超声导波在压力管道腐蚀检测中的应用.pdf

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1、第 1 1 期 5 7一 超声导波在压力管道腐蚀检测中的应用 郭宏川 ( IN J l I 省 自贡市特种 设备监督检验所 ， 四川 自贡 6 4 3 0 0 1 ) 摘 要 在用压力管道的失效多数是由腐蚀减薄或局部腐蚀泄漏引发的。常规检测方法 ( 射线、超声波、磁粉、渗透检 测 )针对性不强，盲目性大。本文主要介绍 了目前检测领域的新技术一超声导波在压力管道腐蚀检测中的应用特点，以及 与常规检 测方法相 比较 的优缺点 。 关键词超声导波；压力管道；腐蚀检测；应用 1 概 要 1 1 压力管道的特点 压力管道 与锅 炉 、压力容器 的结 构、用材 、 使 用环境等各方面存在很大 的不同，具有

2、如下特 点：( 1 ) 种类多，数量大，设计 、制造 、安装 、应 用等 管理环节 多；( 2 ) 长细 比大 ，跨越 空间大 ，边 界条件复杂 ；( 3 ) 现场安装工作量大；( 4 ) 材料应用 种类多，选 用复杂 ；( 5 ) 管道及 其元件 生产厂家规 模 较小，产 品质 量保证较差 ；( 6 ) 长输 管道与燃气 管道基本上为埋地敷设，热力管道为管沟敷设 。 1 2常规方法 的优缺点 现行压 力管道检验 的常 规方法有射线检测 、 超声检 测和磁粉 检测 、渗透 检测【 ” ，主要用于焊 接缺陷 以及使用过程 中产 生的裂纹等新增缺 陷。 在 压力管道检测应用 中的优 点有 ：直观

3、、技术成 熟、简单方便 ；不足有 ：采 用超声和射线等常规 无损检测方法对压力管道焊 缝 内部检验的盲 目性 大 。超声检测 易受检验人 员的工作状态 、技术水 平 能力和责任心 的影 响，超 声检测还受到管道直 径和壁 厚的限制 ；射线检测对裂 纹类缺陷的检 出 灵敏度 受照射 角度 的影 响较大 ，易出现对严重缺 陷 的漏检 ；磁粉 检测只限于铁磁性材料 ；渗透检 测 只限于开 口型缺陷，并对检测表面 的粗糙度 、 环境温度 、光照强度等有一定具体要求。 对压力 管道失效案列 的统计分析发现 ，多数 案例都是腐蚀减 薄或局 部腐 蚀泄漏 引发 的，常规 检测方法在压 力管道腐蚀 检测 中针

4、对性不强 、盲 目性大，因此，完全有必要引入新 的检测方法 。 2 管道超声导波检测原理及适用范围 2 1 导波 的概念 1 9 5 9 年 ，D C Ga z i s 提 出了线弹性理论 ，推导 出了纵 向模态和扭转模态 导波在 空心圆柱壳中传 播 的理论表达式并进 行了数值计 算，建立了弹性 管的导波理论 。 所谓 导波 ，就 是 导波 中的 弹性 波 。当介 质 的几何尺 寸小于波 长时，介质不 能视为无限大， 纵波和横波不 能同时独立存在 ，这时弹性波在 介 质 中的传播依赖于介 质的几何结 构，就产生了导 波 。导波 的形成机 理极其复杂 ，其 由弹性波在 介 质界面上不 断反射 、

5、折射 、干涉 以及波 形转换 而 形成的 2 ，其过程如图1 所示。 图1 导波形成过程示意图 导波 具有频 散性和多模态性 。由于导波 的相 速度和频率有关 ，对于检测 的窄带脉冲 ，不 同频 率成分具有不 同的传播速度 ，从而 导致 导波波包 的形状发生变化 ，产生频散现象 。管道 中的导波 有纵向模态 、扭转模态和弯 曲模态 ，常用 的检测 导波模态是L ( 0 ，2 )模态和T ( 0 ，1 )模态 。 2 2导波检测 的基本原理 导波检测 系统通常 由探头 、导波激励单元 、 导波接收单元和检测信号处理单元组成 。导波激 励单元产生导波信号并将其放大 ，施加在探头上 作者简介：郭宏川

6、 ( 1 9 6 9 一)，男，四川自贡人，大学本科，正 高级工程 师。在四川省 自贡市特种设 备监督检验所从事锅炉压力容 器检验检测及研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m5 8 一 一 故障诊断 石油和化工设备 2 0 1 4 年第 1 7 卷 产生导波 ，导波从 固定在管道周 向的探头模块 ， 沿管道壁 以适当的声波模式发射低频超 声波 ( 这 些低 频声波 属超 声波范畴 )。超 声波探 头模 块在 管道的环 向 以均 匀的间隔排列 ，使得 声波 以管道 轴 芯为对称传播 。在遇 到管道壁 厚发生变化 的位 置 ，无论增加或减少 ，一定 比例 能量

7、被反射 回到 探头 ，形成检测 回波 ，因此为检测不连续性提供 了机理 。导波在压力管道 中的传播速度v 可以由频 散 曲线获得或者通过 已知的特征信号标定 。通过 测量 导波发射时刻和 回波到达时刻 的时 间差t ， 可 以计算 出缺陷距离探头 的位置s =v t 。这 样可 以利用超 声波反馈回来的信号 ，判断管道壁 厚的腐蚀程度和位置 ，如图2 、图3 。 船 弯头 图2 珲缝 一 腐蚀 弯头处焊缝 信 号 强 匿 传惑器探头环泣置 图3 支撑腐蚀 l 检洲距离 2 _ 3适用 范 围 超 声 导波 适 用 于石 油 、天 然气 管 道及 石 化 装置 、电厂管道、穿公路 、过河、套管和

8、埋地管 线、高架管、海上平台竖管等场合 。 3管道超声导 波检测优缺 点 3 1 管道超声导波检测的优点 ( 1 ) 可对管道实施 1 0 0 快速检测 ，可覆盖管道 所有检测 区域 ，管道壁 内任何位置的缺陷都可能 被检测到；( 2 ) 检测用时短 ，检测效率极高 。完成 一次导波检测仅 需数秒时间，相 对于其他检 测方 法 检 测 用 时 大 大减 少 。在 同 一位 置 可 以检 测 几 十 米至上百米 ，同一位置 可实现双 向检 测。某检 验 机构 曾在跨越黄河 的管道检测 时，创造 了检测 距 离单侧1 8 0 m的成 功记录 。( 3 ) 检测灵敏度 高，对 管道 内外腐蚀具有同样

9、 的灵敏度 ；f 4 ) 可对 使用 常 规检测方法 时，检测人员 、仪器设备无法到达 的 区域或位置实施检测 ，如套管 、穿公路 、过河 的 埋地管线 、水下管线等检测人员难 以接近 的管道 位置实施检测；( 5 ) 检测流程简单、检测成本低 ， 除探 头安装 区域 需要开挖或拆除保温外 ，其他处 可不开 挖 、不拆保温层、不破坏 压力管道的配套 结构；f 6 1 自动识别纵波和扭转波 ，可 区分管道 的 腐蚀情况和管道的特征 ( 焊缝、支撑、弯头、三 通等 )；( 7 ) 模块式探头 ，将探头组合到相应管径 的膨胀圈上 ，适用性和性价 比较 高，最大检测 管 径可达 7 2 英 寸：( 8

10、 ) 高灵敏 度 、低 噪音 ，定位 准 确 ，当探头永久性地布置在压力 管道上 ，压力管 道工作 时实时监测 ，可实现在线检测；( 9 ) 与计算 机高速通讯 ，能够 进行实时采集 和快速 自动特 征 分析 ，自动生成检测报告；( 1 0 无需液体耦合剂 ， 采用气泵给探头施加压力保证探 头与管道充分接 触 。 3 2导波 技术 的局 限性 f 1 1 当压 力管道存在严重腐蚀时 ，会 引起超声 导波信号严重衰减，大大缩短了有效检测距离 ； ( 2 1 超声导波检测技术无法发现截面损 失小于检测 灵敏度的裂纹 、 腐蚀孔等细小缺 陷；( 3 ) 超声导波 检测距离受沥青防腐层 、埋地周 围介质情况等包 覆介质特性影 响很大 ；( 4 ) 超声导波检测 范围内不 能有太多的弯头，一般不得超过2 3 个 ；( 5 ) 超声导 波检测 的缺 陷信 号以焊缝信号为基准评价 ， 由于 焊缝信号大小有波动，会影响缺陷信号的评价。 4超声导波与传超统声波检测的区别 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m