新型無損檢測技術在壓力管道在線檢測中的應用研究

雷玉蘭

摘要：綜合介紹了超聲導波，聲發射，漏磁技術三種新型無損檢測技術，重點研究其在壓力管道檢測中的應用，分析總結了這些技術現有的不足及未來的研究方向。

關鍵詞：超聲導波聲發射漏磁壓力管道

中圖分類號：TH87 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0001-01

壓力管道屬于特種設備，廣泛存在于各類工礦企業中，特別是石化及能源行業，其運行的安全性直接關系到人民群眾的生命財產安全和社會的經濟發展。壓力管道具有運行壓力高，使用介質多為有毒，可燃，或具有腐蝕性的特點，在使用過程中，容易出現裂紋、腐蝕坑等缺陷，從斷裂力學的角度，微小缺陷若不及時發現，擴展后將直接導致管道不可逆的損壞，影響壓力管道的安全使用。因此，有必要提高壓力管道檢驗檢測時缺陷的發現率。隨著無損檢測技術的發展，越來越多的新型無損檢測技術應用到壓力管道的檢驗檢測中，在一定程度上提高了壓力管道檢測安全的時效性和可靠性。

1新型無損檢測技術簡述

（1）超聲導波技術。

導波屬于超聲波的一種，即在波導結構中傳播的超聲波。導波具有頻散特性，一次激發的導波在不同的材料和不同的幾何形狀中傳播時其頻率和群速度具有特定的關系，可用頻散曲線進行描述，當工件內出現缺陷引起結構變化時，接收到的導波回波將發生變化，通過對缺陷波形的信號分析，可對缺陷進行判斷和定位。目前的導波檢測主要使用的是單一的L（0，2）模態的導波，該模態導波在管線中傳播時，由于衰減小，覆蓋范圍廣，相比較于常規的脈沖時差法超聲波逐點檢測的方法，導波檢測可實現長距離檢測，除了能檢測發現焊接接頭的內部缺陷缺陷，還能能檢測出管內表面、材料內部及外表面的缺陷，特別是管內大面積腐蝕，從而實現快速檢測。在國外，導波技術已經商業化，如英國的wavemaker公司已有成熟設備出售。而國內導波檢測技術研究起步較晚，現已有多家研究機構進行了實驗室仿真，研究重點在于多模態導波的激勵與接收，導波檢測設備的成型以及缺陷波形的分析處理。

（2）聲發射。

聲發射即固體材料或構件因受力產生塑性變形至斷裂的過程中，儲存的應變能斷續地釋放發射出瞬態彈性波的現象，通過接收和分析材料的聲發射信號可以評定材料的性能或監測構件的破壞過程從而實現設備探傷。圖1表示聲發射檢測原理。被檢工件中存在活動性缺陷，在外加應力的作用下從缺陷處釋放出的彈性波被置于工件表面的傳感器接收后經放大處理，通過波形分析確定缺陷的性質。聲發射檢測屬于動力學檢驗，對線性缺陷尤為敏感，可獲取缺陷的連續信息實現管線的實時監測。

（3）磁記憶檢測。

磁記憶檢測技術是在傳統的磁粉檢測技術上發展起來的一門針對鐵磁性材料的無損檢測方法，也稱漏磁檢測技術，是在20世紀90年代由俄羅斯科學家提出。在地磁場中，鐵磁性材料的磁性能在應力集中區和形狀突變區會產生永久性變化，即具有磁記憶性，使得金屬構件的表面磁導率遠遠小于其他區域，從而形成漏磁場，通過對漏磁場的檢測可確定被檢設備的應力集中區和形狀突變區。相較于傳統的磁粉檢測技術，金屬磁記憶檢測不需要外加磁場，設備便攜性好，可實現缺陷和應力集中區的快速篩查。

2新型無損檢測技術在壓力管道檢驗中的應用

按照TSG D0001-2009的要求，工業壓力管道需要進行定期檢驗，常規無損檢測方法主要適用于停車后的全面檢驗，很難做到在線監測以及壽命評估。而上述三種無損檢測技術的應用，可實現早期診斷和在線檢測。特別是在電力和石化行業，例如在火力發電廠中的大量汽、水管道，可利用磁記憶檢測技術在不停機的情況下進行在線檢測，進行早期診斷，找出應力集中部位作為重點監控點，也可以配合聲發射技術查找活動性缺陷，尋找泄漏點。聲發射檢測技術也可應用于地下埋管的泄漏檢測。而超聲導波檢測對長管線的缺陷篩查有很大的優勢，對架空管線理論檢測長度可達幾百米，有利于縮小檢驗范圍，提高缺陷的檢出率。目前的研究重點在于以下幾個方面：（1）對導波模態的研究，尋找不同模態導波對不同類缺陷的敏感性。（2）信號分析，尋找有效的去噪方法，對接收到的信號進行特征分析，準確的找出缺陷信號。（3）建立缺陷信號數據庫，制造缺陷試塊，完善相關的檢測標準。

3結論

綜上所述，超聲導波、聲發射及磁記憶檢測技術的應用，在降低檢驗成本的同時提高了壓力管道檢驗的效率，同時還可作為在役管線在線診斷和壽命評估的重要手段。但是目前還存在一些問題：一方面很多技術還只存在于實驗室階段，尚未形成成熟的商業設備進行市場化；另一方面是相關配套的檢驗檢測標準尚未制定，還需要經歷一個標準制度化的過程。因此要將這些檢測技術廣泛應用于常規的檢驗還需要在以下幾個方面展開重點研究。

（1）開發多模態導波檢測儀，形成可探測多種缺陷的供現場探傷的成熟超聲導波檢驗設備。

（2）提高聲發射信號的分析處理能力，保證檢驗結果的有效性及準確性。

（3）加快相關檢測標準的編制、頒布及實施。

參考文獻

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