金屬壓力容器壓力管道裂紋無損檢測技術分析

孫文生 李慶男 楊旭 趙志強

中特檢管道工程（北京）有限公司 北京 100000

引言

金屬壓力容器壓力管道使用過程中往往容易受到容器內(nèi)外部環(huán)境因素的影響而導致腐蝕，其中最主要的影響因素就是電化學腐蝕，比如CaCO3腐蝕、H2S腐蝕、CO2腐蝕、CO腐蝕及土壤腐蝕等，這些腐蝕都會使金屬壓力容器壓力管道的力學、耐久性能降低，比如韌性、塑性及強度等，還會破壞金屬構件幾何、完整性，從而使裂紋出現(xiàn)在金屬結(jié)構中，使金屬壓力容器壓力管道的壽命不斷縮短。而無損檢測技術能夠保證金屬壓力容器壓力管道的安全、穩(wěn)定運行，因此有必要對其進行研究。

1 金屬壓力容器壓力管道裂紋無損檢測技術分類

按照相關規(guī)定，金屬壓力容器裂紋檢測分為運行中在線檢測和停止運行后的裂紋檢測，正常情況下，每個月都需要進行一次在線檢測，每周要進行一次停止后裂紋檢測。

此外，還可以將金屬壓力容器裂紋檢測分為內(nèi)部裂紋檢測技術和外部裂紋檢測技術。內(nèi)部裂紋檢測技術就是將檢測器安裝在金屬容器壓力管道內(nèi)部檢測內(nèi)壁裂紋情況的檢測技術，主要包括自動化無損檢測技術、漏磁無損檢測技術等。傳統(tǒng)檢測技術的缺點比較多，比如工作效率低、誤差大等，對于檢測需求已經(jīng)無法進行滿足，從而需要完善容器管道裂紋技術，因此研究金屬壓力容器裂紋無損檢測技術，將其應用價值提高，進一步確保管道內(nèi)部良好的運行環(huán)境[1]。

2 金屬壓力容器管道裂紋無損檢測技術分析

安裝過程中的無損檢測和管道使用中無損檢測技術是金屬壓力容器裂紋檢測技術的主要內(nèi)容，本次主要對管道運行中裂紋無損檢測技術進行研究，因此不過多說明安裝中檢測技術。對于金屬壓力容器管道使用中裂紋檢測技術而言，其實施具有一定難度，因為運行狀態(tài)下的環(huán)境一般比較惡劣，具有復雜的檢測條件，很容易受到外界因素干擾。本次針對表面缺陷進行研究，并且借鑒國外經(jīng)驗，提出微波無損檢測技術。頻率在150MHz到200MHz的電磁波就是微波，在金屬介質(zhì)和非金屬介質(zhì)間電磁波會表現(xiàn)出不同特征，比如微波在金屬類東西中就會具有傳遞性和穿透性，而在非金屬中具有反射性和吸收性。根據(jù)金屬表面裂紋阻斷傳遞電磁波來檢測管道裂紋情況[2]。

該技術的理論基礎是電磁波均勻傳輸線理論、金屬、非金屬導電波理論，檢測與識別金屬容器管道裂紋缺陷，在此基礎上分析金屬電磁波變化從而對裂紋缺陷特征進行檢測和識別。微波技術的應用，可以將電磁波發(fā)射到金屬管道內(nèi)，在波導理論指導下，應用無線傳感技術對微波信號進行采集，再處理和分析數(shù)據(jù)，進一步掌握電磁波變化規(guī)律，然后對金屬容器壓力管道內(nèi)外徑表面裂紋進行檢測和定位。本文將從三個方面分析該項技術，具體分析情況如下:

2.1 對金屬壓力容器壓力管道進行采集數(shù)據(jù)分析

傳遞與穿透特性是電磁波及金屬介質(zhì)的特點，而吸收與反射是非金屬介質(zhì)的特征，在電磁波傳導原理的指導下，電磁波信號源就是微波振蕩器，將電磁波發(fā)射到金屬壓力容器管道內(nèi)，信號接收裝置則是無限傳感器，從而對金屬壓力容器管道微波信號進行采集與數(shù)據(jù)分析。

具體流程是在利用無損電纜在金屬壓力容器管道待測兩端接入微波振蕩器反射電橋兩端，反射電橋一端連接無線傳感器，并且保持無線傳感器與待測金屬是垂直狀態(tài)，利用微波振蕩器經(jīng)電磁波發(fā)射到容器管道內(nèi)，利用無線傳感器逐點掃描容器管道，最后將電磁波信號采集到。為保證采集信號的準確性，在采集數(shù)據(jù)前需要校準微波發(fā)射裝置、信號采集裝置、電磁波導入口、導出口開路、短路。微波導入頻率的不同是由于壓力容器管道內(nèi)不同長度內(nèi)外徑?jīng)Q定的，15～16mm內(nèi)徑長度的微波頻率在47～48MHz范圍內(nèi)；19～20mm外徑長度的微波頻率在48-49MHz范圍內(nèi)[3]。

2.2 對金屬壓力容器壓力管道進行處理數(shù)據(jù)分析

如果電磁波發(fā)射信號為突發(fā)型，通過采集無線傳感裝置的記錄信號達到時間來確定金屬壓力容器壓力管道裂紋定位相關參數(shù)。周圍存在的電纜、高壓線等其他金屬介質(zhì)都會干擾采集信號，這時采集到的微波信號就會呈現(xiàn)出連續(xù)性特點，而采集到的發(fā)射參數(shù)對于檢測裂紋也沒有任何價值，包括微波上升時間、持續(xù)時間、幅度分布等。此外，還要集中處理采集到的數(shù)據(jù)，因為會有很多問題出現(xiàn)，比如微波多模態(tài)現(xiàn)象、在結(jié)構中傳播電磁波具有頻性、電磁波發(fā)射的衰減性等，都會使采集到的信號出現(xiàn)時間差。因此，要對采集到的信號應用小包變換法進行處理，先分解采集到的微波信號，然后對各個頻段信號進行分解[4]。

3 結(jié)束語

綜上所述，由于金屬壓力容器管道是石油和天然氣的主要運輸設備，因此受到社會的廣泛關注，為滿足檢測管道裂紋需求，將微波技術應用到檢測中從而形成新的檢測技術，使金屬壓力容器管道裂紋檢測技術水平得到大幅度提升，使檢測誤差不斷降低，實現(xiàn)其較高的應用價值。盡管當前其應用已經(jīng)取得一定成果，但還存在一些不足和問題，需要對其進行改進和完善，從而確保金屬壓力管道正常運行。