超聲導波檢測技術在管道檢驗檢測中的應用

茅根新 顧素蘭 何 磊

（上海寶鋼工業(yè)檢測公司)

超聲導波檢測技術在管道檢驗檢測中的應用

茅根新*顧素蘭 何 磊

（上海寶鋼工業(yè)檢測公司)

介紹了應用于管道腐蝕檢測的超聲導波檢測技術，并以檢測案例來說明該技術在現(xiàn)場的應用情況。

超聲導波檢測 管道 腐蝕 檢測案例

管道運輸已經(jīng)成為繼鐵路、公路、水運、航空之后的第五大運輸產(chǎn)業(yè)。據(jù)有關方面統(tǒng)計，世界上約有三分之一管道的運行故障和安全事故與管道金屬腐蝕有關，及時發(fā)現(xiàn)管道運行中存在的腐蝕，從而為管道的維修、管理提供科學依據(jù)，以確保管道的安全運行，是至關重要的。

管道的腐蝕檢測方法較多，有超聲波測厚、漏磁檢測、磁致伸縮導波檢測、脈沖渦流檢測、低頻超聲導波檢測 （以下簡稱導波檢測）等。

導波檢測 （LRUT）是近二十年來無損檢測領域最具意義的突破性進展之一，它越來越多地被用在石油、化工、能源等行業(yè)管線的缺陷檢測上，并受到歐盟及北美在標準方面的支持。中國的導波檢測國家標準也在制定中。

導波檢測是利用有序排列的壓電晶體產(chǎn)生的導波進行檢測，其具有傳播距離遠、速度快的特點，能快速全面地檢測管道 （包括埋地管道、帶保溫層的管道）的腐蝕情況，可避免漏檢，且可大大降低檢測的成本。下面介紹導波檢測技術及檢測案例。

1 導波檢測技術介紹

1.1 基本原理

導波類似于平板中的板波，也就是蘭姆波。它激發(fā)的超聲波頻率更低 （數(shù)十kHz），它穿透整個管壁，并延管壁傳播數(shù)十甚至上百米。當它在傳播過程中碰到缺陷、異質(zhì)體或結構形狀變化的地方時，脈沖波發(fā)生反射并沿管壁返回傳感器而被接收。這樣一種工作方式?jīng)Q定了這種檢測技術的特點，即完全覆蓋管壁，實現(xiàn)大范圍遠距離掃查。

導波與常規(guī)超聲波檢測特點對比見圖1。

1.2 導波檢測技術的應用范圍、優(yōu)點及局限性

應用范圍：管道、管狀設備等。檢測管道類型：無縫管、縱焊管、螺旋焊管等。導波檢測的優(yōu)點： （1）一個檢測點，可檢測管道兩個方向幾米到上百米的管壁腐蝕 （常規(guī)超聲波檢測只能檢測管壁每點的腐蝕）。 （2）可檢測人員無法接近部位的管壁腐蝕，如埋地管道、穿跨越管道。 （3）檢測速度快、效率高，檢測部位100%覆蓋，無漏檢。 （4）對橫截面上的金屬損失非常敏感，檢測精度可達管道橫截面積的3%。

導波檢測的局限性： （1）導波檢測不能對缺陷定性，定量也是近似的。對可疑部位需要采用其它檢測方法進行確認。 （2）導波檢測對單個點狀缺陷和軸向條狀缺陷較難檢出。 （3）管道環(huán)狀截面發(fā)生變化的結構，如焊縫余高、彎頭及三通等，會影響檢測精度和一次檢測長度。

1.3 導波檢測的DAC曲線

導波檢測定義了4條DAC曲線，如圖2所示。0 dB線——管道的端部反射；-14 dB線——環(huán)焊縫反射；-26 dB線——管道壁厚9%截面損失反射線；-32 dB線——噪聲線。

圖1 導波與常規(guī)超聲波檢測特點對比

圖2 導波檢測DAC曲線

1.4 導波檢測設備

圖3所示為超聲導波檢測系統(tǒng)，擁有24個通道，并具備8方向聚焦能力，可進行縱波檢測（L波）、扭曲波檢測（T波）、多模態(tài)檢測、聚焦檢測等。

此類型導波檢測系統(tǒng)采用多模式檢測方式。每個驅(qū)動模塊上可以安裝3～5個探頭。多模式檢測方式的優(yōu)點是既可以發(fā)射兩種模式的波，又可以接收相同或不同模式的波，極大地增加了缺陷的檢出率。其具有的聚焦功能，可以確定缺陷在環(huán)向的位置和環(huán)向長度，也可以估計出缺陷的深度，區(qū)別長的淺缺陷和窄的深缺陷。

圖3 導波檢測設備

2 導波檢測應用情況及檢測案例

目前，管道敷設方式主要為架空和埋地。由于使用時間較長，管道腐蝕日趨嚴重。對于腐蝕的檢測，如利用傳統(tǒng)的檢測方法，則需要搭拆腳手架、拆除保溫層、大面積開挖等，這樣一來將面臨工作量大、成本較高、缺乏實施條件等問題，而這些管道能否安全運行往往又直接影響到正常的生產(chǎn)。

2.1 導波檢測的應用

對于架空管道和穿跨越河流、道路的管道，檢測時管道很難接近，用常規(guī)方法來檢測，輔助工作量大，檢測成本高。但是，如果采用導波檢測，則可以利用管架平臺或直接選取接近地面等容易靠近的地方，設置一個檢測點，就能檢測兩側幾十米至上百米的管道，大大地降低了檢測難度，見圖4。

圖4 導波檢測的應用

2.2 檢測案例

某石化地區(qū)的一條埋地液化氣管道發(fā)生泄漏，但未確定泄漏位置。由于管道位于市區(qū)的主要交通干道下，無法大量開挖。我們選取了干道旁管道經(jīng)過的一處進行開挖，做為導波檢測點，見圖5。

該管道規(guī)格：?159×5；管道材質(zhì)：碳鋼；防腐層：環(huán)氧煤瀝青；介質(zhì)：液化氣；埋深：約1.5 m。

圖5 交通干道旁設立的坑檢點

經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)離開挖坑約10 m距離處有一個缺陷信號。后經(jīng)開挖確認，在該處管道上有一個直徑約7 mm的泄漏孔，泄漏孔附近有約長130 mm、寬40 mm的長條狀腐蝕坑。整個腐蝕面積占管道橫截面積約4%，見圖6。

圖6 檢測到的泄漏部位

本次選擇多種工作頻率下的T波和L 波進行掃查。T波掃描了20～42 kHz之間的6個頻率，L波掃描了47～76 kHz之間的5個頻率，見圖7。

圖7 檢測頻率

圖8 T波在頻率32 kHz下的A-Scan圖

圖9 T波在頻率27 kHz下的聚焦圖

圖10 T波在頻率42 kHz下的A-Scan圖

圖11 L波在頻率56 kHz下的A-Scan圖

其中，T波在32 kHz下的A-Scan（A掃描）結果見圖8；T波在27 kHz下的聚焦圖見圖9；T波在頻率42 kHz下的A-Scan結果見圖10；L波在頻率56 kHz下的A-Scan結果見圖11。

從圖8～圖11可以看到：T波在32 kHz下的A-Scan圖顯示缺陷很明顯；T波在27 kHz下的缺陷聚焦在一點；T波在42 kHz下的A-Scan圖，在距探頭約8 m處便進入系統(tǒng)噪聲區(qū)，無法檢測到該缺陷；L波在56 kHz下的A-Scan圖，工作波還未形成就進入了系統(tǒng)噪聲區(qū)。這說明，L波和高頻T波在埋地管道檢測中更容易衰減，若要達到較遠的檢測距離，需要選擇較低工作頻率的T波。

在A-SCAN時，發(fā)現(xiàn)了較小波幅的非對稱缺陷波，在綜合聚焦結果后，方能進行有效的判斷。

3 結束語

超聲導波檢測技術由于在檢測在役各類管道中有著獨特的優(yōu)勢，因而越來越廣泛地在多個行業(yè)中得到應用。作為一種新型的檢測技術，要了解、掌握并更好地應用，還需要在檢測中不斷地經(jīng)累經(jīng)驗和檢測案例。

Application of Ultrasonic Guided Wave Testing Technology in Pipe Examination and Inspection

Mao Genxin Gu Sulan He Lei

This article introduced ultrasonic guided wave testing technology applied in corrosion inspection of pipelines,several inspection samples were listed out to illustrate the practical application of the technology.

Ultrasonic guided wave testing;Pipeline;Corrosion;Inspection sample

TQ 056.1

*茅根新，男，1958年7月生，工程師。上海市，201900。

2011-07-11）