新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在壓力管道在線檢測(cè)中的應(yīng)用研究

雷玉蘭

摘要：綜合介紹了超聲導(dǎo)波，聲發(fā)射，漏磁技術(shù)三種新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，重點(diǎn)研究其在壓力管道檢測(cè)中的應(yīng)用，分析總結(jié)了這些技術(shù)現(xiàn)有的不足及未來(lái)的研究方向。

關(guān)鍵詞：超聲導(dǎo)波聲發(fā)射漏磁壓力管道

中圖分類號(hào)：TH87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（b）-0001-01

壓力管道屬于特種設(shè)備，廣泛存在于各類工礦企業(yè)中，特別是石化及能源行業(yè)，其運(yùn)行的安全性直接關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。壓力管道具有運(yùn)行壓力高，使用介質(zhì)多為有毒，可燃，或具有腐蝕性的特點(diǎn)，在使用過(guò)程中，容易出現(xiàn)裂紋、腐蝕坑等缺陷，從斷裂力學(xué)的角度，微小缺陷若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)展后將直接導(dǎo)致管道不可逆的損壞，影響壓力管道的安全使用。因此，有必要提高壓力管道檢驗(yàn)檢測(cè)時(shí)缺陷的發(fā)現(xiàn)率。隨著無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到壓力管道的檢驗(yàn)檢測(cè)中，在一定程度上提高了壓力管道檢測(cè)安全的時(shí)效性和可靠性。

1新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)述

（1）超聲導(dǎo)波技術(shù)。

導(dǎo)波屬于超聲波的一種，即在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播的超聲波。導(dǎo)波具有頻散特性，一次激發(fā)的導(dǎo)波在不同的材料和不同的幾何形狀中傳播時(shí)其頻率和群速度具有特定的關(guān)系，可用頻散曲線進(jìn)行描述，當(dāng)工件內(nèi)出現(xiàn)缺陷引起結(jié)構(gòu)變化時(shí)，接收到的導(dǎo)波回波將發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)缺陷波形的信號(hào)分析，可對(duì)缺陷進(jìn)行判斷和定位。目前的導(dǎo)波檢測(cè)主要使用的是單一的L（0，2）模態(tài)的導(dǎo)波，該模態(tài)導(dǎo)波在管線中傳播時(shí)，由于衰減小，覆蓋范圍廣，相比較于常規(guī)的脈沖時(shí)差法超聲波逐點(diǎn)檢測(cè)的方法，導(dǎo)波檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離檢測(cè)，除了能檢測(cè)發(fā)現(xiàn)焊接接頭的內(nèi)部缺陷缺陷，還能能檢測(cè)出管內(nèi)表面、材料內(nèi)部及外表面的缺陷，特別是管內(nèi)大面積腐蝕，從而實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。在國(guó)外，導(dǎo)波技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化，如英國(guó)的wavemaker公司已有成熟設(shè)備出售。而國(guó)內(nèi)導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)研究起步較晚，現(xiàn)已有多家研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室仿真，研究重點(diǎn)在于多模態(tài)導(dǎo)波的激勵(lì)與接收，導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備的成型以及缺陷波形的分析處理。

（2）聲發(fā)射。

聲發(fā)射即固體材料或構(gòu)件因受力產(chǎn)生塑性變形至斷裂的過(guò)程中，儲(chǔ)存的應(yīng)變能斷續(xù)地釋放發(fā)射出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象，通過(guò)接收和分析材料的聲發(fā)射信號(hào)可以評(píng)定材料的性能或監(jiān)測(cè)構(gòu)件的破壞過(guò)程從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備探傷。圖1表示聲發(fā)射檢測(cè)原理。被檢工件中存在活動(dòng)性缺陷，在外加應(yīng)力的作用下從缺陷處釋放出的彈性波被置于工件表面的傳感器接收后經(jīng)放大處理，通過(guò)波形分析確定缺陷的性質(zhì)。聲發(fā)射檢測(cè)屬于動(dòng)力學(xué)檢驗(yàn)，對(duì)線性缺陷尤為敏感，可獲取缺陷的連續(xù)信息實(shí)現(xiàn)管線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）磁記憶檢測(cè)。

磁記憶檢測(cè)技術(shù)是在傳統(tǒng)的磁粉檢測(cè)技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一門針對(duì)鐵磁性材料的無(wú)損檢測(cè)方法，也稱漏磁檢測(cè)技術(shù)，是在20世紀(jì)90年代由俄羅斯科學(xué)家提出。在地磁場(chǎng)中，鐵磁性材料的磁性能在應(yīng)力集中區(qū)和形狀突變區(qū)會(huì)產(chǎn)生永久性變化，即具有磁記憶性，使得金屬構(gòu)件的表面磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他區(qū)域，從而形成漏磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)漏磁場(chǎng)的檢測(cè)可確定被檢設(shè)備的應(yīng)力集中區(qū)和形狀突變區(qū)。相較于傳統(tǒng)的磁粉檢測(cè)技術(shù)，金屬磁記憶檢測(cè)不需要外加磁場(chǎng)，設(shè)備便攜性好，可實(shí)現(xiàn)缺陷和應(yīng)力集中區(qū)的快速篩查。

2新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在壓力管道檢驗(yàn)中的應(yīng)用

按照TSG D0001-2009的要求，工業(yè)壓力管道需要進(jìn)行定期檢驗(yàn)，常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法主要適用于停車后的全面檢驗(yàn)，很難做到在線監(jiān)測(cè)以及壽命評(píng)估。而上述三種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)早期診斷和在線檢測(cè)。特別是在電力和石化行業(yè)，例如在火力發(fā)電廠中的大量汽、水管道，可利用磁記憶檢測(cè)技術(shù)在不停機(jī)的情況下進(jìn)行在線檢測(cè)，進(jìn)行早期診斷，找出應(yīng)力集中部位作為重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)，也可以配合聲發(fā)射技術(shù)查找活動(dòng)性缺陷，尋找泄漏點(diǎn)。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)也可應(yīng)用于地下埋管的泄漏檢測(cè)。而超聲導(dǎo)波檢測(cè)對(duì)長(zhǎng)管線的缺陷篩查有很大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)架空管線理論檢測(cè)長(zhǎng)度可達(dá)幾百米，有利于縮小檢驗(yàn)范圍，提高缺陷的檢出率。目前的研究重點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)導(dǎo)波模態(tài)的研究，尋找不同模態(tài)導(dǎo)波對(duì)不同類缺陷的敏感性。（2）信號(hào)分析，尋找有效的去噪方法，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行特征分析，準(zhǔn)確的找出缺陷信號(hào)。（3）建立缺陷信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，制造缺陷試塊，完善相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)論

綜上所述，超聲導(dǎo)波、聲發(fā)射及磁記憶檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，在降低檢驗(yàn)成本的同時(shí)提高了壓力管道檢驗(yàn)的效率，同時(shí)還可作為在役管線在線診斷和壽命評(píng)估的重要手段。但是目前還存在一些問(wèn)題：一方面很多技術(shù)還只存在于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未形成成熟的商業(yè)設(shè)備進(jìn)行市場(chǎng)化；另一方面是相關(guān)配套的檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，還需要經(jīng)歷一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制度化的過(guò)程。因此要將這些檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于常規(guī)的檢驗(yàn)還需要在以下幾個(gè)方面展開重點(diǎn)研究。

（1）開發(fā)多模態(tài)導(dǎo)波檢測(cè)儀，形成可探測(cè)多種缺陷的供現(xiàn)場(chǎng)探傷的成熟超聲導(dǎo)波檢驗(yàn)設(shè)備。

（2）提高聲發(fā)射信號(hào)的分析處理能力，保證檢驗(yàn)結(jié)果的有效性及準(zhǔn)確性。

（3）加快相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的編制、頒布及實(shí)施。

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