對長輸管道超聲波在線檢測技術(shù)探討

張周平

【摘 要】 長輸管道是現(xiàn)階段運輸石油等能源的重要方式，不僅安全可靠，同時所耗用的成本相較而言更低。近些年來我國長輸管道的建設(shè)規(guī)模在逐漸擴大，主要分布在我國西北、華東、東北以及華北等地區(qū)。在油氣田不斷開發(fā)的過程中，長輸管道的安全問題也引起了人們的關(guān)注和重視。隨著管道使用時間的增加，開始出現(xiàn)了老化的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。在這樣的情況下，為了保證管道的正常運行，提高管道的使用壽命，就需要對其進行檢測，及時的發(fā)現(xiàn)管道故障并采取有效的措施來解決。而超聲波檢測技術(shù)的出現(xiàn)引起了人們的關(guān)注，其在長輸管道檢測工作中的作用不容忽視，現(xiàn)對超聲波在線檢測技術(shù)在長輸管道檢測中的應(yīng)用進行研究和分析。

【摘 要】 長輸管道 超聲波 在線 檢測技術(shù)

管道的故障率會隨著管道使用時間的增加而增加，導(dǎo)致管道故障的原因主要包括腐蝕、施工問題、材料問題以及外部干擾等。[1]通常情況下，施工和材料問題所致的管道故障發(fā)生在管道使用的初始階段，而腐蝕所引發(fā)的事故則常常發(fā)生在管道運行的后期。因而要想全面保障管道運行的安全，需要采用有效的檢測技術(shù)，了解管道運行的情況?，F(xiàn)階段，我國在長輸管道檢測中主要應(yīng)用的是傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，但是這些技術(shù)無法直接的獲取相關(guān)信息，要需要人工處理數(shù)據(jù)。為了提高長輸管道檢測工作的規(guī)范化水平，需要實現(xiàn)檢測技術(shù)的創(chuàng)新。

1 超聲波在線檢測技術(shù)的基本概述

聲波在傳播的過程中是通過彈性媒介各質(zhì)點間的彈性力來實現(xiàn)的，而頻率在2000Hz以上的就稱之為“超聲波”。超聲波的特點十分鮮明，例如良好的方向性、穿透力強、傳播距離遠等。同時超聲波還具有一些其他的奇異特性：其一是波長相較而言比較短，因而超聲波的衍射能力比較差，在均勻的介質(zhì)中這種特性尤為顯著。其二，聲波功率主要指的是聲波做工的快慢的物理量。超聲波的頻率比較高，其功率也非常大。其三，超聲波在液體傳播的時候，液體微粒的震動會產(chǎn)生一些小空洞，小空洞在脹大和閉合間會導(dǎo)致液體微粒發(fā)生樁基而產(chǎn)生許多大氣壓的壓強。這個時候液體的溫度會瞬間上升，使得不相溶的液體發(fā)生乳化健翔，提高了溶質(zhì)溶解的速度。其四，超聲波在不同物質(zhì)中傳播所產(chǎn)生的強度會隨著傳播距離的變化而變化，傳播距離越長強度會越弱，這主要是因為物質(zhì)吸收了超聲波的能量。在同一物質(zhì)中，頻率高的超聲波有著更強的吸收力。而在頻率相同的情況下，在氣體中傳播得到時候吸收最強，在固定中傳播的吸收最小。[2]

2 超聲波在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 超聲檢測子系統(tǒng)

在將超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用到長輸管道檢測中以前，要了解管道的基本情況以及檢測需求，以此作為選擇探測條件和探測方式的重要依據(jù)。首先是選擇合適的耦合劑，耦合劑的選擇要求主要體現(xiàn)在以下方面：其一是容易變形，從而充分填充在空隙的液體或者是介質(zhì)中；其二，要選擇聲阻抗相較而言更大的耦合劑；其三則是對工件沒有腐蝕作用，同時不會對施工人員造成危害，成本低廉。其次是選擇合適的超聲探頭主要參數(shù)，超聲探頭的作用在于幫助實現(xiàn)電能和聲能的相互轉(zhuǎn)化。壓電晶片是其主要不見，因而合適的晶片直徑和探頭頻率十分重要。壓電晶片的主要作用是接收和發(fā)射超聲波，在選擇晶片直徑的時候需要考慮聲壓、聲束指向性以及檢測效率等影響因素。

2.2 定位子系統(tǒng)

管道檢測的主要目標是了解管道的腐蝕情況，因而找到正確的腐蝕位置是關(guān)鍵。在檢測的時候，定位方式主要有內(nèi)定位、外定位以及轉(zhuǎn)角定位等。首先是內(nèi)定位，內(nèi)定位是通過在檢測機的內(nèi)部安裝定位裝置并對行程進行標記，這種定位方式需要用到里程輪。但是里程輪在行走的時候很有可能出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，在一定程度上會導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差。其次是外定位，外定位只在被檢測的管道所經(jīng)過的路面上，設(shè)定間隔距離來安裝超低頻的信號發(fā)射器，檢測機額可以接受相應(yīng)的信號，通過對這些信號數(shù)據(jù)的分析可以完成定位目標。最后是轉(zhuǎn)角定位，在轉(zhuǎn)角定位中主要應(yīng)用到了增量式編碼器，以此來修正檢測機在行走過程中所產(chǎn)生的定位誤差。[3]綜合而言，在超聲波檢測系統(tǒng)的設(shè)計中，內(nèi)定位和外定位相結(jié)合的方式會提高檢測結(jié)果的正確性。

2.3 在線數(shù)據(jù)采集、處理及儲存子系統(tǒng)

首先是數(shù)據(jù)采集工作，在檢測過程中，要同時收集檢測數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)。其中定位數(shù)據(jù)的收集主要包括里程輪數(shù)據(jù)和對轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。其次是數(shù)據(jù)的處理，需要用到嵌入式的單板計算機，可以符合長輸管道檢測的要求。最后則是數(shù)據(jù)的儲存，隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)儲存方式也呈現(xiàn)多元化的趨勢，例如硬盤、固態(tài)電子盤以及U盤等。在超聲波檢測系統(tǒng)的設(shè)計中，硬盤儲存數(shù)據(jù)的方式比較適宜。

3 超聲波在線檢測技術(shù)在長輸管道中應(yīng)用的可行性

管道正常運行的時候，其流體擾動情況是比較穩(wěn)定的，發(fā)射端所發(fā)射的具有特殊脈沖信號的超聲波就可以將流體作為煤質(zhì)實現(xiàn)長距離的傳輸，在到達接收端以后可以產(chǎn)生電壓信號。在管道受到多種因素影響而受到損害的時候，管道內(nèi)部的擾動狀態(tài)就會發(fā)生相應(yīng)的變化，電壓信號的變化也十分顯著。在這樣的情況下，可以根據(jù)這些變化來判斷管道腐蝕的位置，但是需要注意的是，原有管道在運輸?shù)倪^程中相關(guān)指標的變化會對檢測結(jié)果造成一定的影響。對于原油管道來說，壓力和溫度的變化和影響原油的物性，在超聲波在線檢測的時候?qū)⒃妥鳛槊嘿|(zhì)就會影響檢測結(jié)果的正確性，這個時候就可以將輸油管道作為煤質(zhì)，能夠有效的彌補流體煤質(zhì)存在的缺陷。同時超聲波在輸油管道中的傳播速度要快于原油，同時進行長距離傳輸，相較而言更加適合超聲波在線檢測的需要。[4]

參考文獻

[1]唐建，焦向東，戴波.管道超聲內(nèi)檢測自動壁厚轉(zhuǎn)換算法[J].化工學(xué)報，2014，6（11）：46-47.

[2]白港生，徐志，吳楠勛. 三軸高清晰度漏磁腐蝕檢測器的研制[J].石油機械，2014，3（10）：61-62.

[3]王力.超聲橫波探傷聲束擴散對缺陷定位的影響分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014，8（27）：19-20.

[4]石逸軒.論超聲波探測的實驗應(yīng)用原理[J].電子世界，2014，4（12）：76-77.