淺談石油專用管的超聲波檢測技術

劉　釗（1.西安石油大學石油工程學院，陜西　西安　　710065；2.長慶油田分公司物資供應處，陜西　西安　710200）

淺談石油專用管的超聲波檢測技術

劉釗1，2
（1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安710065；2.長慶油田分公司物資供應處，陜西西安710200）

摘要：在油井作業中，石油專用管受到拉應力、擠壓應力等各種應力的作用，另外還需要在低溫、硫化氫腐蝕性等惡劣環境中作業。所以在石油專用管材投入使用前，必須對其進行嚴格的質量檢驗，避免因管材的質量問題導致油田作業事故的發生。

關鍵詞：石油專用管；超聲波；檢測技術

在我國整體運輸系統中具備檢測范圍寬、靈敏度很高、成本便宜、定位精確、對人體傷害度偏低等優點的超聲波檢測技術，變成了保證石油專用管質量的重要檢測手法。根據檢測計劃和要求，對管材成品和半成品在專用管材制造加工過程中就進行檢測，另外定期檢測重復使用的石油專用管材，為石油工程作業的順利進行保駕護航。

一、超聲波檢測原理概述

超聲波檢測技術主要指的是針對金屬材料內部地域探入超聲波，并移動其截面、判斷設備的邊際反射特點來明確管材的缺陷以及定位管道里面缺陷的具體地方與大小的一種檢測技術。在豐富的超聲波檢測的波形類型中，我們將這些波形分為橫縱波、表面波及板波等。每種類型的波形在應用的具體領域也存在著許多差別。橫波檢測方案主要檢測管材里軸向地區內的刮痕及裂縫檢測、管道焊縫里的氣孔、焊接水平、夾渣等方面；縱波檢測方案通常主要應用于管道鑄件、雜亂物品、縮管及里面缺陷等角度的檢測。板波則主要應用于對管道薄板內的缺陷問題進行檢測；表面波則就跟字面意思一樣，是應用于探測管道外形較為簡易的加工構件上層表面的缺陷問題。因為不受檢驗對象材料的局限，所以超聲波檢測被廣泛運用于金屬、非金屬及各種材料管道的檢測中；同樣的不受檢驗對象制造工藝的束縛，還可以運用于鑄造構件、鑄件、焊接件及另外的膠結件的檢測。另外因不受尺寸的制約，所以可以在對管材、板材等檢驗中，深度可精準到毫米，同樣也可以高到很多米。

二、超聲波檢測方法

穿透法指的是分別將探頭放置在的工件相對應的兩邊，當發射端探頭發出超聲波，通過等待檢測工件的一個邊穿透到達相對應的另一邊，進而被相對一邊的探頭所接收的一種檢測方法。工件內部缺陷狀況通過超聲波穿透工件兩邊先后的能量改變值來作為判斷的依據。當工件里面質量完整無損時，終端探頭就會收到很強的超聲波信號的能量；反之，如果工件里面質量存在缺陷問題時，超聲波在缺陷處受到阻擾，進而會在缺陷后面產生聲影。這樣，待測工件內部缺陷大小就可以根據發射端與終端超聲波能量值的差異大小來分析。穿透法具備以下特征：①工件內部缺陷問題是否存在可以由先后能量差別來判斷，其缺點就是無法確定缺陷的具體地點；②低靈敏度并且細小的缺陷問題，時常被忽略；③因操縱和指點非常簡單，所以均可實現自動化作業；④因其能有效地防止盲區，所以能夠用于薄板的檢測作業；⑤能夠適應會引發超聲波比較大的衰弱的材料；⑥在擺放發射端和終端探頭時，要求其放置位置與相對距離有高的準確度。共振法是等待檢測的工件內部通過對持續的聲波頻率的調整而達到共振形態，并由此為依據來計算待測工件的厚度或者是判斷工件內部是不是存在缺陷的一種檢測方法。共振法主要用于檢測表層粗劣度很低的工件的厚度，此外還能勘測復合材料的膠結情況以及檢測鋼板里夾層的缺陷問題。在待測工件里超聲波通過調整頻率傳輸，當入射波與反射波兩者的相位一樣時，就能在工件內部引發共振景象，這個時候待測工件的厚度將是超聲波波長的0.5倍或是整數倍。共振法檢測技術具備以下特征：①要求待測工件表層比較粗糙；②對工件厚度進行高精準度的衡量，這將對薄板或薄壁管檢測作業時有著非凡的效果。脈沖反射法是當發射超聲波從一面傳輸到等待檢測工件內部的另一面，通過在兩個面的界面上產生反射的特性來判定工件內部是不是有缺陷的一種檢測方法。按照入射波波型可以將脈沖反射法分為四種，包括橫波檢測法、縱波檢測法、表面波檢測法以及蘭姆波檢測法。脈沖反射法具備以下特征：①能夠采用不同特性波型來探測，其適合使用的場所非常廣；②能夠精確的測量需要檢測的工件內部缺陷的大小與位置；③有較高的靈敏度，可用對細小的缺陷進行探測。

三、石油專用管道檢測中超聲波檢測方法的實現途徑

脈沖反射式探傷儀是檢驗檢測石油專用管道的一種很常見的檢測儀器。它能夠檢測管道內部缺陷的具體所在位置，還能夠確定缺陷的大小。儀器顯出波反射的信號變動是判斷入射信號與反射信號的相對區別和明確信號的強弱范圍的標準。另外，還需要運算與評估每次檢測的結果之間的誤差，評估整體檢驗檢測工作的不確定度的份量，最后明確檢測體系的不確定度。為了降低檢測體系的誤差，通常把檢測流程分成四個步驟。第一個步驟，檢測到檢測數據。把儀器垂直拜訪在需要檢查管道材質的中心位置的分割線上，并安裝測量探頭，采取輕觸、輕壓的處理方案以此來保持探頭與管道接觸的完整性。然后在保持探頭與管體能夠得到完全接觸的前提下對管道材料的真實厚度進行測量，尤其是比較密集的測量點的管道測量，解決好探頭的移動問題。另外，遵照數值范圍在-0.1mm與0.1mm之間，并在3s內堅持不點的準則，保持探頭儀顯示器數據顯示的穩定性。第二個步驟，如果將管材厚度定義為“δ”，將超聲波的勘測速率定義成“u”，將超聲波在管材中的勘測一次所花費的時間設定為“t”，那么管材厚度δ=（ut）/2。第三個步驟，評判管材的不確定度。一般情況下其不確定度需要通過兩個角度明確，其包含反復檢測所產生的不確定度與儀器顯出誤差而所致的不確定度。第四個步驟，評定和分析整合后的不確定度量表，確定度與其結合后再進行判定，確定此中所包含的各式各樣的影響要素，進而確定儀器的每項不確定度，并嚴格參考儀器檢測標準，得出測試結果，以此確定管道缺陷的具體區域，并擬訂相對應的處理方式。按照相關標準得出測試結果，并出具檢測報告。

結語

目前，輸送石油、天然氣的最好的運輸手段非管道運輸莫屬了。我國一樣也構造建立了巨大的管道輸送網絡組織。同時在十分長的時間里，社會各界所注意的重心也放在管道運輸的安全性與穩定性上。所以，為確保管道焊縫狀態的安全性，提升石油管道運輸的穩定性，提高管道焊縫識別的精準性與有效性，將超聲波檢測技術應用于石油專用管道的檢測中顯得尤為重要，不僅保障管道輸送資源質量水平與安全性，還為石油管道的安全輸送奠定良好的檢測基礎。

參考文獻

[1]李學平.油氣輸送管環焊縫的超聲波檢測技術研究[D].西安石油大學，2012.

中圖分類號：TE973

文獻標識碼：A