姚源

（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心石油工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，黑龍江 大慶 163000）

石油勘探設(shè)備與普通設(shè)備之間存在較為明顯的差異性特點(diǎn)，因此在檢測(cè)勘探設(shè)備等相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，需要應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)提高檢測(cè)真實(shí)性和精準(zhǔn)性，以確保機(jī)械處于正常運(yùn)行狀態(tài)中。作為高效率的檢測(cè)方法——超聲波無(wú)損檢測(cè)工作頻率可達(dá)到0.4～5MHz，具有較多檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，如指向性強(qiáng)、傳播能量大等，在石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)中受到青睞。

1 石油機(jī)械運(yùn)行現(xiàn)狀分析

目前，石油機(jī)械會(huì)受到各類因素影響，造成機(jī)械運(yùn)行異常。

1.1 機(jī)械潤(rùn)滑不到位

石油機(jī)械需要充足的潤(rùn)滑油幫助其正常運(yùn)行，如潤(rùn)滑不到位，則會(huì)造成機(jī)械構(gòu)件磨損，長(zhǎng)期磨損后不僅會(huì)造成機(jī)械使用周期縮短，也會(huì)影響產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)度，不利于經(jīng)濟(jì)效益的提升。

1.2 操作不合理

部分技術(shù)人員在操作機(jī)械時(shí)方法不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)械出現(xiàn)異常。例如，使用機(jī)械之前，必須檢查裝置是否正常、冷卻液是否充足，滿足啟動(dòng)條件后才可開啟機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)。若未按照要求做好全面檢查，則會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)生一定損傷。

1.3 檢測(cè)方法不可靠

日常生產(chǎn)中，工作人員會(huì)借助相關(guān)檢測(cè)方法對(duì)石油機(jī)械進(jìn)行檢查與維護(hù)，但是傳統(tǒng)檢測(cè)方法真實(shí)性和準(zhǔn)確度一般，可能會(huì)影響工作人員的判斷力。如機(jī)械內(nèi)部構(gòu)件異常時(shí)，檢測(cè)儀器未及時(shí)檢測(cè)出故障問(wèn)題，留下極大的安全隱患。

綜上所述，石油機(jī)械需要專業(yè)技術(shù)人員、高效檢測(cè)方法以提升運(yùn)行穩(wěn)定性。相對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法，無(wú)損檢測(cè)方法大大提升了檢測(cè)準(zhǔn)確性以及可靠性，保障了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)行安全，可在機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用與推廣。

2 超聲波方法在石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的重要作用

為了提高石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)效果，技術(shù)人員可采用超聲波方法實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。超聲波方法可在實(shí)際監(jiān)測(cè)中解決眾多傳統(tǒng)檢測(cè)方法存在的問(wèn)題，并發(fā)揮其真正應(yīng)用價(jià)值。

2.1 實(shí)現(xiàn)故障預(yù)判

檢測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，工作人員可以借助這種方法全面掌握不同運(yùn)行環(huán)境、不同構(gòu)件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀。例如，構(gòu)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(cè)方法可以幫助工作人員進(jìn)行預(yù)判，使其降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，完成故障清零目標(biāo)。

2.2 降低企業(yè)成本

通過(guò)有效檢測(cè)可以及時(shí)預(yù)防設(shè)備故障問(wèn)題，避免增加機(jī)械修復(fù)或更新相關(guān)成本費(fèi)用。與此同時(shí)，企業(yè)也可根據(jù)數(shù)據(jù)提前更換老化構(gòu)件，以更低成本維護(hù)機(jī)械。石油機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)間過(guò)久后，內(nèi)部構(gòu)件可能會(huì)因其他因素受到影響，出現(xiàn)老化等問(wèn)題，檢測(cè)異常后可及時(shí)提醒技術(shù)人員進(jìn)行更換，以免構(gòu)件長(zhǎng)期未更換引發(fā)更大故障。

2.3 促進(jìn)產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展

科技時(shí)代背景下，行業(yè)面臨新發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，自動(dòng)化、智能化技術(shù)成為各行各業(yè)未來(lái)發(fā)展主流趨勢(shì)，選擇超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種科學(xué)性發(fā)展，有利于提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率和品質(zhì)。無(wú)損檢測(cè)可有效提升檢測(cè)質(zhì)量，確保石油機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生異常時(shí)得到及時(shí)反饋，以便于技術(shù)人員采取科學(xué)修復(fù)方案。

由上可見，超聲波檢測(cè)對(duì)石油機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的促進(jìn)作用，企業(yè)應(yīng)積極引進(jìn)該檢測(cè)技術(shù)保障檢測(cè)效果。

3 超聲波方法概述

3.1 應(yīng)用特點(diǎn)

超聲波檢測(cè)是無(wú)損檢測(cè)方法中的主要檢測(cè)方式之一，應(yīng)用于多種檢測(cè)中：（1）裂紋；（2）氣孔；（3）焊縫缺陷等。這種檢測(cè)方法具有較大優(yōu)勢(shì)：（1）檢測(cè)結(jié)果真實(shí)可靠；（2）操作方便；（3）精準(zhǔn)度高。它可以利用專用的信號(hào)編輯軟件編輯信號(hào)——窄單脈沖信號(hào)。接著，經(jīng)過(guò)電纜和計(jì)算機(jī)插槽的接口，將信號(hào)發(fā)送至石油機(jī)械設(shè)備，并根據(jù)反射信號(hào)明確設(shè)備是否處于損傷狀態(tài)。反射信號(hào)是在彈性介質(zhì)中傳播超聲振動(dòng)時(shí)遇到界面而產(chǎn)生。通常超聲波方法可檢測(cè)出機(jī)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(shù)原理

超聲波方法主要探究非聲學(xué)量以及超聲量關(guān)系，包含以下因素：（1）濃度；（2）溫度；（3）速度；（4）聲音；（5）固體等。對(duì)超聲量進(jìn)行測(cè)定可以有效分析介質(zhì)特點(diǎn)、檢測(cè)介質(zhì)質(zhì)量、計(jì)算工程數(shù)據(jù)等。最常見的超聲測(cè)量方法分為兩種，一種為超聲傳播測(cè)量法，可以根據(jù)超聲波在介質(zhì)中的傳播了解其規(guī)律；另一種為振動(dòng)測(cè)量方法，可以根據(jù)物體振動(dòng)進(jìn)行精確測(cè)量。

超聲波頻率極強(qiáng)，且具有波長(zhǎng)短的特點(diǎn)，波長(zhǎng)通常小于2cm，良好的穩(wěn)定性與方向性是其主要特性。機(jī)械設(shè)備內(nèi)部探測(cè)時(shí)，在設(shè)備介質(zhì)中通過(guò)波動(dòng)形式傳播振動(dòng)超聲波，從而實(shí)現(xiàn)各種目的：（1）測(cè)距；（2）探傷；（3）測(cè)厚；（4）清潔。實(shí)踐檢測(cè)中，技術(shù)人員可以利用超聲波發(fā)射設(shè)備，定向發(fā)射超聲波，在設(shè)備中實(shí)時(shí)傳播超聲波。之后借助數(shù)字建模技術(shù)，構(gòu)建相關(guān)畫面模型，并將內(nèi)部情況直觀展現(xiàn)出來(lái)。超聲波檢測(cè)技術(shù)不會(huì)影響設(shè)備結(jié)構(gòu)、不會(huì)生成殘留物質(zhì)，可以獲取更客觀的檢測(cè)結(jié)果。增大超聲波頻率時(shí)，可有效提升超聲波穩(wěn)定性以及指向性，其檢測(cè)結(jié)果更為真實(shí)可靠。

3.3 超聲波種類

若根據(jù)彈性介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)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(gòu)件表面相鄰的兩個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)檢測(cè)其是否存在缺陷，較常應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)表面探傷檢測(cè)；（2）縱波。在不同介質(zhì)中均可實(shí)現(xiàn)傳播，如氣體等介質(zhì)。由于其形成因素簡(jiǎn)單，在檢測(cè)工業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛；（3）橫波。在固體中傳播；（4）板波。在板狀介質(zhì)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(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)中超聲波方法的實(shí)踐研究

結(jié)合實(shí)際操作內(nèi)容，分析超聲波方法在石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的具體應(yīng)用，以供相關(guān)人員參考。

4.1 實(shí)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(gè)部件構(gòu)成：（1）不銹鋼列管；（2）碳鋼管板；（3）支撐板；（4）堆焊層。由于該設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫和高壓運(yùn)行狀態(tài)，并受到疲勞應(yīng)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(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，采用超聲波方法進(jìn)行檢查。

4.2 分析超聲波信號(hào)

超聲波信號(hào)為石油機(jī)械結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)的主要依據(jù)，唯有通過(guò)超聲波信號(hào)，才可準(zhǔn)確判斷機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)。由于超聲波信號(hào)為單脈沖信號(hào)，主要根據(jù)介質(zhì)傳播，無(wú)法在真空中存在。基于石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)，應(yīng)用超聲波方法主要原理為：對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行分析，從而獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息。從本質(zhì)上來(lái)看，超聲波性信號(hào)屬于單脈沖信號(hào)，且信號(hào)較窄。通常情況下，我們會(huì)使其與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)相結(jié)合，利用軟件辨識(shí)方式拓寬信號(hào)渠道，保證超聲波信號(hào)更強(qiáng)。超聲波信號(hào)寬度范圍為0.625μS；頻率為1MHz。技術(shù)人員可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)優(yōu)化和改良信號(hào)穿透性，以保證其可發(fā)揮良好作用，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

4.3 檢測(cè)過(guò)程

4.3.1 使用無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)建立在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)上，技術(shù)人員可使用GPIB電纜連接這些設(shè)備：（1）數(shù)字示波器；（2）計(jì)算機(jī)；（3）信號(hào)發(fā)生器。同時(shí)，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(shè)備，可以促使石油機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)出信號(hào)。接著，計(jì)算機(jī)會(huì)接收這些信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行精密計(jì)算與分析，以確定機(jī)械設(shè)備是否存在異常。

4.3.2 明確裂紋寬度

無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)石油機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋，則需要明確裂紋寬度，并通過(guò)A掃描法裂紋檢測(cè)了解機(jī)械運(yùn)行情況。保證信號(hào)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(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)觀察示波器反射信號(hào)圖像，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算。

技術(shù)人員可以不斷移動(dòng)檢測(cè)裝置，石油機(jī)械在內(nèi)部構(gòu)件出現(xiàn)裂紋時(shí)會(huì)發(fā)射反射信號(hào)；反之，則無(wú)反射信號(hào)。待裝置轉(zhuǎn)移至一個(gè)區(qū)間內(nèi)時(shí)，其只能接收一個(gè)反射信號(hào)。收集到的信號(hào)示波器中也只有一個(gè)反射波。之后，持續(xù)移動(dòng)裝置至第二個(gè)端點(diǎn)位置，此時(shí)可接收到兩個(gè)反射波：一個(gè)為裂紋反射波；另一個(gè)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(dòng)裝置至第三個(gè)區(qū)間時(shí)，則可以接收到一個(gè)反射波信號(hào)——裂紋反射波，且其行程較短。掃描后可發(fā)現(xiàn)裂紋右頂點(diǎn)，并標(biāo)示裂紋端點(diǎn)位置。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員也可準(zhǔn)確判斷裂紋寬度。需要注意的是，技術(shù)人員應(yīng)確定裂紋的產(chǎn)生原因（如裂紋下產(chǎn)生、機(jī)械結(jié)構(gòu)邊緣產(chǎn)生），以保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

4.3.3 確定裂紋位置

明確裂紋寬度后，技術(shù)人員需要確定石油機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋位置，以此來(lái)解決機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋問(wèn)題。接收換能器和發(fā)射換能器產(chǎn)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(duì)來(lái)說(shuō)較快。無(wú)損檢測(cè)時(shí)，可利用橫波優(yōu)勢(shì)提高檢測(cè)效果。橫波可以在傳播中及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋位置，并實(shí)時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)控制中心平臺(tái)。技術(shù)人員可以在顯示屏查看數(shù)據(jù)結(jié)果，根據(jù)結(jié)果判斷石油機(jī)械結(jié)構(gòu)裂紋位置。例如，機(jī)械設(shè)備材料為A3鋼管和鋁合金板，橫波傳播速度可達(dá)到每秒3100m，發(fā)送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)后，可精確判斷機(jī)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(shù)人員可以更加容易識(shí)別超聲波信號(hào)。一般放大器功能性高，則超聲波信號(hào)識(shí)別性能更佳。在此基礎(chǔ)上，既可以促進(jìn)石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作效率得到顯著提升，也可以強(qiáng)化無(wú)損超聲波檢測(cè)方法的精確度。在使用放大器時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)充分了解其性能特征，嚴(yán)格按照操作規(guī)范識(shí)別超聲波信號(hào)，以免操作不當(dāng)無(wú)法充分發(fā)揮其實(shí)際作用。

5 關(guān)于強(qiáng)化超聲波檢測(cè)效果的幾點(diǎn)建議

超聲波方法應(yīng)用效果與技術(shù)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(diǎn)建議，旨在增強(qiáng)該檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

5.1 提升技術(shù)人員專業(yè)能力

超聲波方法具有良好檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，為了加強(qiáng)其檢測(cè)效果，相關(guān)企業(yè)應(yīng)注重技術(shù)人員的培訓(xùn)與考核，以此來(lái)提升人員專業(yè)能力，使其全面掌握技術(shù)要點(diǎn)。首先，聘請(qǐng)無(wú)損檢測(cè)專業(yè)技術(shù)人員作為講師，選擇實(shí)踐培訓(xùn)模式幫助學(xué)習(xí)人員快速了解技術(shù)內(nèi)容，既可縮短培訓(xùn)周期，也可保證培訓(xùn)科學(xué)性。培訓(xùn)結(jié)束后，對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)考核，根據(jù)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)篩選技術(shù)人才；其次，儲(chǔ)備專業(yè)人才，通過(guò)線上招聘渠道吸引專業(yè)技術(shù)人才，結(jié)合市場(chǎng)薪資現(xiàn)狀和企業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)力，合理設(shè)置薪資和福利，盡量提高招聘吸引力，才可尋到優(yōu)質(zhì)的長(zhǎng)期性專業(yè)人員。

5.2 完善石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)制度

技術(shù)達(dá)標(biāo)后，企業(yè)還需要針對(duì)內(nèi)部運(yùn)營(yíng)情況和人員特點(diǎn)制定更加完善的石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)管理制度，將管理制度作為規(guī)范技術(shù)人員檢測(cè)行為的主要依據(jù)，以保證機(jī)械檢測(cè)的合理性。制度中必須包括清晰的獎(jiǎng)懲條例，通過(guò)獎(jiǎng)罰分明幫助技術(shù)人員明確檢測(cè)規(guī)則。對(duì)于嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范和檢測(cè)制度的人員，可設(shè)置物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)；對(duì)于因技術(shù)專業(yè)問(wèn)題造成檢測(cè)失誤的人員，可根據(jù)損失程度對(duì)其進(jìn)行處理。

總之，唯有結(jié)合專業(yè)技術(shù)人才和嚴(yán)格的管理制度，才可進(jìn)一步保障石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)質(zhì)量，避免機(jī)械運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，并為企業(yè)帶來(lái)更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用超聲波方法檢測(cè)石油機(jī)械結(jié)構(gòu)，可有效避免檢測(cè)誤差，可準(zhǔn)確檢測(cè)機(jī)械異常以提醒工作人員?；诖?，工作人員也可在第一時(shí)間對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)故障進(jìn)行排查和修復(fù)，從而保障石油機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，確保企業(yè)正常有序生產(chǎn)。