基于石油機械結構檢測中超聲波方法的實踐研究

姚源

（大慶油田技術監(jiān)督中心石油工業(yè)機械產品質量監(jiān)督檢驗站，黑龍江 大慶 163000）

石油勘探設備與普通設備之間存在較為明顯的差異性特點，因此在檢測勘探設備等相關機械結構時，需要應用無損檢測提高檢測真實性和精準性，以確保機械處于正常運行狀態(tài)中。作為高效率的檢測方法——超聲波無損檢測工作頻率可達到0.4～5MHz，具有較多檢測優(yōu)勢，如指向性強、傳播能量大等，在石油機械結構檢測中受到青睞。

1 石油機械運行現(xiàn)狀分析

目前，石油機械會受到各類因素影響，造成機械運行異常。

1.1 機械潤滑不到位

石油機械需要充足的潤滑油幫助其正常運行，如潤滑不到位，則會造成機械構件磨損，長期磨損后不僅會造成機械使用周期縮短，也會影響產業(yè)生產進度，不利于經濟效益的提升。

1.2 操作不合理

部分技術人員在操作機械時方法不當，也會導致機械出現(xiàn)異常。例如，使用機械之前，必須檢查裝置是否正常、冷卻液是否充足，滿足啟動條件后才可開啟機械進行生產。若未按照要求做好全面檢查，則會對機械產生一定損傷。

1.3 檢測方法不可靠

日常生產中，工作人員會借助相關檢測方法對石油機械進行檢查與維護，但是傳統(tǒng)檢測方法真實性和準確度一般，可能會影響工作人員的判斷力。如機械內部構件異常時，檢測儀器未及時檢測出故障問題，留下極大的安全隱患。

綜上所述，石油機械需要專業(yè)技術人員、高效檢測方法以提升運行穩(wěn)定性。相對傳統(tǒng)檢測方法，無損檢測方法大大提升了檢測準確性以及可靠性，保障了產業(yè)生產的運行安全，可在機械結構檢測中得到廣泛應用與推廣。

2 超聲波方法在石油機械結構檢測中的重要作用

為了提高石油機械結構檢測效果，技術人員可采用超聲波方法實現(xiàn)無損檢測。超聲波方法可在實際監(jiān)測中解決眾多傳統(tǒng)檢測方法存在的問題，并發(fā)揮其真正應用價值。

2.1 實現(xiàn)故障預判

檢測機械結構時，工作人員可以借助這種方法全面掌握不同運行環(huán)境、不同構件的實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析設備運行現(xiàn)狀。例如，構件是否出現(xiàn)磨損；零件是否老化或破損等。由此可見，該檢測方法可以幫助工作人員進行預判，使其降低設備運行風險，完成故障清零目標。

2.2 降低企業(yè)成本

通過有效檢測可以及時預防設備故障問題，避免增加機械修復或更新相關成本費用。與此同時，企業(yè)也可根據(jù)數(shù)據(jù)提前更換老化構件，以更低成本維護機械。石油機械設備運行時間過久后，內部構件可能會因其他因素受到影響，出現(xiàn)老化等問題，檢測異常后可及時提醒技術人員進行更換，以免構件長期未更換引發(fā)更大故障。

2.3 促進產業(yè)科學發(fā)展

科技時代背景下，行業(yè)面臨新發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，自動化、智能化技術成為各行各業(yè)未來發(fā)展主流趨勢，選擇超聲波無損檢測技術是一種科學性發(fā)展，有利于提高產業(yè)生產效率和品質。無損檢測可有效提升檢測質量，確保石油機械結構發(fā)生異常時得到及時反饋，以便于技術人員采取科學修復方案。

由上可見，超聲波檢測對石油機械的穩(wěn)定運行具有一定的促進作用，企業(yè)應積極引進該檢測技術保障檢測效果。

3 超聲波方法概述

3.1 應用特點

超聲波檢測是無損檢測方法中的主要檢測方式之一，應用于多種檢測中：（1）裂紋；（2）氣孔；（3）焊縫缺陷等。這種檢測方法具有較大優(yōu)勢：（1）檢測結果真實可靠；（2）操作方便；（3）精準度高。它可以利用專用的信號編輯軟件編輯信號——窄單脈沖信號。接著，經過電纜和計算機插槽的接口，將信號發(fā)送至石油機械設備，并根據(jù)反射信號明確設備是否處于損傷狀態(tài)。反射信號是在彈性介質中傳播超聲振動時遇到界面而產生。通常超聲波方法可檢測出機械裂縫位置、裂紋寬度等精確數(shù)據(jù)，以供工作人員參考。

3.2 技術原理

超聲波方法主要探究非聲學量以及超聲量關系，包含以下因素：（1）濃度；（2）溫度；（3）速度；（4）聲音；（5）固體等。對超聲量進行測定可以有效分析介質特點、檢測介質質量、計算工程數(shù)據(jù)等。最常見的超聲測量方法分為兩種，一種為超聲傳播測量法，可以根據(jù)超聲波在介質中的傳播了解其規(guī)律；另一種為振動測量方法，可以根據(jù)物體振動進行精確測量。

超聲波頻率極強，且具有波長短的特點，波長通常小于2cm，良好的穩(wěn)定性與方向性是其主要特性。機械設備內部探測時，在設備介質中通過波動形式傳播振動超聲波，從而實現(xiàn)各種目的：（1）測距；（2）探傷；（3）測厚；（4）清潔。實踐檢測中，技術人員可以利用超聲波發(fā)射設備，定向發(fā)射超聲波，在設備中實時傳播超聲波。之后借助數(shù)字建模技術，構建相關畫面模型，并將內部情況直觀展現(xiàn)出來。超聲波檢測技術不會影響設備結構、不會生成殘留物質，可以獲取更客觀的檢測結果。增大超聲波頻率時，可有效提升超聲波穩(wěn)定性以及指向性，其檢測結果更為真實可靠。

3.3 超聲波種類

若根據(jù)彈性介質質點震動方向以及傳播方向的不同劃分超聲波種類，可分為以下幾種：（1）表面波。在構件表面相鄰的兩個波長范圍內檢測其是否存在缺陷，較常應用于機械結構表面探傷檢測；（2）縱波。在不同介質中均可實現(xiàn)傳播，如氣體等介質。由于其形成因素簡單，在檢測工業(yè)機械結構中應用較為廣泛；（3）橫波。在固體中傳播；（4）板波。在板狀介質中傳播，屬于一種彈性波。這種超聲波類別多，其中以蘭姆波最為重要。上述描述的不同類型超聲波其傳播速度也有不同，如縱波速度大于橫波。

4 基于石油機械結構檢測中超聲波方法的實踐研究

結合實際操作內容，分析超聲波方法在石油機械結構檢測中的具體應用，以供相關人員參考。

4.1 實際案例概況

某石化高壓甲氨冷凝器專用立式列管式熱交換器由以下幾個部件構成：（1）不銹鋼列管；（2）碳鋼管板；（3）支撐板；（4）堆焊層。由于該設備長期處于高溫和高壓運行狀態(tài)，并受到疲勞應力、腐蝕以及沖刷的多重作用力，列管管壁存在極大的安全隱患，如：（1）損傷；（2）腐蝕；（3）壁厚減薄等。為了明確機械內部結構情況，采用超聲波方法進行檢查。

4.2 分析超聲波信號

超聲波信號為石油機械結構無損檢測的主要依據(jù)，唯有通過超聲波信號，才可準確判斷機械結構運行狀態(tài)。由于超聲波信號為單脈沖信號，主要根據(jù)介質傳播，無法在真空中存在?；谑蜋C械結構檢測，應用超聲波方法主要原理為：對超聲波信號進行分析，從而獲取機械結構狀態(tài)信息。從本質上來看，超聲波性信號屬于單脈沖信號，且信號較窄。通常情況下，我們會使其與計算機信息技術相結合，利用軟件辨識方式拓寬信號渠道，保證超聲波信號更強。超聲波信號寬度范圍為0.625μS；頻率為1MHz。技術人員可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)優(yōu)化和改良信號穿透性，以保證其可發(fā)揮良好作用，提高檢測準確性。

4.3 檢測過程

4.3.1 使用無損檢測系統(tǒng)

該系統(tǒng)建立在計算機信息技術上，技術人員可使用GPIB電纜連接這些設備：（1）數(shù)字示波器；（2）計算機；（3）信號發(fā)生器。同時，連接波發(fā)生換能器和功率放大器；連接波接收換能器和示波器。利用波發(fā)生換能器和波接收換能器兩種設備，可以促使石油機械結構發(fā)出信號。接著，計算機會接收這些信號，并對其進行精密計算與分析，以確定機械設備是否存在異常。

4.3.2 明確裂紋寬度

無損檢測過程中，如發(fā)現(xiàn)石油機械結構出現(xiàn)裂紋，則需要明確裂紋寬度，并通過A掃描法裂紋檢測了解機械運行情況。保證信號發(fā)射和接收換能器處于同一直線上，形成換能器裝置組。接著，利用掃描形式掃描探傷情況，主要根據(jù)箭頭所指方向進行檢測。通過觀察示波器反射信號圖像，對數(shù)據(jù)進行分析和計算。

技術人員可以不斷移動檢測裝置，石油機械在內部構件出現(xiàn)裂紋時會發(fā)射反射信號；反之，則無反射信號。待裝置轉移至一個區(qū)間內時，其只能接收一個反射信號。收集到的信號示波器中也只有一個反射波。之后，持續(xù)移動裝置至第二個端點位置，此時可接收到兩個反射波：一個為裂紋反射波；另一個為試件上部邊緣反射波。相較于邊緣反射波行程，裂紋反射波行程更短一些。挪動裝置至第三個區(qū)間時，則可以接收到一個反射波信號——裂紋反射波，且其行程較短。掃描后可發(fā)現(xiàn)裂紋右頂點，并標示裂紋端點位置。在此基礎上，技術人員也可準確判斷裂紋寬度。需要注意的是，技術人員應確定裂紋的產生原因（如裂紋下產生、機械結構邊緣產生），以保證檢測結果的可靠性。

4.3.3 確定裂紋位置

明確裂紋寬度后，技術人員需要確定石油機械結構裂紋位置，以此來解決機械結構裂紋問題。接收換能器和發(fā)射換能器產生的超聲波一般為橫波，上述提到其可以在固體中良好傳播，且傳播速度相對來說較快。無損檢測時，可利用橫波優(yōu)勢提高檢測效果。橫波可以在傳播中及時發(fā)現(xiàn)裂紋位置，并實時記錄相關數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機控制中心平臺。技術人員可以在顯示屏查看數(shù)據(jù)結果，根據(jù)結果判斷石油機械結構裂紋位置。例如，機械設備材料為A3鋼管和鋁合金板，橫波傳播速度可達到每秒3100m，發(fā)送數(shù)據(jù)至計算機后，可精確判斷機械缺陷位置。

4.3.4 使用放大器

使用放大器的目的為放大超聲波，這樣技術人員可以更加容易識別超聲波信號。一般放大器功能性高，則超聲波信號識別性能更佳。在此基礎上，既可以促進石油機械結構檢測工作效率得到顯著提升，也可以強化無損超聲波檢測方法的精確度。在使用放大器時，技術人員應充分了解其性能特征，嚴格按照操作規(guī)范識別超聲波信號，以免操作不當無法充分發(fā)揮其實際作用。

5 關于強化超聲波檢測效果的幾點建議

超聲波方法應用效果與技術人員操作水平直接掛鉤，從人員和制度方面出發(fā)，提出以下兩點建議，旨在增強該檢測技術的應用價值。

5.1 提升技術人員專業(yè)能力

超聲波方法具有良好檢測優(yōu)勢，為了加強其檢測效果，相關企業(yè)應注重技術人員的培訓與考核，以此來提升人員專業(yè)能力，使其全面掌握技術要點。首先，聘請無損檢測專業(yè)技術人員作為講師，選擇實踐培訓模式幫助學習人員快速了解技術內容，既可縮短培訓周期，也可保證培訓科學性。培訓結束后，對技術人員進行技術考核，根據(jù)相關技術指標篩選技術人才；其次，儲備專業(yè)人才，通過線上招聘渠道吸引專業(yè)技術人才，結合市場薪資現(xiàn)狀和企業(yè)經濟實力，合理設置薪資和福利，盡量提高招聘吸引力，才可尋到優(yōu)質的長期性專業(yè)人員。

5.2 完善石油機械結構檢測制度

技術達標后，企業(yè)還需要針對內部運營情況和人員特點制定更加完善的石油機械結構檢測管理制度，將管理制度作為規(guī)范技術人員檢測行為的主要依據(jù)，以保證機械檢測的合理性。制度中必須包括清晰的獎懲條例，通過獎罰分明幫助技術人員明確檢測規(guī)則。對于嚴格按照技術規(guī)范和檢測制度的人員，可設置物質獎勵；對于因技術專業(yè)問題造成檢測失誤的人員，可根據(jù)損失程度對其進行處理。

總之，唯有結合專業(yè)技術人才和嚴格的管理制度，才可進一步保障石油機械結構檢測質量，避免機械運行風險，并為企業(yè)帶來更加可觀的經濟效益。

6 結語

應用超聲波方法檢測石油機械結構，可有效避免檢測誤差，可準確檢測機械異常以提醒工作人員。基于此，工作人員也可在第一時間對機械結構故障進行排查和修復，從而保障石油機械運行的穩(wěn)定性和安全性，確保企業(yè)正常有序生產。