超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在壓力管道檢測中的應(yīng)用研究

姜穎華

摘要：隨著我國工業(yè)的發(fā)展和科技力量增強(qiáng)，長距離輸油輸氣管道的敷設(shè)已逐步成為現(xiàn)實(shí)。壓力管道在油氣輸送中扮演著重要的角色，其質(zhì)量和安全直接關(guān)系到管道運(yùn)輸沿線地區(qū)人民生命和財產(chǎn)的安全。無損檢測技術(shù)已成為壓力管道檢測的主要方法，其中，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)更是成為壓力管道檢測的“新寵”。該文將結(jié)合超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在壓力管道檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)一步探究其應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：無損檢測;壓力管道;超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)

引言

管道是世界上主要的運(yùn)輸工具之一，其具有運(yùn)輸量大、經(jīng)濟(jì)效益高，持續(xù)運(yùn)輸?shù)戎T多特點(diǎn)。在壓力管道運(yùn)輸中，受管道自身質(zhì)量、環(huán)境、輸送介質(zhì)腐蝕等因素的影響，壓力管道容易出現(xiàn)管壁穿孔、介質(zhì)泄漏等諸多問題，這不僅影響了管道運(yùn)輸?shù)男逝c安全，而且造成了一定的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題，有必要做好管道運(yùn)輸過程的系統(tǒng)檢測。新時期，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為壓力管道檢測工作開展提供了技術(shù)支撐。

1概述

管道作為五大運(yùn)輸工具之一，其在運(yùn)輸氣體、液體等方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。在全世界管道運(yùn)輸干線總計(jì)已經(jīng)達(dá)到240多萬km，1995年末我國管道運(yùn)輸干線總計(jì)已經(jīng)達(dá)到27839km，主要應(yīng)用于城市供水系統(tǒng)中。雖然管道帶來很多便利，但由于經(jīng)過長時間的沖刷和侵蝕導(dǎo)致管道壁變薄，時常發(fā)生泄漏事件，不單單造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還造成環(huán)境污染影響生態(tài)平衡。據(jù)調(diào)查，世界各國自來水泄漏損失率達(dá)到25%左右。近年來管道造成的人身傷害更加引起了廣大人民群眾的關(guān)注。比如：1994年老撾一條氣體管道泄漏造成爆炸，致使50人死亡;2005年美國華盛頓的一條天然氣管道泄漏，產(chǎn)生靜電發(fā)生了火災(zāi)，造成2人死亡100人受傷。近幾年還有其他國家，例如日本、韓國、加拿大等國家都發(fā)生過管道泄漏事件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2010年，我國僅在油管運(yùn)輸上已經(jīng)發(fā)生了389件事故。天然氣管道也曾發(fā)生過多次事故，后果極其嚴(yán)重，給人們的人身、生活、財產(chǎn)帶來威脅。而更嚴(yán)重的是管道泄漏會造成環(huán)境污染，加劇了原始生態(tài)環(huán)境的惡化，威脅了人們賴以生存的環(huán)境[1]。

雖然一般常規(guī)無損檢測器（超聲檢測爬機(jī)等）在管道檢測中有著很多優(yōu)點(diǎn)，比如技術(shù)成熟、便于操作，只要對操作人員進(jìn)行簡單的培訓(xùn)，就可以很快運(yùn)用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行操作。但常規(guī)無損檢測技術(shù)都存在一個致命弱點(diǎn)：檢測過程都是逐點(diǎn)掃描式，所以常規(guī)無損檢測技術(shù)不能有效地應(yīng)用于工業(yè)管道長達(dá)上千公里的檢測中去。而超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)和模態(tài)聲發(fā)射技術(shù)可以有效解決這一問題。

2壓力管道檢測使用超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的必要性

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、穩(wěn)定的發(fā)展，石油、天然氣及化工產(chǎn)品的需求量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢。各類壓力管道在運(yùn)行過程中具有工況復(fù)雜性及運(yùn)輸環(huán)境多樣性等特點(diǎn)，例如：受輸送介質(zhì)的沖刷、周邊環(huán)境因素以及安裝不合理等因素的影響，管道內(nèi)外腐蝕、碰撞摩擦造成的介質(zhì)泄漏事故頻繁發(fā)生。除此之外，壓力管道具有一次建設(shè)、長時間使用的特性，因投資巨大，各個工藝流程緊密銜接，需要專職設(shè)備管理員精心維護(hù)，確保設(shè)備穩(wěn)定、安全運(yùn)行。尤其是長距離輸送管道牽連甚廣，它是作為一個系統(tǒng)而存在，一旦出現(xiàn)泄露或者腐蝕穿孔問題，極易出現(xiàn)“牽一發(fā)而動全身”的情況[2]。

壓力管道在長時間的運(yùn)行過程中，受輸送介質(zhì)的腐蝕和沖刷，導(dǎo)致管道材料腐蝕脫落，沖刷減薄，造成管壁穿孔、介質(zhì)泄漏的安全事故。因此，加強(qiáng)壓力管道檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題并在第一時間解決問題，將管道泄漏產(chǎn)生的影響降到最底，是對于壓力管道檢測和運(yùn)維的基本要求。傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)主要針對焊縫缺陷檢測效果較好，對于檢驗(yàn)人員難以到達(dá)的直管段、穿跨越段或者埋地直管段管道本體，卻不能有效地檢驗(yàn)，相較于需要大規(guī)模輔助工作（開挖、搭設(shè)腳手架等）的檢驗(yàn)，難以滿足其檢修需求。因此，操作更為方便且工作效率高的低頻導(dǎo)波檢測技術(shù)在壓力管道檢測中的應(yīng)用越來越受到業(yè)主的青睞。

3超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在壓力管道中的應(yīng)用

3.1管道缺陷檢測

壓力管道應(yīng)用主要受沖刷、腐蝕等因素的影響，壓力管道會出現(xiàn)管壁變薄、管壁穿孔、滲漏等缺陷，這些缺陷嚴(yán)重地影響了管道應(yīng)用的穩(wěn)定性和安全性[3]。新時期，在壓力管道使用中，可使用超聲波檢測儀器進(jìn)行管道內(nèi)部缺陷的檢測。以無縫鋼管為例，此類鋼管的構(gòu)造并不復(fù)雜，在鋼管生產(chǎn)階段，人們會通過自動化水浸法進(jìn)行檢測。新時期，可將超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)用于無縫鋼管檢測，在檢測中，應(yīng)重視橫波檢測法的應(yīng)用，預(yù)先設(shè)計(jì)聲束，然后在工業(yè)內(nèi)窺鏡的輔助下，進(jìn)行無縫鋼管檢測，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)鋼管中的缺陷。從檢測結(jié)果來看，使用超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)，能提升鋼管缺陷檢出率，這對于保證鋼管質(zhì)量及后期鋼管的應(yīng)用效果具有積極作用，有助于提升壓力管道運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。

3.2彎管檢測

導(dǎo)波在彎頭部位容易發(fā)生頻散和模態(tài)轉(zhuǎn)換，并且導(dǎo)波能量將主要集中在彎頭的背彎部位。因此導(dǎo)波檢測彎頭時，容易發(fā)現(xiàn)處于彎頭背彎部位的缺陷，而可能漏檢內(nèi)彎的缺陷。在彎頭生產(chǎn)時，彎頭背彎處壁厚將小于內(nèi)彎壁厚，且背彎處受到管道中介質(zhì)沖刷的影響，更容易產(chǎn)生缺陷。因此采用超聲導(dǎo)波檢測彎頭部位缺陷是可行的，但其難點(diǎn)在于信號分析。目前許多從事導(dǎo)波檢測的科研人員主要針對的是直管道的缺陷檢測展開的研究，然而管道系統(tǒng)里的直管道絕大部分是90°彎曲管道連接起來的，研究導(dǎo)波在彎曲管道中的傳播在近年來變成一個熱門的話題。何存富等學(xué)者已經(jīng)對導(dǎo)波在彎曲處的傳播特性進(jìn)行了研究，并對彎管中缺陷的進(jìn)行了檢測，證明L（0，2）模態(tài)具有檢測彎曲管道外側(cè)區(qū)域的能力。也有學(xué)者通過改變90度彎頭的曲率半徑進(jìn)行試驗(yàn)，分析了L（0，2）模態(tài)在不同的曲率半徑下，穿過90度彎頭的能力（即透射系數(shù)）。

3.3多模式導(dǎo)波檢測在壓力管道中的應(yīng)用

壓力管道具有工況復(fù)雜性及運(yùn)輸環(huán)境多樣性等特點(diǎn)，在壓力管道檢驗(yàn)過程中也同樣有著多種多樣的問題。為了進(jìn)一步提升超聲導(dǎo)波檢測效率，多模式導(dǎo)波檢測方法被應(yīng)用于壓力管道的檢驗(yàn)過程中。一種模式的導(dǎo)波通常是針對一種類型的管道缺陷進(jìn)行，相應(yīng)的多種模式的導(dǎo)波可以同時檢測多種類型的缺陷。在這一過程中對檢驗(yàn)人員提出了更高的要求，要求其能夠熟練地掌握不同模式導(dǎo)波的回波特點(diǎn)，并能夠根據(jù)這些特點(diǎn)準(zhǔn)確分析管道中存在的問題，到底是焊接問題、支吊架、補(bǔ)口還是橫截面的金屬缺失，切實(shí)保障壓力管理的運(yùn)行安全[4]。

結(jié)束語：壓力管道在運(yùn)行過程中，因腐蝕穿孔造成輸送介質(zhì)的滲漏現(xiàn)象，因易燃易爆介質(zhì)的泄漏造成的火災(zāi)、爆炸事故，嚴(yán)重威脅著人們的生命財產(chǎn)安全。提升壓力管道檢驗(yàn)質(zhì)量和檢驗(yàn)準(zhǔn)確率已經(jīng)成為我國高質(zhì)量工業(yè)發(fā)展的必然要求。相較于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)具有便利性、穩(wěn)定性以及成本低廉等優(yōu)勢，正逐步成為壓力管道檢測的重要手段。處于起步階段的超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)發(fā)展不僅需要強(qiáng)有力的資金和設(shè)施支持，還需要人才支持，只有不斷地提升實(shí)驗(yàn)室資源轉(zhuǎn)化率，才能夠推動我國超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，提升我國壓力管道運(yùn)行的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉金東.超聲導(dǎo)波檢測在壓力管道檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].石油石化物資采購，2021（14）：61-62.

[2]李繼承，楊寧祥.高溫壓力管道壁厚在線監(jiān)測技術(shù)研究[J].中國化工貿(mào)易，2021（7）：65-66.

[3]趙紀(jì)峰，李偉，陳力，等.異型承壓部件衍射時差法超聲波檢測方法研究[J].中國金屬通報，2020（21）：209-210.

[4]劉富強(qiáng)，陳宗杰.壓力管道超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究[J].化學(xué)工程與裝備，2020，（12）：231-233