新型無損檢測技術在壓力管道檢測中的應用

叢雪明

摘 要：以超聲導波，聲發射以及漏磁技術三種新型無損檢測技術在壓力管道檢測中的應用，并分析其中技術的不足及未來的研究方向。

關鍵詞：超聲導波； 聲發射； 無損檢測； 壓力管道

壓力管道屬于當下使用最為廣泛的特種設備之一，在各類工礦企業特別是石化及能源行業。壓力管道在運行中的安全性直接關乎到人民群眾的生命財產安全以及社會的經濟發展。由于壓力管道在運行過程中容易產生很高的壓力，而且使用介質也多為有毒、可燃，亦或是腐蝕性極高的特點，故而在使用過程中極易出現裂紋、腐蝕坑等問題缺陷。從斷裂力學的角度來說，若不及時發現這些微小缺陷，一旦缺陷擴展后就會直接導致管道無法挽回的損壞，繼而影響壓力管道的安全使用。因此，提高壓力管道檢驗檢測時缺陷的發現率成為當下最為關注的問題。隨著無損檢測技術的不斷精進，越來越多的新型無損檢測技術的應用在壓力管道的檢驗檢測中逐一運行，這也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。

一、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，是能夠在波導結構中傳播的超聲波。導波具有頻散的特性，經過一次激發后的導波在不同的材料以及不同的幾何形狀中傳播時其頻率和群速度具有特定性的聯系。如果在工件狀態下出現某些缺陷時，其內部結構也會隨之發生一定的變化，而此時接收到的導波回波也會產生相應的變化。此時就可以通過對缺陷波形的信號分析，繼而對缺陷進行判斷和定位。目前最常使用的導波檢測主要是利用單一的L（0，2）模態的導波，這一模態導波在管線中傳播時，具有衰減小、覆蓋范圍廣的特點，與常規的脈沖相比，利用中差法超聲波逐點檢測的方法，其導波檢測能夠實現長距離檢測，不僅可以檢測發現焊接接頭的內部缺陷，還能檢測出管內表面以及材料內部及外表面的缺陷。它的最大特點就是能對管內大面積腐蝕現象進行高速化的檢測，及時發現其中的問題。國外的導波技術現在已經得到普遍流行并得到了進一步地商業化，象英國的很多公司現在已有成熟設備在進行出售。相比之下，國內導波檢測技術研究的起步較晚，但是發展也較為迅速，現在已經有多家研究機構開始進行實驗室仿真試驗，研究的重點主要在于多模態導波的激勵與接收，以及導波檢測設備的成型和缺陷波形的分析處理，現已初具成效。

（2）聲發射

聲發射是指固體材料或構件在受到外力因素的過程中而發生了一定的塑性變形繼而產生斷裂現象，此時儲存的應變能斷就會持續地釋放并發射出瞬態彈性波的現象。這種利用接收和分析材料的聲發射信號能夠可以對材料的性能進行評定或監測構件的破壞過程從而對設備的損傷處進行檢查。這種被檢管道工具中存在活動性的缺陷，在外加應力的作用下能夠從缺陷處釋放出的彈性波，當其被置于工件表面的傳感器接收后會進行相應的放大處理，此時就可以通過波形分析來確定缺陷的性質。聲發射檢測往往屬于動力學檢驗范疇，對線性缺陷及其敏感，它能夠獲取缺陷的連續信息從而實現管線的實時監測，具有極高的時效性。

（3）磁記憶檢測

磁記憶檢測技術主要是以傳統的磁粉檢測技術上為基礎，繼而發展起的一門針對鐵磁性材料進行無損檢測方法，也被稱為漏磁檢測技術，它是在20世紀90年代由俄羅斯科學家提出。其工作原理主要為，在地磁場中的鐵磁性材料的磁性能在應力集中區和形狀突變區能夠產生永久性變化，具有一定的磁記憶性，這會導致金屬構件的表面磁導率遠遠低于其他區域，從而形成漏磁場，而通過對漏磁場的檢測，就可以確定被檢設備的應力集中區和形狀突變區。與傳統的磁粉檢測技術相比，金屬磁記憶檢測免去了外加磁場的步驟，設備便攜性強，能夠對缺陷和應力集中區進行快速的篩查。

二、新型無損檢測技術在壓力管道檢驗中的應用

目前石油化工企業的壓力管道進行定期檢驗十分必要，常規的無損檢測方法很難做到在線監測以及壽命評估。而上述三種新型的無損檢測技術完全可實現早期診斷和在線檢測。特別是在電力和石化行業，可在不停機的情況下利用磁記憶檢測技術進行在線檢測的早期診斷，從而找出應力集中部位作為重點監控點，同時也可以配合聲發射技術查找活動性缺陷，進一步地尋找泄漏點。聲發射檢測技術同樣可以應用于地下埋管的泄漏檢測。特別是超聲導波檢測對長管線的缺陷篩查具有明顯的優勢，從理論上來說，能夠對架空管線進行長達幾百米的檢測，這大大縮小了檢驗范圍，提高了缺陷的檢出率。

目前的對無損檢測技術的研究重點在于以下幾個方面：第一，對導波模態的研究，主要是為了尋找不同模態導波對不同類缺陷的敏感范圍。第二，信號分析，在去躁的環境下對接收到的信號進行特征分析，從而準確的找出缺陷信號。第三，建立缺陷信號數據庫，將數據進行及時記錄整理，從而可以完善相關的檢測標準。

三、結論

綜上所述，新型無損檢測技術的應用，不僅能夠提高了壓力管道檢驗的效率，減少成本，同時也成為了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：一方面很多技術目前還處于實驗室階段，尚未形成能夠進行廣泛普及的商業設備；另一方面是相關配套的檢驗檢測標準還未有明確規定，需要經歷一個標準制度化的過程。因此要將這些檢測技術在壓力管道中進行廣泛應用還需要在以下幾個方面展開重點研究。如健全缺陷信號數據庫，提高無損檢測技術信號處理能力，保證檢測的有效性和及時性，同時也需要完善相關規定，進一步推廣新型無損檢測技術在壓力管線中的運用。

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