏度穩定。電磁超音波

電磁超音波的優點

電磁超音波因不需接觸、不需耦合條件就可

操作，適合在高溫或表面粗糙的管線做檢測，但國

內工業界很少有人針對電磁超音波檢測技術進行探

討，勞安所透過一系列實驗來探討電磁超音波訊號

大小與缺陷長度、缺陷深度、缺陷擴展角度之間的

關係，作為日後檢測實務訊號判斷的參考依據。

傳統超音波與電磁超音波 檢測技術大 PK

傳統超音波與電磁超音波 檢測技術大 PK

傳統超音波 電磁超音波

優點

1. 可使用於多數材料 1. 借助電磁場作為發送與接收超音波的介質，所以不需要油、水作為耦合劑。

2. 可作深入內部探傷 2. 透過改變磁鐵的結構與和形狀，改變信號發射和接收線圈的排列方式，就可以分別產生縱波、橫波和表面波等不同模式的波。

3. 測厚及測定物性 3. 可以對高溫物體表面和表面有鏽垢及油漆的物體直接檢測，因而減輕工作量，節約能源。EMAT 甚至能檢測 750℃的高溫物體，一般的超音波無法做到如此高溫。

4. 檢測速度較快並準確 4. 由於探傷時不需要耦合劑，不存在接觸壓力變化問題，探傷靈敏度穩定。

5. 輕便且可保有永久紀錄

限制

1. 操作、判讀較難，需要經驗豐富人員

1. 檢測靈敏度和一般的超音波檢測相比是相對較低，因此使其推廣應用受到了限制。

2. 易受料件形態、結構、表面粗糙度之限制

2. 不能使用於非金屬檢測。檢測對象必須是導電介質 ( 以建立渦流場 )，需要有參考標準作為評定依據，而且其方法的實施還受到試件幾何形狀與尺寸等的限制。

3. 需用耦合劑及參考標準 3. 對於管線焊道、彎管、法蘭與夾持式支撐架等管線特徵，會阻礙 EMAT 掃描機拖曳，唯獨當焊冠很小時才不會損壞線圈。

4. 小而薄之料件檢測較難

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傳統超音波檢測的限制

目前國內煉油及石化業管線定期檢查，大多

採非破壞性的傳統超音波檢測，傳統超音波可使用

於多數不同材質的管線，可深入內部探傷，也能測

量管線厚度及物性，儀器輕便、檢測速度較快、準

確且可保永久紀錄，但儀器操作、判讀較難，需要

經驗豐富人員，而且容易受到管線形態、結構、表

面粗糙度的限制，並且需用耦合劑及參考標準，對

小而薄的料件檢測較難。

電磁超音波的限制

但電磁超音波在使用上也有它的限制條件：

一、電磁超音波需要有參考標準作為評定依據，

而且檢測時還受到試件幾何形狀與尺寸的

限制。

二、檢測對象的工件材質必須具有導電性或鐵

磁性，或兼具導電性和鐵磁性，且檢測對

象必須是導電介質（以建立渦流場）。

三、電磁超音波檢測僅可以做管線缺陷的定性、

半定量檢測，依據示波器波形形狀，判斷

管線缺陷是屬於層狀缺陷或是氣孔。

四、電磁超音波對於管線焊道、彎管、法蘭、

插管與夾持式支撐架等管線特徵，會阻礙

電磁超音波掃描機拖曳，唯獨當焊冠很小

時才不會損壞線圈。

五、電磁超音波的檢測靈敏度和一般的超音波

檢測相比是相對較低，因此使其推廣應用

受到了限制。

圖 1. 台灣中油公司民國 82-99 年發生的管線事故件數圖

超音波設備

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