海底石油管線的相控陣檢測技術(shù)應(yīng)用研究

楊東明　史學(xué)材

摘 要：本文首先針對相控陣技術(shù)的一些基本原理進(jìn)行簡單闡述，其次對相控陣技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中的一系列掃描進(jìn)行分析。在這一基礎(chǔ)上，將相控陣檢測技術(shù)科學(xué)合理應(yīng)用到海底石油管線的檢測當(dāng)中，為檢測效果和質(zhì)量提供有效保障。

關(guān)鍵詞：海底石油；石油管線；相控陣；檢測技術(shù)

在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和快速發(fā)展的背景下，越來越多的新型技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各領(lǐng)域當(dāng)中，其中相控陣檢測技術(shù)就被科學(xué)合理應(yīng)用到海底石油管線的檢測當(dāng)中。在海底石油管線實(shí)際檢測過程中，通過這種檢測技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對海關(guān)特定的一些壁厚或者坡口形式進(jìn)行有效檢測，而且還能夠保證這些檢測數(shù)據(jù)具有真實(shí)性和有效性。除此之外，由于全自動超聲波技術(shù)現(xiàn)階段已經(jīng)成為世界上比較成熟的一種檢驗(yàn)技術(shù)，所以在海底石油管線檢測過程中，可以將該技術(shù)與相控陣檢測技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合。在保證檢測率的基礎(chǔ)上，能夠?qū)⑵淇茖W(xué)合理應(yīng)用到海底石油管線的鋪設(shè)檢測當(dāng)中。

1.相控陣技術(shù)基本原理分析

相控陣檢測技術(shù)近年來被推出，并且在很多領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，其實(shí)就是對傳統(tǒng)單晶片超聲檢測的一種特殊性應(yīng)用方式。如果從嚴(yán)格的意義出發(fā)對其進(jìn)行分析，那么相控陣技術(shù)本身的思想來自于“惠更斯原理的”，該原理當(dāng)中提出，在一些行進(jìn)的波陣面上，任何一點(diǎn)都可以被看作是一種新的次波源。由此可以看出，在具體操作過程中，無論是在任何一個波陣面的上，都可以對下一時刻的波陣面進(jìn)行繪制。波陣面其實(shí)就是由很多不同的晶片相互組合而成，但是在具體操作過程中，其實(shí)只需要對主波自身的波陣面進(jìn)行綜合考量就可以。相控陣檢測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，其探頭本身對一些具有相同伸展形變的壓電材料能夠施加相同的電壓。但是本身并不是只有一個單一的晶片，而是需要由各種不同小晶片相互組合而成。所有晶片在具體應(yīng)用過程中，都需要依靠導(dǎo)線的方式對進(jìn)有效連接，同時所有的社用的晶片都需要安裝在同一個的背襯上面。在具體操作過程中，如果所有的晶片在實(shí)踐中都被相同的電壓給激發(fā)起來的時候，那么所有晶片都會以一種一致性的方式逐漸呈現(xiàn)一定的形變伸展?fàn)顟B(tài)[1]。通過這種方式的展示，這些晶片所能夠呈現(xiàn)出的效果與激勵同一個尺寸的單一晶片之間相比，效果能夠具有一致性。圖1中就顯示出多晶片本身的結(jié)構(gòu)，以及相控陣探頭在具體應(yīng)用過程中的實(shí)際運(yùn)作狀態(tài)。

2.相控陣技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中的掃描方式

相控陣檢測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于本身具有一定的特殊性特征，所以在實(shí)際應(yīng)用時的掃描方式也會體現(xiàn)出一定的復(fù)雜性。相控陣在應(yīng)用時會遵循聚焦法則，但是這種法則在實(shí)踐中具有非常復(fù)雜的特征，幾個組合在一起之后，才能夠完成相對應(yīng)的電子掃描。一般情況下，在針對電子掃描進(jìn)行選擇的時候，可以按照線性掃描、扇形、以及動態(tài)深度聚焦這幾個方式對其進(jìn)行選擇和實(shí)現(xiàn)掃描。如圖2所示[2]。

通過對圖2中所示內(nèi)容進(jìn)行分析之后可以看出，一般情況下，線性的掃描基本上都是利用陣重復(fù)的方式，實(shí)現(xiàn)相同聚焦法則的有效落實(shí)。而扇形掃描利用相同的晶元，在這一基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行掃描和檢測，但是聚焦法則在這種狀態(tài)下會發(fā)生一定的變化。最后是動態(tài)深度聚焦，這種方式在實(shí)際應(yīng)用過程中，無論是發(fā)射器或者是接收器的聚焦法則都可能會由于實(shí)際情況的不同而發(fā)生相對應(yīng)的變化，所以可以在特定的深度方向上，對其形成一定的優(yōu)化聚集。在實(shí)踐中，將這些掃描方式與自動掃查器進(jìn)行有效結(jié)合，這樣不僅能夠是現(xiàn)在一些特定的路徑上進(jìn)行相控陣探頭的有效移動，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對整個檢測工件的檢測。

3.相控陣檢測技術(shù)在海底石油管線中的實(shí)際應(yīng)用

為了保證相控陣檢測技術(shù)海底石油管線中的應(yīng)用效果，海洋石油工程公司針對這一現(xiàn)象進(jìn)行具體操作時，利用焊縫雙側(cè)兩PA的探頭實(shí)現(xiàn)非平行掃描技術(shù)的應(yīng)用，掃查角度設(shè)置在40°至70°之間。在這一基礎(chǔ)上，對聲速、靈敏度進(jìn)行相對應(yīng)的調(diào)試，完成之后，需要做好深度至少要2.2倍板厚的TCG曲線。除此之外，在具體操作過程中，還需要在筆記本電腦上利用ESBTOOL軟件，對OMINISCAN進(jìn)行有效的模擬調(diào)整，并且對其中的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確有效的設(shè)置。這樣不僅能夠從根本上保證PAUT的角度范圍能夠全部都覆蓋到整個焊縫，而且還能夠覆蓋到一些熱影響地區(qū)。在這種情況下，可以直接對模擬計算出來的步進(jìn)進(jìn)行偏移處理，在每一道焊口上畫好需要行走的參考路線，同時使用手動掃查的方式，對其進(jìn)行有效的檢查。如圖3所示[3]。

通過這種方式的實(shí)際應(yīng)用可以看出，PAUT所檢測出來的人工缺陷起始位置相互之間的平均誤差大概9.4mm左右，而深度方面的平均誤差能夠達(dá)到0.7mm左右。由此可以看出，無論是長度或者是深度的誤差都比較小，唯一的不足之處就是人工缺陷在實(shí)際檢測過程中，其位置誤差相對比較大，大概能夠達(dá)到1cm左右。出現(xiàn)這一問題的原因可能是由于在實(shí)際檢測過程中，由于編碼器本身在校準(zhǔn)過程中出現(xiàn)的偏差現(xiàn)象，不能夠?qū)崿F(xiàn)百分之百的精度。這樣就會導(dǎo)致在實(shí)際掃查過程中，編碼器本身在針對一些行程進(jìn)行記錄時，會存在一定的偏差現(xiàn)象。但是這種偏差現(xiàn)象對于海底石油管線的管道焊接以及具體使用而言，可以忽略不計，能夠滿足海洋石油工程公司在針對海底石油管線進(jìn)行敷設(shè)時的要求。

4.結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前計算科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和快速發(fā)展的背景下，海底石油管道在實(shí)現(xiàn)焊接的時候，對其采取有針對性的檢測技術(shù)已經(jīng)逐漸成為一種必然趨勢。海洋石油工程公司在實(shí)踐中，自從引入全自動超聲波檢測技術(shù)一直到今天，該技術(shù)已經(jīng)逐漸成為海洋石油工程公司的核心技術(shù)。在該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對各種不同類型項(xiàng)目的有效檢測，而且還能夠保證檢測結(jié)果具有真實(shí)性和有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭冀江.海底石油管線檢漏與維修的研究和應(yīng)用[J].清洗世界，2017，33（03）：1-5.

[2]李鴻飛.海底石油管線使用中的維護(hù)和檢測技術(shù)探討[J].化工管理，2013（16）：106.

[3]郭冀江. 海底石油管線檢漏與維修的研究和應(yīng)用[A]. 中國海洋工程學(xué)會.第十五屆中國海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會論文集（下）[C].中國海洋工程學(xué)會：，2011：5.