淺談石油專用管的超聲波檢測技術(shù)

鄒昊(中國石油長慶油田物資供應(yīng)處商檢所 陜西 西安 710000)

伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，能源問題也日趨嚴(yán)峻。為滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，緩解我國能源緊缺的局勢，目前已從國外引進(jìn)部分能源，同時國內(nèi)的能源及資源事業(yè)同樣得到了相對快速的發(fā)展，而管道輸送作為橋接能源市場與資源的媒介，亦同步取得了空前的發(fā)展。預(yù)計到2015年后，我國所需新建的能源輸送管道可能超過5萬公里，累積全國油氣輸送管道長度可達(dá)11萬公里。然而就目前來看，我國的石油輸送管道在整體運輸系統(tǒng)中所占比例依然較低，運營管道干線的應(yīng)力不足，自動化水平較低，配套工程建設(shè)速度較慢，同時存在著一定的安全隱患，給油氣資源的穩(wěn)定運輸帶來了一定的威脅。而由于超聲波檢測技術(shù)因具備檢測范圍廣、靈敏度較高、成本低廉、定位準(zhǔn)確、對人體傷害度較低等優(yōu)勢，目前已被廣泛應(yīng)用于石油專用管道的檢測中，在減少安全事故，提高管道運輸安全性方面起到了顯著的作用。

一、超聲波檢測原理概述

超聲波檢測技術(shù)主要通過將超聲波探入金屬材料內(nèi)部區(qū)域，并通過截面的轉(zhuǎn)移，判別設(shè)備的邊緣反射特征來確定管材的缺陷，定位管道內(nèi)部缺陷的具體位置與大小。超聲波檢測的波形類型較為豐富，常見的檢測波形包括橫縱波、表面波及板波等。同樣每種波形所應(yīng)用的具體范圍亦存在一定的差異。針對管材內(nèi)部軸向區(qū)域內(nèi)的劃痕及裂紋檢測、管道焊縫內(nèi)部的氣孔、焊接程度、夾渣等檢測均可選用橫波檢測方案，而縱波檢測方案則主要用于管道鑄件、雜物、縮管及內(nèi)部缺陷等方面的檢測。板波則通常用于檢測管道薄板內(nèi)部的缺陷問題，表面波則顧名思義是用于探測管道外形相對比較簡單的加工構(gòu)件表層的缺陷問題。超聲波檢測并不會受到檢測對象材料的限制，可應(yīng)用于金屬、非金屬及復(fù)合材料管道的檢測中，同樣不會受到所檢測對象制造工藝的約束，針對鍛造構(gòu)件、鑄件、焊接件及其他膠結(jié)件的檢測中均可運用。此外亦可用于管材、板材、板材等檢測中，不會受到尺寸的制約，厚度可精確至毫米，同樣亦可高至幾米。

二、石油專用管中超聲波檢測方法研究

在針對石油專用管的檢測中，按照原理與顯示方式可將其分為穿透法、共振法、脈沖反射法、衍射時差法及超聲成像顯示法。穿透法主要是指在待檢測的管道區(qū)域兩端設(shè)置超聲探頭，并從其發(fā)射端口發(fā)出超聲波，待穿透界面達(dá)到對應(yīng)界面時，使其被另一端的探頭接收。并根據(jù)界面能量變化情況來判定被檢測工件內(nèi)部的缺陷狀況。一般被檢工件質(zhì)量完好時，超聲波檢測儀器探頭所能夠接受的超聲信號相對較強(qiáng)。而當(dāng)被檢工件內(nèi)部存在一定的缺陷時，探頭信號則較弱，甚至在超聲波傳播過程中會遇到一定的阻礙，產(chǎn)生相應(yīng)的聲影。通常便依據(jù)超聲波發(fā)射端與終端所接收的信號差異來定位工件內(nèi)部的缺陷與范圍。一般來說，穿透法具備以下幾個特點。首先，它能夠根據(jù)管道前后傳輸信號與能量的差異來判定缺陷的存在性，但并不能夠準(zhǔn)確定位缺陷的實際位置。其次，穿透操作十分簡單，能夠完全實現(xiàn)全自動化的作業(yè)。再者，它針對細(xì)小缺陷的靈敏度與反應(yīng)度并不高，通常導(dǎo)致構(gòu)件小型缺陷被忽略。第四，多用于薄板材料的檢測操作，能夠避免檢測盲區(qū)，提高檢測精度，且材料適應(yīng)性較強(qiáng)。此外，對設(shè)備檢測的距離有一定的要求。

共振法則主要是通過超聲波的頻率調(diào)節(jié)來實現(xiàn)缺陷判定的檢測方案。共振法常應(yīng)用于厚度及表面粗糙度較低的工件檢測中，同樣也可應(yīng)用于復(fù)合材料的檢測中。在待檢測工件中傳播超聲波，并通過連續(xù)聲波頻率的調(diào)節(jié)，保持入射波與反射波相位的相等，并在測量區(qū)域內(nèi)觸發(fā)共振現(xiàn)象。此種檢測方案同樣具備兩個方面的特征。其一，在測量工件厚度時精確度較高，針對薄壁管道及薄板的檢測作業(yè)有較優(yōu)的效率。其二，對所檢測工件表層的粗糙程度有硬性的要求。此外，脈沖反射法則主要是通過將超聲波傳遞于待檢測工件內(nèi)部，在傳遞過程中，通過截面的發(fā)射特征來判定缺陷位置的超聲檢測方法。它具備較強(qiáng)的實用性，精確度較高，同時探測靈敏度較優(yōu)，是目前應(yīng)用最為廣泛的超聲檢測方法之一。

三、石油專用管道檢測中超聲波檢測方法的實現(xiàn)途徑

針對石油專用管道的檢測中，較為常見的檢測儀器包括脈沖反射式探傷儀器。它能夠測定管道缺陷的實際位置，明確缺陷的大小范圍。主要依照儀器顯示波反射的信號變化，判定入射信號與反射信號的相位差異，確定信號的幅度范圍，此外，還需對每次檢測的結(jié)果進(jìn)行誤差計算與評估，減少系統(tǒng)誤差。一般可將檢測過程分為四個步驟。首先，測得檢測數(shù)據(jù)。將儀器垂直放置于備檢管道材質(zhì)的中心區(qū)域的分割線位置，并在此之上安裝測量探頭，為保持探頭與管道接觸的完整性，需采取輕觸、輕壓的處理方案。然后測量管道材料的具體厚度，針對測量點較為密集的管道測量，需在保持探頭與管體能夠得到完全接觸的前提下，做好探頭的移動處理。此外，還需保障探頭儀顯示器數(shù)據(jù)顯示的穩(wěn)定性。主要遵循數(shù)值在-0.1毫米與0.1毫米范圍之間，并在3秒內(nèi)保持不變的原則。

其次，若將δ定義為管材厚度，u表示超聲波的探測速度，將t設(shè)定為超聲波在管材中的探測一次所需的整體時間。則可知管材厚度δ=（ut）/2。第三，對管材的不確定度量進(jìn)行評價。通常需要明確兩個方面的不確定度。包括重復(fù)檢測所產(chǎn)生的不確定與儀器顯示誤差所致的不確定度。最后便根據(jù)所整合的不確定度量表進(jìn)行評價與分析，結(jié)合確定度判斷，確立其中所包含的各類影響因素，進(jìn)一步確認(rèn)儀器的各項不確定度，并嚴(yán)格參照儀器檢測標(biāo)準(zhǔn)，生成測試結(jié)果，確定管道缺陷的具體范圍，并制定對應(yīng)性的處理措施。

結(jié)束語

綜上所述，目前管道運輸已成為輸送石油、天然氣的最佳運輸手段。我國同樣也構(gòu)建了較為龐大的管道輸送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時管道運輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性在相當(dāng)長的時間內(nèi)均是社會各界所關(guān)注的重點。因此，為在保障管道輸送資源質(zhì)量水平與安全性的前提下，確保管道焊縫狀態(tài)的安全性，提升石油管道運輸?shù)姆€(wěn)定性，十分有必要將超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用于石油專用管道的檢測中，提高管道焊縫識別的精確性與有效性，為石油管道的安全輸送奠定良好的檢測基礎(chǔ)。

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