試論超聲導波技術在特種設備檢測中的應用

才振宇

【摘 要】隨著我國經濟的發展，科學技術水平的不斷提高，使得超聲導波技術在各行各業中都有著廣泛應用，其中在波道結構構件上超聲導波技術發揮了巨大優勢。例如能夠在管道以及板材中，對承壓特種設備進行無損檢測，進一步控制了檢測設備的成本，還在一定程度上提高了設備檢測的工作效率以及準確性。本文對超聲導波技術的發展進行分析，并與實際工作相結合，對提高其在特種設備檢測中的應用進行闡述。

【關鍵詞】超聲導波技術；特種設備；檢測；應用

中圖分類號： TG115.285 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）24-0034-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.017

【Abstract】with the development of China's economy and the continuous improvement of science and technology， the ultrasonic guided wave technology has been widely used in all walks of life， among which the ultrasonic guided wave technology has played a huge advantage in the wave structure components. For example， it can conduct non-destructive testing on special equipment of pressure in pipelines and plates， further control the cost of testing equipment， and improve the efficiency and accuracy of equipment testing to some extent. In this paper， the development of ultrasonic guided wave technology is analyzed， and the application of ultrasonic guided wave technology in special equipment detection is expounded.

【Key words】Ultrasonic guided wave technology；Special equipment；Detection；Application

近些年來，我國油田行業發展迅猛，特種設備為其做出了突出貢獻，對特種設備進行質量檢測，能夠決定設備的使用質量與產業的發展。在對特種設備進行檢測的過程中，通過引入超聲成像系統，能夠對壓力管道以及石油儲罐等設備在運行中造成的損傷進行有效檢測，低了人為工作量，并且對于提升準確性以及工作效率，都有積極的促進作用。

管道在油田產業中扮演著不可或缺的角色，由于其特殊性，如果管道的使用期限超過了規定范圍，會使油田的管道產生腐蝕的現象，給油田管理帶來了負面影響。所以，怎樣能夠精準的檢測缺陷，也成為目前限制我國油田產業的發展的主要因素。油田管道長期處于地下，在我們不能觸及的情況下，現有的檢查方法很難產生真正的作用。隨著科學技術水平的提升，超聲波技術正在逐步完善，而且超生波檢測技術在油田管道中的應用越來越廣泛，優勢逐步顯現出來，使得其也受到人們更多的青睞。

1 超聲導波技術的概述

1.1 超聲導波概念

超導聲波屬于激光的一種，能夠按照既定的形狀進行機械傳播，而且受到構件邊緣的約束，所以稱之為超聲導波。在分類上，超聲導波包括變形波、扭力波、縱波等多種形式，在管道應用上，主要是扭力波與縱波兩種。扭力波只能在固體中進行傳播，所以也是檢測油氣管道的最佳模式。

1.2 計算機控制的超聲導波檢測儀器系統

當前全球范圍內只有四家公司在超聲導波檢測系統方面有所研究，分別是英國導波公司與TWI公司，以及色列SONIC公司與美國西南研究院。英國與以色列研制的導波設備是以壓電晶片超聲導波為基礎進行改良的，是一種壓電晶片超聲導波控制系統；而美國所研制的MSS導波則是以磁致伸縮導波為基礎，是一種磁致伸縮超聲導波控制裝置。

1.3 超聲導波檢測靈敏度

所謂的超聲導波檢測靈敏度，指的是受損管道面積在整體管道面積中的占比。在試驗檢測中，檢測靈敏度最高能夠達到0.7%；在就地檢查中，檢測靈敏度最高能夠達到5%。在進行就地檢測的過程中，包括管道尺寸、防腐層等因素都會影響到檢測精度。

2 超聲導波檢測技術在油田管線檢測中的技術原理

隨著我國科學技術水平的發展，在工業與技術結合方面國家投入了大量精力。特別是對于油田產業來說，在對油田管道進行檢測時，與傳統的檢測方法相比，超聲導波檢查技術在優勢上更加明顯。

首先是方法原理上面的優勢。超聲導波檢測技術是通過設備探頭，在管道內部發射出縱波，這樣能夠精準的檢測出管道內部的缺陷，通過縱波的反射，能夠對管道中的缺陷進行準確定位，并判斷出油田管道的腐蝕情況。此外，管道超聲波探頭能夠以一種均勻的排列方式，使超聲導波在管道中以對稱點的形式進行傳播，在聲波傳播的過程中對管道壁進行檢測，使得超聲導波檢測技術能夠對油田管線進行全面排查。

其次，超聲導波檢測技術較傳統油田管道檢測技術有以下幾點優勢：第一，超聲導波檢測技術在傳播路徑方面距離更遠，最多能夠在十幾米的管道中進行傳播，而且能夠與回波信號形成一種傳播回路。對管道中的所有信息進行完整的收集，進而使得超聲導波檢測技術在對油田管道檢測過程中，能夠收集完整的信息，并且保證信息的準確性；第二，在利用超聲導波檢測技術對油田管線進行檢測時，超聲導波利用在管道壁中的震動，使超聲波充滿整個管道，進而實現了超聲導波檢測技術的全面覆蓋。所以，在對油田管線進行檢測，通過超聲導波技術，能夠提升檢測效率，為我國的油田事業做出突出貢獻。

3 超聲導波檢測技術在油田管線檢測中的應用分析

3.1 超聲導波檢測技術在油田管線檢測中的應用概況

目前，我國在油田管道檢測中已經大量引入超聲導波檢查技術，但是與國外相比，我國在技術應用方面還不夠成熟，因此我國要加大在超聲導波檢測技術方面的研究力度。

雖然我國在超聲導波檢測領域應用方面起步較晚，但是在油田管道檢測領域研究比較深入，已經取得了顯著成績。我國科研人員在對于超聲導波檢測技術進行研究時，主要是以彈性波理論為依據進行分析，并在研究過程中進入了計算機技術，能夠更加全面地掌握頻散曲線，進而明確超聲導波檢測技術在檢測裂紋的透射規律。并根據超聲波的發射時間，以及超聲波的強度，明確裂紋所在的正確位置以及裂紋的大小；在對超聲導波檢測技術的進行實驗的過程中，主要是通過傳感器對其在油田管道中的檢測進行分析，在分析過程中，對其他信號進行抑制，并檢測出頻散現象，這樣就能清楚地掌握超聲波檢測技術在檢測過程中的靈敏度。

3.2 超聲導波檢測技術在油田管線檢測中的應用分析

我們常說的彈性聲波指的就是通過機械振動，在介質之間進行的聲波傳導，而將聲波經過的介質稱之為波導，所以在對油田管道進行檢測時，所應用的超聲波稱之為超聲導波。根據權威實驗報告顯示，在對油田管道進行檢測的過程中，聲波傳導速度只與管道的介質、密度以及彈性有關。而超聲波本身并不會對傳播速度造成任何影響。在利用超聲導波檢測技術對油田管道進行檢測時，能夠利用彈性動力學原理得出檢測公式。

對超聲導波檢測技術的應用進行分析，通過在檢測設備中增加相關原理，能夠增加檢測效率，并且能夠在較短的時間內接收到脈沖波。通過超聲導波檢測設備，能夠利用計算機對發射器的波形進行控制，并在檢測過程中產生一定的激勵信號，利用超聲導波的放大器，將功率進行放大，使檢測中的電壓數值能夠與傳感器所需要的數值相符。此外，傳感器的另一個作用就是能夠在檢測中接收到超聲導波信號，并且通過二極管電路對其進行隔離，使超聲波檢測技術感知到回波信號，利用示波器對其進行接收，并將其儲存在計算機上。

4 超聲導波技術在管道缺陷檢測及評價中的應用方法

4.1 實驗裝置

在對管道缺陷進行實驗時，所采用的實驗系統是由接收裝置、計算機、電源等構成的。在管道周圍設置有傳感器，傳感器的排列均勻，而且可根據管道直徑的大小以及超聲導波的模態選擇傳感器的數量。

在管道周圍的傳感器通過發出超聲導波，并能夠對反射的超聲導波進行接收，利用計算機對信號進行處理與分析。在檢測的過程中，通過壓縮空氣對卡環進行清理，這樣能夠保證管道表面與傳感器有良好的接觸。利用低頻超聲時，不用使用耦合劑，僅僅需要對管道表面進行簡單的清理即可。在探頭探測的位置進行氧化處理，而且在安置探頭卡環以及調整的時間，最好在20分鐘以內完成。

4.2 現場實驗及結果分析

實驗過程中所用到的管道材質是普通的低碳鋼，而且在表面上并沒有防護層，只涂抹了一層防銹漆。此管道共25米，厚度為7毫米，外管道直徑為20厘米，將傳感器放置在距離管口0.5米的位置，保證管道表面能夠與傳感器進行緊密接觸。而且在安裝傳感器時，要對安裝位置進行適當的清理工作。為了在分析數據時更加方便，應在傳感器的中心設置激勵導波原點。在整個管道上，有一些焊縫以及人工制成的凹槽，所以在對其進行檢測時，要使用扭轉模態，對超聲波傳遞的時間、以及在不同位置處能量的衰減情況都能夠進行準確的實驗。

通過超聲導波檢測技術對管道進行檢測時，只是一種大范圍的檢測方法，只能夠對管道的安全進行較為完整的評價。所以如果檢測距離超過技術所能承受的最大范圍，在精準度方面就有所欠缺，因此在實際應用過程中，要以具體情況為基礎，與其他檢測方法進行合用，這樣才能發揮出更好的檢測效果。

5 結束語

隨著我國科學技術水平的不斷提高，逐步加深了超聲波檢測技術的研力度，并且在實際應用中發揮了更多功效。油田事業是我國經濟支柱產業，在管道檢測中引入超聲波檢測技術，能夠準確檢測出管道中的缺陷，使我們能夠盡早發現其中的隱患，并為我國的油田事業做出巨大貢獻。。

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