才振宇

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，使得超聲導(dǎo)波技術(shù)在各行各業(yè)中都有著廣泛應(yīng)用，其中在波道結(jié)構(gòu)構(gòu)件上超聲導(dǎo)波技術(shù)發(fā)揮了巨大優(yōu)勢(shì)。例如能夠在管道以及板材中，對(duì)承壓特種設(shè)備進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，進(jìn)一步控制了檢測(cè)設(shè)備的成本，還在一定程度上提高了設(shè)備檢測(cè)的工作效率以及準(zhǔn)確性。本文對(duì)超聲導(dǎo)波技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析，并與實(shí)際工作相結(jié)合，對(duì)提高其在特種設(shè)備檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】超聲導(dǎo)波技術(shù)；特種設(shè)備；檢測(cè)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)： TG115.285 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）24-0034-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.017

【Abstract】with the development of China's economy and the continuous improvement of science and technology， the ultrasonic guided wave technology has been widely used in all walks of life， among which the ultrasonic guided wave technology has played a huge advantage in the wave structure components. For example， it can conduct non-destructive testing on special equipment of pressure in pipelines and plates， further control the cost of testing equipment， and improve the efficiency and accuracy of equipment testing to some extent. In this paper， the development of ultrasonic guided wave technology is analyzed， and the application of ultrasonic guided wave technology in special equipment detection is expounded.

【Key words】Ultrasonic guided wave technology；Special equipment；Detection；Application

近些年來(lái)，我國(guó)油田行業(yè)發(fā)展迅猛，特種設(shè)備為其做出了突出貢獻(xiàn)，對(duì)特種設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，能夠決定設(shè)備的使用質(zhì)量與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在對(duì)特種設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，通過(guò)引入超聲成像系統(tǒng)，能夠?qū)毫艿酪约笆蛢?chǔ)罐等設(shè)備在運(yùn)行中造成的損傷進(jìn)行有效檢測(cè)，低了人為工作量，并且對(duì)于提升準(zhǔn)確性以及工作效率，都有積極的促進(jìn)作用。

管道在油田產(chǎn)業(yè)中扮演著不可或缺的角色，由于其特殊性，如果管道的使用期限超過(guò)了規(guī)定范圍，會(huì)使油田的管道產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象，給油田管理帶來(lái)了負(fù)面影響。所以，怎樣能夠精準(zhǔn)的檢測(cè)缺陷，也成為目前限制我國(guó)油田產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的主要因素。油田管道長(zhǎng)期處于地下，在我們不能觸及的情況下，現(xiàn)有的檢查方法很難產(chǎn)生真正的作用。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，超聲波技術(shù)正在逐步完善，而且超生波檢測(cè)技術(shù)在油田管道中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn)出來(lái)，使得其也受到人們更多的青睞。

1 超聲導(dǎo)波技術(shù)的概述

1.1 超聲導(dǎo)波概念

超導(dǎo)聲波屬于激光的一種，能夠按照既定的形狀進(jìn)行機(jī)械傳播，而且受到構(gòu)件邊緣的約束，所以稱(chēng)之為超聲導(dǎo)波。在分類(lèi)上，超聲導(dǎo)波包括變形波、扭力波、縱波等多種形式，在管道應(yīng)用上，主要是扭力波與縱波兩種。扭力波只能在固體中進(jìn)行傳播，所以也是檢測(cè)油氣管道的最佳模式。

1.2 計(jì)算機(jī)控制的超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀器系統(tǒng)

當(dāng)前全球范圍內(nèi)只有四家公司在超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)方面有所研究，分別是英國(guó)導(dǎo)波公司與TWI公司，以及色列SONIC公司與美國(guó)西南研究院。英國(guó)與以色列研制的導(dǎo)波設(shè)備是以壓電晶片超聲導(dǎo)波為基礎(chǔ)進(jìn)行改良的，是一種壓電晶片超聲導(dǎo)波控制系統(tǒng)；而美國(guó)所研制的MSS導(dǎo)波則是以磁致伸縮導(dǎo)波為基礎(chǔ)，是一種磁致伸縮超聲導(dǎo)波控制裝置。

1.3 超聲導(dǎo)波檢測(cè)靈敏度

所謂的超聲導(dǎo)波檢測(cè)靈敏度，指的是受損管道面積在整體管道面積中的占比。在試驗(yàn)檢測(cè)中，檢測(cè)靈敏度最高能夠達(dá)到0.7%；在就地檢查中，檢測(cè)靈敏度最高能夠達(dá)到5%。在進(jìn)行就地檢測(cè)的過(guò)程中，包括管道尺寸、防腐層等因素都會(huì)影響到檢測(cè)精度。

2 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在油田管線(xiàn)檢測(cè)中的技術(shù)原理

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，在工業(yè)與技術(shù)結(jié)合方面國(guó)家投入了大量精力。特別是對(duì)于油田產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，在對(duì)油田管道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，超聲導(dǎo)波檢查技術(shù)在優(yōu)勢(shì)上更加明顯。

首先是方法原理上面的優(yōu)勢(shì)。超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)設(shè)備探頭，在管道內(nèi)部發(fā)射出縱波，這樣能夠精準(zhǔn)的檢測(cè)出管道內(nèi)部的缺陷，通過(guò)縱波的反射，能夠?qū)艿乐械娜毕葸M(jìn)行準(zhǔn)確定位，并判斷出油田管道的腐蝕情況。此外，管道超聲波探頭能夠以一種均勻的排列方式，使超聲導(dǎo)波在管道中以對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的形式進(jìn)行傳播，在聲波傳播的過(guò)程中對(duì)管道壁進(jìn)行檢測(cè)，使得超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)τ吞锕芫€(xiàn)進(jìn)行全面排查。

其次，超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)較傳統(tǒng)油田管道檢測(cè)技術(shù)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在傳播路徑方面距離更遠(yuǎn)，最多能夠在十幾米的管道中進(jìn)行傳播，而且能夠與回波信號(hào)形成一種傳播回路。對(duì)管道中的所有信息進(jìn)行完整的收集，進(jìn)而使得超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在對(duì)油田管道檢測(cè)過(guò)程中，能夠收集完整的信息，并且保證信息的準(zhǔn)確性；第二，在利用超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)對(duì)油田管線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，超聲導(dǎo)波利用在管道壁中的震動(dòng)，使超聲波充滿(mǎn)整個(gè)管道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的全面覆蓋。所以，在對(duì)油田管線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)超聲導(dǎo)波技術(shù)，能夠提升檢測(cè)效率，為我國(guó)的油田事業(yè)做出突出貢獻(xiàn)。

3 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在油田管線(xiàn)檢測(cè)中的應(yīng)用分析

3.1 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在油田管線(xiàn)檢測(cè)中的應(yīng)用概況

目前，我國(guó)在油田管道檢測(cè)中已經(jīng)大量引入超聲導(dǎo)波檢查技術(shù)，但是與國(guó)外相比，我國(guó)在技術(shù)應(yīng)用方面還不夠成熟，因此我國(guó)要加大在超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)方面的研究力度。

雖然我國(guó)在超聲導(dǎo)波檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用方面起步較晚，但是在油田管道檢測(cè)領(lǐng)域研究比較深入，已經(jīng)取得了顯著成績(jī)。我國(guó)科研人員在對(duì)于超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)，主要是以彈性波理論為依據(jù)進(jìn)行分析，并在研究過(guò)程中進(jìn)入了計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠更加全面地掌握頻散曲線(xiàn)，進(jìn)而明確超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)裂紋的透射規(guī)律。并根據(jù)超聲波的發(fā)射時(shí)間，以及超聲波的強(qiáng)度，明確裂紋所在的正確位置以及裂紋的大?。辉趯?duì)超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，主要是通過(guò)傳感器對(duì)其在油田管道中的檢測(cè)進(jìn)行分析，在分析過(guò)程中，對(duì)其他信號(hào)進(jìn)行抑制，并檢測(cè)出頻散現(xiàn)象，這樣就能清楚地掌握超聲波檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)過(guò)程中的靈敏度。

3.2 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在油田管線(xiàn)檢測(cè)中的應(yīng)用分析

我們常說(shuō)的彈性聲波指的就是通過(guò)機(jī)械振動(dòng)，在介質(zhì)之間進(jìn)行的聲波傳導(dǎo)，而將聲波經(jīng)過(guò)的介質(zhì)稱(chēng)之為波導(dǎo)，所以在對(duì)油田管道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所應(yīng)用的超聲波稱(chēng)之為超聲導(dǎo)波。根據(jù)權(quán)威實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示，在對(duì)油田管道進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，聲波傳導(dǎo)速度只與管道的介質(zhì)、密度以及彈性有關(guān)。而超聲波本身并不會(huì)對(duì)傳播速度造成任何影響。在利用超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)對(duì)油田管道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，能夠利用彈性動(dòng)力學(xué)原理得出檢測(cè)公式。

對(duì)超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，通過(guò)在檢測(cè)設(shè)備中增加相關(guān)原理，能夠增加檢測(cè)效率，并且能夠在較短的時(shí)間內(nèi)接收到脈沖波。通過(guò)超聲導(dǎo)波檢測(cè)設(shè)備，能夠利用計(jì)算機(jī)對(duì)發(fā)射器的波形進(jìn)行控制，并在檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生一定的激勵(lì)信號(hào)，利用超聲導(dǎo)波的放大器，將功率進(jìn)行放大，使檢測(cè)中的電壓數(shù)值能夠與傳感器所需要的數(shù)值相符。此外，傳感器的另一個(gè)作用就是能夠在檢測(cè)中接收到超聲導(dǎo)波信號(hào)，并且通過(guò)二極管電路對(duì)其進(jìn)行隔離，使超聲波檢測(cè)技術(shù)感知到回波信號(hào)，利用示波器對(duì)其進(jìn)行接收，并將其儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)上。

4 超聲導(dǎo)波技術(shù)在管道缺陷檢測(cè)及評(píng)價(jià)中的應(yīng)用方法

4.1 實(shí)驗(yàn)裝置

在對(duì)管道缺陷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，所采用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由接收裝置、計(jì)算機(jī)、電源等構(gòu)成的。在管道周?chē)O(shè)置有傳感器，傳感器的排列均勻，而且可根據(jù)管道直徑的大小以及超聲導(dǎo)波的模態(tài)選擇傳感器的數(shù)量。

在管道周?chē)膫鞲衅魍ㄟ^(guò)發(fā)出超聲導(dǎo)波，并能夠?qū)Ψ瓷涞某晫?dǎo)波進(jìn)行接收，利用計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理與分析。在檢測(cè)的過(guò)程中，通過(guò)壓縮空氣對(duì)卡環(huán)進(jìn)行清理，這樣能夠保證管道表面與傳感器有良好的接觸。利用低頻超聲時(shí)，不用使用耦合劑，僅僅需要對(duì)管道表面進(jìn)行簡(jiǎn)單的清理即可。在探頭探測(cè)的位置進(jìn)行氧化處理，而且在安置探頭卡環(huán)以及調(diào)整的時(shí)間，最好在20分鐘以?xún)?nèi)完成。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用到的管道材質(zhì)是普通的低碳鋼，而且在表面上并沒(méi)有防護(hù)層，只涂抹了一層防銹漆。此管道共25米，厚度為7毫米，外管道直徑為20厘米，將傳感器放置在距離管口0.5米的位置，保證管道表面能夠與傳感器進(jìn)行緊密接觸。而且在安裝傳感器時(shí)，要對(duì)安裝位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)那謇砉ぷ?。為了在分析?shù)據(jù)時(shí)更加方便，應(yīng)在傳感器的中心設(shè)置激勵(lì)導(dǎo)波原點(diǎn)。在整個(gè)管道上，有一些焊縫以及人工制成的凹槽，所以在對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要使用扭轉(zhuǎn)模態(tài)，對(duì)超聲波傳遞的時(shí)間、以及在不同位置處能量的衰減情況都能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，只是一種大范圍的檢測(cè)方法，只能夠?qū)艿赖陌踩M(jìn)行較為完整的評(píng)價(jià)。所以如果檢測(cè)距離超過(guò)技術(shù)所能承受的最大范圍，在精準(zhǔn)度方面就有所欠缺，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要以具體情況為基礎(chǔ)，與其他檢測(cè)方法進(jìn)行合用，這樣才能發(fā)揮出更好的檢測(cè)效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，逐步加深了超聲波檢測(cè)技術(shù)的研力度，并且在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了更多功效。油田事業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，在管道檢測(cè)中引入超聲波檢測(cè)技術(shù)，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出管道中的缺陷，使我們能夠盡早發(fā)現(xiàn)其中的隱患，并為我國(guó)的油田事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。。

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