傳感器在管道超聲導波檢測中的運用研究

宋忠良

沈陽眾和檢測有限公司 遼寧沈陽 110000

管道是大多數(shù)工業(yè)設備中的重要構(gòu)件，然而管道在服役期不可避免的會受設計載荷、腐蝕等影響發(fā)生破裂，小則影響生產(chǎn)、生活，大則造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。為此，管道檢測就成為保障設備安全運行的重要手段。20世紀90年代研究人員提出了一種適用于管道檢測的超聲導波法，該方法只需要在一個位置粘貼傳感器就可以對整條管道進行檢測（一次可檢測20m-50m），非常適用于檢測遮蓋、架空等檢測人員不易直接接觸的管道。超聲導波檢測技術(shù)自提出以來得到了廣大科技人員的關(guān)注。超聲波在超聲波管道介質(zhì)中的傳播在接觸界面后會產(chǎn)生反射，并且波形會相互轉(zhuǎn)化或相互干擾。超聲波導波檢測技術(shù)可用于長距離管道的快速檢測，有效減少人工強度，也能夠?qū)φ麄€管道的缺陷進行全面判斷。

1 管道傳感器檢測泄漏方法

1.1 聲傳感器檢測法

氣體傳輸時會產(chǎn)生非常高的壓力，如果氣體破裂或腐蝕，則會向外噴射巨大的聲響，管道的相互作用聲源會向外輻射巨大的能量形成聲波，這就是管道泄漏所發(fā)出的聲音。利用傳感器能夠?qū)τ蛇@些泄漏引起的聲發(fā)射信號可以被迅速收集和處理，并且泄漏的具體位置可以被準確地測量[1]。

1.2 電纜檢測法

泄漏檢測電纜就是采用特殊的泄漏檢測電纜，沿管道鋪設，如果管道泄漏，電纜的電容或電阻將發(fā)生明顯變化，迅速轉(zhuǎn)換為電或光信號，利用傳感器能夠?qū)π孤┑牡攸c進行快速檢測，幫助維修人員定位。

1.3 壓力傳感器檢測法

當管道發(fā)生泄漏時，由于流體是物體，泄漏處會產(chǎn)生局部的液體減少，產(chǎn)生瞬時的壓力差。在泄漏點和泄漏點下面都有生命活動，傳播速度快，以泄漏前壓力為參照標準，所產(chǎn)生的減壓波又稱為負壓力波可以在上游和下游快速傳播，迅速衰減，具有垂直的前沿，可以在上游和下游安裝傳感器，監(jiān)視管道壓力并快速捕獲壓力變化以準確判斷發(fā)生管道泄漏事故的負壓力波上下管道，檢測時間差，與管道配合使用。通過速度分析，精確地計算出泄漏點。

1.4 超聲波檢測法

當超聲波在管道中傳播介質(zhì)時，界面會來回反射以形成復雜的波形轉(zhuǎn)換。選擇不同的傳感器，激勵單一或不同模態(tài)導播對管道進行快速檢查。超聲導波技術(shù)可以對難以接觸到的管道進行檢測。這種技術(shù)可以精確定位管道上需要進一步檢測的區(qū)域，從而避免了在沒有探測到缺陷的情況下，挖掘土地、去除涂層、搭建腳手架等一系列不必要的工作。這種技術(shù)的使用不僅可大量減少操作費用，而且對于不能使用清管器的管道來說，還是一種有效的檢測方案。超聲導波技術(shù)可以從管道上的一個單一檢測位置普測整個管壁，可覆蓋的管道長度達幾十米；而常規(guī)UT技術(shù)只能檢測傳感器下面或附近的局部區(qū)域[2]。超聲導波檢測技術(shù)可以普測整個管壁，從探頭組裝圈位置開始，可覆蓋組裝圈兩側(cè)以外幾十米長的管道距離。完成超聲導波檢測后，只需對管道上帶有缺陷的特定位置進行驗證性檢測。超聲導波系統(tǒng)與其它NDT技術(shù)結(jié)合在一起使用，有助于在不影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的情況下，最大限度地提高完成腐蝕管理項目的效率。

1.5 漏磁檢測法

漏磁檢測主要是利用鐵磁材料的高磁導率來測量管道泄漏引起的磁導率變化。管道漏磁就是指管道關(guān)閉磁化之后，根據(jù)傳感器檢測管壁泄漏的具體情況，來確定管道中的泄漏點具體位置。

2 超聲導波檢測技術(shù)的應用方向及發(fā)展趨勢

管道在敷設過程中部分管段需要跨越河流、水庫、鐵路、國道等，敷設環(huán)境惡劣，地質(zhì)條件復雜，施工、檢驗維修困難。常規(guī)的檢驗方法需要埋地段大面積的土方開挖，架空段保溫拆除，以達到對管道本體的局部檢測，并不能全方位地對整條穿跨越段進行檢測。超聲導波檢測技術(shù)只需要在管道附近架設相應的監(jiān)測點，就可以輕松實現(xiàn)對整條管道情況的檢測，相對來說降低了檢測成本，提高了檢測效率和檢驗質(zhì)量[3]。

超聲導波檢測技術(shù)能夠利用聲波和回波，穿透管道厚度的原理，實現(xiàn)管道的檢測。超聲導波檢測技術(shù)在我國還處于起步階段，并沒有得到普遍意義上的應用和推廣，在未來推進超聲導波檢測技術(shù)發(fā)展過程中，還需要從下列幾點入手。

2.1 加強實驗室資源轉(zhuǎn)化效率，提升超聲導波檢測技術(shù)的實用效率

實驗室資源轉(zhuǎn)化效率是一項技術(shù)是否具有實用價值的重要衡量標準，因此，超聲導波檢測技術(shù)需要加強實踐研究和試驗，增強其在管道檢測中的實用性。在這一過程中，需要管道相關(guān)企業(yè)給予實驗室相應的數(shù)據(jù)支持和場地支持，穩(wěn)步推進超聲導波檢測技術(shù)在管道中的應用。

2.2 增強資金設施支持，推進信號分析技術(shù)研究和發(fā)展

一項新技術(shù)的誕生和發(fā)展需要前期的大量投入，因此，政府相關(guān)部門以及科研院校應該增強超聲導波檢測技術(shù)的資金以及軟硬件設施支持，加強國外學習等，不斷提升超聲導波檢測技術(shù)的準確性。加強信號分析技術(shù)的研究和發(fā)展是推進超聲導波檢測技術(shù)在管道中應用的關(guān)鍵。

2.3 重視超聲導波檢測技術(shù)人才培養(yǎng)

超聲導波檢測技術(shù)屬于高新檢測技術(shù)，需要重視人才的培養(yǎng)。這需要相關(guān)檢測機構(gòu)加強與科研院校的合作和人才對接工作，能夠?qū)蛹夹g(shù)發(fā)展需求和人才培養(yǎng)方向，為我國管道超聲導波檢測技術(shù)的發(fā)展培養(yǎng)點對點的專業(yè)人才。

總之，管道導波檢測利用傳感器能夠快速激勵和接收導波，對管道故障進行準確判斷。傳感器是否能夠有效激勵或接收超聲導波，與管道尺寸導波特點和工況具有非常緊密的聯(lián)系，只有選擇性能良好超聲導波頭傳感器，可以刺激單個或多個不同模式的導波，對管道進行全面檢測。