孫文生 李慶男 楊旭 趙志強(qiáng)

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(guò)程中往往容易受到容器內(nèi)外部環(huán)境因素的影響而導(dǎo)致腐蝕，其中最主要的影響因素就是電化學(xué)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(huì)使金屬壓力容器壓力管道的力學(xué)、耐久性能降低，比如韌性、塑性及強(qiáng)度等，還會(huì)破壞金屬構(gòu)件幾何、完整性，從而使裂紋出現(xiàn)在金屬結(jié)構(gòu)中，使金屬壓力容器壓力管道的壽命不斷縮短。而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠保證金屬壓力容器壓力管道的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究。

1 金屬壓力容器壓力管道裂紋無(wú)損檢測(cè)技術(shù)分類(lèi)

按照相關(guān)規(guī)定，金屬壓力容器裂紋檢測(cè)分為運(yùn)行中在線檢測(cè)和停止運(yùn)行后的裂紋檢測(cè)，正常情況下，每個(gè)月都需要進(jìn)行一次在線檢測(cè)，每周要進(jìn)行一次停止后裂紋檢測(cè)。

此外，還可以將金屬壓力容器裂紋檢測(cè)分為內(nèi)部裂紋檢測(cè)技術(shù)和外部裂紋檢測(cè)技術(shù)。內(nèi)部裂紋檢測(cè)技術(shù)就是將檢測(cè)器安裝在金屬容器壓力管道內(nèi)部檢測(cè)內(nèi)壁裂紋情況的檢測(cè)技術(shù)，主要包括自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、漏磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等。傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)比較多，比如工作效率低、誤差大等，對(duì)于檢測(cè)需求已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行滿足，從而需要完善容器管道裂紋技術(shù)，因此研究金屬壓力容器裂紋無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，將其應(yīng)用價(jià)值提高，進(jìn)一步確保管道內(nèi)部良好的運(yùn)行環(huán)境[1]。

2 金屬壓力容器管道裂紋無(wú)損檢測(cè)技術(shù)分析

安裝過(guò)程中的無(wú)損檢測(cè)和管道使用中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是金屬壓力容器裂紋檢測(cè)技術(shù)的主要內(nèi)容，本次主要對(duì)管道運(yùn)行中裂紋無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，因此不過(guò)多說(shuō)明安裝中檢測(cè)技術(shù)。對(duì)于金屬壓力容器管道使用中裂紋檢測(cè)技術(shù)而言，其實(shí)施具有一定難度，因?yàn)檫\(yùn)行狀態(tài)下的環(huán)境一般比較惡劣，具有復(fù)雜的檢測(cè)條件，很容易受到外界因素干擾。本次針對(duì)表面缺陷進(jìn)行研究，并且借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，提出微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。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(huì)表現(xiàn)出不同特征，比如微波在金屬類(lèi)東西中就會(huì)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(lái)檢測(cè)管道裂紋情況[2]。

該技術(shù)的理論基礎(chǔ)是電磁波均勻傳輸線理論、金屬、非金屬導(dǎo)電波理論，檢測(cè)與識(shí)別金屬容器管道裂紋缺陷，在此基礎(chǔ)上分析金屬電磁波變化從而對(duì)裂紋缺陷特征進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別。微波技術(shù)的應(yīng)用，可以將電磁波發(fā)射到金屬管道內(nèi)，在波導(dǎo)理論指導(dǎo)下，應(yīng)用無(wú)線傳感技術(shù)對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行采集，再處理和分析數(shù)據(jù)，進(jìn)一步掌握電磁波變化規(guī)律，然后對(duì)金屬容器壓力管道內(nèi)外徑表面裂紋進(jìn)行檢測(cè)和定位。本文將從三個(gè)方面分析該項(xiàng)技術(shù)，具體分析情況如下:

2.1 對(duì)金屬壓力容器壓力管道進(jìn)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(diǎn)，而吸收與反射是非金屬介質(zhì)的特征，在電磁波傳導(dǎo)原理的指導(dǎo)下，電磁波信號(hào)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(hào)接收裝置則是無(wú)限傳感器，從而對(duì)金屬壓力容器管道微波信號(hào)進(jìn)行采集與數(shù)據(jù)分析。

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

2.2 對(duì)金屬壓力容器壓力管道進(jìn)行處理數(shù)據(jù)分析

如果電磁波發(fā)射信號(hào)為突發(fā)型，通過(guò)采集無(wú)線傳感裝置的記錄信號(hào)達(dá)到時(shí)間來(lái)確定金屬壓力容器壓力管道裂紋定位相關(guān)參數(shù)。周?chē)嬖诘碾娎|、高壓線等其他金屬介質(zhì)都會(huì)干擾采集信號(hào)，這時(shí)采集到的微波信號(hào)就會(huì)呈現(xiàn)出連續(xù)性特點(diǎn)，而采集到的發(fā)射參數(shù)對(duì)于檢測(cè)裂紋也沒(méi)有任何價(jià)值，包括微波上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、幅度分布等。此外，還要集中處理采集到的數(shù)據(jù)，因?yàn)闀?huì)有很多問(wèn)題出現(xiàn)，比如微波多模態(tài)現(xiàn)象、在結(jié)構(gòu)中傳播電磁波具有頻性、電磁波發(fā)射的衰減性等，都會(huì)使采集到的信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間差。因此，要對(duì)采集到的信號(hào)應(yīng)用小包變換法進(jìn)行處理，先分解采集到的微波信號(hào)，然后對(duì)各個(gè)頻段信號(hào)進(jìn)行分解[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

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(yùn)輸設(shè)備，因此受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，為滿足檢測(cè)管道裂紋需求，將微波技術(shù)應(yīng)用到檢測(cè)中從而形成新的檢測(cè)技術(shù)，使金屬壓力容器管道裂紋檢測(cè)技術(shù)水平得到大幅度提升，使檢測(cè)誤差不斷降低，實(shí)現(xiàn)其較高的應(yīng)用價(jià)值。盡管當(dāng)前其應(yīng)用已經(jīng)取得一定成果，但還存在一些不足和問(wèn)題，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善，從而確保金屬壓力管道正常運(yùn)行。