黃志巍

（湖南省特種設(shè)備檢驗檢測研究院，湖南 長沙 410117）

超聲導(dǎo)波技術(shù)在特種設(shè)備檢測中的應(yīng)用

黃志巍

（湖南省特種設(shè)備檢驗檢測研究院，湖南 長沙 410117）

近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于各種具有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，例如已經(jīng)成功融入到管道、板材等承壓特種設(shè)備無損檢測領(lǐng)域當(dāng)中，有效控制了設(shè)備的檢測成本，同時還提升了設(shè)備檢測的工作效率，也提升了設(shè)備檢測的準(zhǔn)確性。以當(dāng)前特種設(shè)備檢測過程中超聲導(dǎo)波技術(shù)的發(fā)展情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來工作開展的實際情況，對如何提升超聲導(dǎo)波技術(shù)的使用質(zhì)量加以闡述。

特種設(shè)備；設(shè)備檢測；超聲導(dǎo)波；應(yīng)用

特種設(shè)備是經(jīng)濟建設(shè)過程中十分重要的一個部分。特種設(shè)備檢測質(zhì)量在很大程度上會影響到特種設(shè)備的使用質(zhì)量以及特種設(shè)備相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展。將超聲成像系統(tǒng)應(yīng)用到特種設(shè)備檢測過程中，有效地探測出了壓力管道以及壓力容器、常壓石油儲罐底板等特種設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)的損傷，極大地提升了檢測效率以及準(zhǔn)確性。下文將分別從不同的角度，結(jié)合某油田的情況，對超聲導(dǎo)波技術(shù)的應(yīng)用方法加以闡述。

1 超聲導(dǎo)波與B掃描檢測問題

由激勵模塊、接收模塊這兩個模塊來構(gòu)成檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)小型超聲導(dǎo)波檢測。激勵模塊的主要組成部分包含了單片機、功率放大器等，結(jié)合電陶瓷換能器陣列將各個部件進行串聯(lián)。在接收模塊方面，主要使用壓電陶瓷換能器陣列，利用數(shù)據(jù)采集卡以及 Lab程序等進行串聯(lián)，提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。單片機的主要作用是生產(chǎn)專用導(dǎo)波激勵信號數(shù)字編碼，之后使用專業(yè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對編碼進行處理，并生成與之相對應(yīng)的模擬信號，再利用功率放大器來帶動壓電陶瓷轉(zhuǎn)換。

因為激勵用壓電陶瓷轉(zhuǎn)換器可以受到變電信號的影響，并通過逆壓電效應(yīng)的方式來生成機械波，在管道中，該機械波可以以導(dǎo)波的形式進行長距離傳播，實現(xiàn)管道的快速檢測傳播，若在傳播的過程中，發(fā)現(xiàn)管道存在缺陷，導(dǎo)波傳播至缺陷處會發(fā)生反射現(xiàn)象，所反射回來的機械波會被壓電陶瓷換能器接收，之后通過壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的各種電信號來進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，綜合了LabVIEW 數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)容，對各種采集到的內(nèi)容進行全面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后再對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行處理。一般情況下，會先對回波信號位置進行分析，之后通過一些比較專業(yè)的理論計算依據(jù)，來計算導(dǎo)波速度，明確其所在管道的長度，以及管道是否存在缺陷。

因為是單片機和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成組成了信號發(fā)生器，所以工作人員可以利用專業(yè)化的超聲導(dǎo)波激勵信號來處理這些問題。導(dǎo)波頻散特性比較顯著，所以在對管道導(dǎo)波情況進行檢測的過程中，工作人員可以使用一些窄帶的激勵信號來處理相關(guān)問題。以不同管道檢測被調(diào)制單音頻信號形式，選定不同信號頻率，將信號的頻率控制在 70～ 250kHz范圍區(qū)間內(nèi)效果最好。

如果石化行業(yè)管道長時間不間斷的工作，其內(nèi)部必然會出現(xiàn)腐蝕等問題，影響管道的正常使用。如果工作人員沒有發(fā)現(xiàn)管道已經(jīng)腐蝕，會使其持續(xù)腐蝕一段時間，最終發(fā)生腐蝕失效的問題。所以必須要定期對管道運行情況進行檢測，如果大部分管道的外壁位置依然有絕熱層或者是有防腐層，要拆除掉這些層之后，再進行腐蝕檢查。這種檢查方式在我國已經(jīng)使用了許多年，但是檢查工作效率低、檢查需要投入的經(jīng)費比較多，所以近年來逐漸被淘汰。

超聲導(dǎo)波檢測工作的基本原理，就是利用探頭陣列來發(fā)出超聲能脈沖，這種脈沖始終充斥在圓周方向以及管道壁的位置，并向四周位置傳播，最終由相同的探頭陣列來驗收返回的信號。如果經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，管道的管壁位置厚度發(fā)生了任何形式的變化，則在管道內(nèi)壁以及管道外壁這兩個位置，都會產(chǎn)生反射信號，這些信號會被探頭陣列捕獲。

所以從該角度來看，管道內(nèi)外壁因為受到腐蝕而產(chǎn)生金屬缺陷，都可以利用該方法進行檢測。按照不同缺陷產(chǎn)生所附加的波形，對信號進行轉(zhuǎn)換，可以有效識別金屬磨損和管子的外形特點，對不同問題點加以區(qū)分。

超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)，主要利用低頻扭曲模態(tài)導(dǎo)波和縱向模套導(dǎo)波對管道內(nèi)部情況進行檢查。扭曲模態(tài)導(dǎo)波可以邊朝著管子圓周方向振動，一邊向著管道的軸向位置傳播波形，這種傳播模式效果比較好，聲能并不會受到管道內(nèi)各種液體的影響，傳播質(zhì)量理想。工作人員在對導(dǎo)波進行檢測的過程中，可以讓液體不斷的在管道中流動。

工作人員在管道的某個位置放好事先準(zhǔn)備好的探頭，之后再讓導(dǎo)波沿著管道軸的方向進行傳播。這一傳播距離可以達到數(shù)十米，并且反射回來的余波還可以顯示出管道內(nèi)部腐蝕以及其余各種特征，所以工作人員可以利用管壁當(dāng)中鉛管子的軸向來傳播導(dǎo)波信號，最終實現(xiàn)長距離的快速無損檢測。

2 實例驗證

以克拉瑪依油田中的一條管道檢測情況為例，這條管道在克拉瑪依油田中已經(jīng)服役了很多年，但是在近年來的例行檢查中發(fā)現(xiàn)，管道在運行的過程中存在腐蝕性穿孔問題，所以著手對這一管道進行檢測。在檢測的過程中，將檢測目標(biāo)集中在管道腐蝕方面，并利用超聲導(dǎo)波對其進行檢查，結(jié)合B掃描給出具體的結(jié)果。

在檢測之前，先使用導(dǎo)波來對整條管道進行一次快速檢測。將探頭沿著管道壁的位置，順時針進行掃描，在掃描一周之后，對檢測方向 20m左右范圍內(nèi)的管壁腐蝕情況進行全面觀察，并記錄下觀察的結(jié)果。通過導(dǎo)波圖的方式，對這些內(nèi)容進行分析，之后確定下腐蝕區(qū)域具體的位置，再對相關(guān)細(xì)節(jié)進行后續(xù)檢驗。之后對腐蝕區(qū)環(huán)向位置進行B掃描，并對最終的掃描結(jié)果進行分析?？死斠烙吞锏脑摴艿绤^(qū)域壁厚程度最小值為 5.8mm，最大值為 168.2mm。

因為在對管道進行檢測之前，并沒有先對管道的表面進行打磨，導(dǎo)致最終測量出的管道表面漆體厚度約為0.5mm，所以在對管壁厚度進行計算時，要減去 0.5mm，才能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用B掃描的方式，對腐蝕區(qū)域線性兩維剖面圖進行觀察發(fā)現(xiàn)，該腐蝕區(qū)域的特點比較明顯，呈現(xiàn)出擴散性的特點，而且軸向的腐蝕長度要明顯超過環(huán)向的腐蝕寬度，滿足管內(nèi)液體流向要求。

3 結(jié)語

本文從三個方向闡述特種設(shè)備檢測過程中超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的應(yīng)用方式，首先闡述了超聲導(dǎo)波與B掃描檢測問題，之后對如何提升特種設(shè)備檢測質(zhì)量進行闡述。

[1]本刊編輯部 . 開拓創(chuàng)新謀事業(yè)發(fā)展 鏗鏘前行譜特檢新章——廣東省特種設(shè)備檢測研究院珠海檢測院側(cè)記 [J]. 中國特種設(shè)備安全，2016，(09):72-74.

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