海底管道高清壓電超聲波內檢測器研發測試

路通 王懷江 袁東野 陳秋華 王丹丹

摘 要：本文介紹了一種基于壓電超聲波原理的管道內檢測器設計，有效克服了漏磁內檢測器數據解讀門檻較高、對腐蝕深度和面積測量精確度不足等缺陷。通過超聲波探頭的合理配置及后處理算法的優化能夠大大的提升管道內檢測的工作效能，對提高海底管道腐蝕檢測能力具有重要的意義。

關鍵詞：超聲波檢測;管道內檢測;腐蝕缺陷

中圖分類號：TE973 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0143-02

1 管道內檢測技術發展概述

管道內檢測器技術主要有兩種：漏磁內檢測器[1]以及壓電超聲波內檢測器[2]。漏磁內檢測器適用面較廣，但漏磁內檢測器的數據解讀門檻較高，特別是在判斷腐蝕面積以及腐蝕形狀時會出現較大誤差。我國在內檢測器開發領域漏磁內檢測器取得了較大進展，但在壓電超聲波方面仍是空白。壓電超聲波內檢測器用于液體介質的管道的檢測，具有檢測數據精度高和置信度高的特點，也可以激勵45度橫波用于管壁內的裂紋缺陷的檢測，并且其檢測精度不受壁厚或內外壁的限制，可同時實現管道腐蝕與裂紋的檢測[3]。

2 壓電超聲波檢測器的檢測原理簡介

壓電超聲波的檢測原理為：超聲波探頭發射脈沖至管道內壁，管道內壁的反射信號為界面波信號，傳播至管道外壁并反射的信號為底波信號，一般情況下接收信號會出現一次底波，二次底波等。超聲波信號的界面顯示成為A掃描。A掃描信號通過設置首波閘門進行內表面始波識別與時刻標記，設置一次波閘門進行一次底波拾取，設置二次波閘門進行二次底波拾取，并通過數據壓縮閘門進行相關數據信息存儲。如圖1所示為我們采用的壓電超聲波探頭采集到的超聲波信號，中心頻率為5MHz，帶寬超過75%。由此可以清晰看到一次回波至多次回波。

3 高精度壓電超聲波內檢測器的設計

圖2為壓電超聲波內檢測器概念圖，該檢測器主要基于12吋管道（直徑323.9毫米）內檢測研制，該檢測器包含128個測厚探頭，探頭圓周間距為7.36毫米，探頭的中心頻率為5MHz。檢測器一共分為四節，分別為電池節、姿態節、電子艙和探頭節。四節的總長度約2.5米，節與節之間采用萬向節相連保證檢測器過彎頭時仍能順利通過，四節機械結構均采用完全水密封，能適應管道內的高壓環境。

檢測器探頭節由8個探頭臂組成，探頭臂均為柔性結構，由高分子柔性材料構成。所有探頭臂沿圓周方向均勻分布。探頭節自然狀況下，當進行最薄壁厚為3mm的管道檢測時，探頭架到檢測壁尾部依然能夠保證5%左右的過盈量，因此探頭架、檢測壁在壁厚變化時均能穩定的貼合在管道內壁上，確保了探頭節檢測的穩定性和檢測數據的可靠性，同時檢測壁的柔性結構屬性保障了探頭節最小曲率半徑為3D的彎頭通過性。

4 管道內檢測性能測試

管道環路全程全長約800米，管道上刻有各種腐蝕模擬缺陷，設備運行平均速度為1m/s，最高檢測速度為2m/s。圖3（模擬管路試驗）為檢測后得到的一段管道上人工缺陷分布，從圖中可以看出超聲波C掃描圖像很好地反映了管道缺陷分布以及幾何形狀的真實情況。圖3（實際管路試驗）為實際海底管道性能測試數據，測試距離為10公里，管道內部為生產水介質，檢測器在管道內部運行速度為1米/秒，管道測試后得到了精確有效的檢測數據，檢出1000多個內外壁腐蝕缺陷，所有發現的缺陷均精確地標注了位置、形狀、尺寸以及最大腐蝕深度等信息，從目標缺陷A掃波形可以判斷出腐蝕區域的最大腐蝕深度為7.83毫米。

5 結語

高清壓電超聲波管道內檢測器成功地對海底管道進行了實際測試，測試得到的檢測數據結果可靠，并精確判斷出缺陷的位置和形狀，檢測器產生的高清C掃描顯示圖精確地顯示出管道腐蝕的真實狀態，本檢測器可以用來對原油管道、成品油管道、以及注水輸氣管道進行全覆蓋檢測，對提高長距離傳輸管道的檢測可靠性和精確性具有重要意義。

參考文獻

[1] 李健，崔劍雷，劉棟.高清晰度漏磁管道內檢測器主控系統的設計[J].傳感器與微系統，2012，31（5）：129-133.

[2] 楊文博，徐今偉.超聲波管道腐蝕檢測器現場檢測[J].油氣儲運，1994，13（6）：31-34.

[3] STEINHUBL S M， MANN D R. Engineering and ultrasonic tool run in a natural gas pipeline to detect SCC[C].IPC2008-64510，2008（7）：100-103.