超聲導波檢測技術在壓力管道檢測中的應用研究

姜穎華

摘要：隨著我國工業的發展和科技力量增強，長距離輸油輸氣管道的敷設已逐步成為現實。壓力管道在油氣輸送中扮演著重要的角色，其質量和安全直接關系到管道運輸沿線地區人民生命和財產的安全。無損檢測技術已成為壓力管道檢測的主要方法，其中，超聲導波檢測技術更是成為壓力管道檢測的“新寵”。該文將結合超聲導波檢測技術在壓力管道檢測中的應用現狀，進一步探究其應用前景和發展趨勢。

關鍵詞：無損檢測;壓力管道;超聲導波檢測技術

引言

管道是世界上主要的運輸工具之一，其具有運輸量大、經濟效益高，持續運輸等諸多特點。在壓力管道運輸中，受管道自身質量、環境、輸送介質腐蝕等因素的影響，壓力管道容易出現管壁穿孔、介質泄漏等諸多問題，這不僅影響了管道運輸的效率與安全，而且造成了一定的資源浪費和環境污染問題，有必要做好管道運輸過程的系統檢測。新時期，超聲導波檢測技術的發展與應用為壓力管道檢測工作開展提供了技術支撐。

1概述

管道作為五大運輸工具之一，其在運輸氣體、液體等方面具有得天獨厚的優勢。在全世界管道運輸干線總計已經達到240多萬km，1995年末我國管道運輸干線總計已經達到27839km，主要應用于城市供水系統中。雖然管道帶來很多便利，但由于經過長時間的沖刷和侵蝕導致管道壁變薄，時常發生泄漏事件，不單單造成巨大的經濟損失，而且還造成環境污染影響生態平衡。據調查，世界各國自來水泄漏損失率達到25%左右。近年來管道造成的人身傷害更加引起了廣大人民群眾的關注。比如：1994年老撾一條氣體管道泄漏造成爆炸，致使50人死亡;2005年美國華盛頓的一條天然氣管道泄漏，產生靜電發生了火災，造成2人死亡100人受傷。近幾年還有其他國家，例如日本、韓國、加拿大等國家都發生過管道泄漏事件。據不完全統計，截止2010年，我國僅在油管運輸上已經發生了389件事故。天然氣管道也曾發生過多次事故，后果極其嚴重，給人們的人身、生活、財產帶來威脅。而更嚴重的是管道泄漏會造成環境污染，加劇了原始生態環境的惡化，威脅了人們賴以生存的環境[1]。

雖然一般常規無損檢測器（超聲檢測爬機等）在管道檢測中有著很多優點，比如技術成熟、便于操作，只要對操作人員進行簡單的培訓，就可以很快運用專業設備進行操作。但常規無損檢測技術都存在一個致命弱點：檢測過程都是逐點掃描式，所以常規無損檢測技術不能有效地應用于工業管道長達上千公里的檢測中去。而超聲導波檢測技術和模態聲發射技術可以有效解決這一問題。

2壓力管道檢測使用超聲導波檢測技術的必要性

隨著我國經濟持續、快速、穩定的發展，石油、天然氣及化工產品的需求量呈現逐年增加的趨勢。各類壓力管道在運行過程中具有工況復雜性及運輸環境多樣性等特點，例如：受輸送介質的沖刷、周邊環境因素以及安裝不合理等因素的影響，管道內外腐蝕、碰撞摩擦造成的介質泄漏事故頻繁發生。除此之外，壓力管道具有一次建設、長時間使用的特性，因投資巨大，各個工藝流程緊密銜接，需要專職設備管理員精心維護，確保設備穩定、安全運行。尤其是長距離輸送管道牽連甚廣，它是作為一個系統而存在，一旦出現泄露或者腐蝕穿孔問題，極易出現“牽一發而動全身”的情況[2]。

壓力管道在長時間的運行過程中，受輸送介質的腐蝕和沖刷，導致管道材料腐蝕脫落，沖刷減薄，造成管壁穿孔、介質泄漏的安全事故。因此，加強壓力管道檢測，及時發現問題并在第一時間解決問題，將管道泄漏產生的影響降到最底，是對于壓力管道檢測和運維的基本要求。傳統的無損檢測技術主要針對焊縫缺陷檢測效果較好，對于檢驗人員難以到達的直管段、穿跨越段或者埋地直管段管道本體，卻不能有效地檢驗，相較于需要大規模輔助工作（開挖、搭設腳手架等）的檢驗，難以滿足其檢修需求。因此，操作更為方便且工作效率高的低頻導波檢測技術在壓力管道檢測中的應用越來越受到業主的青睞。

3超聲導波檢測技術在壓力管道中的應用

3.1管道缺陷檢測

壓力管道應用主要受沖刷、腐蝕等因素的影響，壓力管道會出現管壁變薄、管壁穿孔、滲漏等缺陷，這些缺陷嚴重地影響了管道應用的穩定性和安全性[3]。新時期，在壓力管道使用中，可使用超聲波檢測儀器進行管道內部缺陷的檢測。以無縫鋼管為例，此類鋼管的構造并不復雜，在鋼管生產階段，人們會通過自動化水浸法進行檢測。新時期，可將超聲導波檢測技術用于無縫鋼管檢測，在檢測中，應重視橫波檢測法的應用，預先設計聲束，然后在工業內窺鏡的輔助下，進行無縫鋼管檢測，準確發現鋼管中的缺陷。從檢測結果來看，使用超聲導波檢測技術，能提升鋼管缺陷檢出率，這對于保證鋼管質量及后期鋼管的應用效果具有積極作用，有助于提升壓力管道運行的穩定性、安全性。

3.2彎管檢測

導波在彎頭部位容易發生頻散和模態轉換，并且導波能量將主要集中在彎頭的背彎部位。因此導波檢測彎頭時，容易發現處于彎頭背彎部位的缺陷，而可能漏檢內彎的缺陷。在彎頭生產時，彎頭背彎處壁厚將小于內彎壁厚，且背彎處受到管道中介質沖刷的影響，更容易產生缺陷。因此采用超聲導波檢測彎頭部位缺陷是可行的，但其難點在于信號分析。目前許多從事導波檢測的科研人員主要針對的是直管道的缺陷檢測展開的研究，然而管道系統里的直管道絕大部分是90°彎曲管道連接起來的，研究導波在彎曲管道中的傳播在近年來變成一個熱門的話題。何存富等學者已經對導波在彎曲處的傳播特性進行了研究，并對彎管中缺陷的進行了檢測，證明L（0，2）模態具有檢測彎曲管道外側區域的能力。也有學者通過改變90度彎頭的曲率半徑進行試驗，分析了L（0，2）模態在不同的曲率半徑下，穿過90度彎頭的能力（即透射系數）。

3.3多模式導波檢測在壓力管道中的應用

壓力管道具有工況復雜性及運輸環境多樣性等特點，在壓力管道檢驗過程中也同樣有著多種多樣的問題。為了進一步提升超聲導波檢測效率，多模式導波檢測方法被應用于壓力管道的檢驗過程中。一種模式的導波通常是針對一種類型的管道缺陷進行，相應的多種模式的導波可以同時檢測多種類型的缺陷。在這一過程中對檢驗人員提出了更高的要求，要求其能夠熟練地掌握不同模式導波的回波特點，并能夠根據這些特點準確分析管道中存在的問題，到底是焊接問題、支吊架、補口還是橫截面的金屬缺失，切實保障壓力管理的運行安全[4]。

結束語：壓力管道在運行過程中，因腐蝕穿孔造成輸送介質的滲漏現象，因易燃易爆介質的泄漏造成的火災、爆炸事故，嚴重威脅著人們的生命財產安全。提升壓力管道檢驗質量和檢驗準確率已經成為我國高質量工業發展的必然要求。相較于傳統檢測技術，超聲導波檢測技術具有便利性、穩定性以及成本低廉等優勢，正逐步成為壓力管道檢測的重要手段。處于起步階段的超聲導波檢測技術發展不僅需要強有力的資金和設施支持，還需要人才支持，只有不斷地提升實驗室資源轉化率，才能夠推動我國超聲導波檢測技術的進步和發展，提升我國壓力管道運行的安全性。

參考文獻：

[1]劉金東.超聲導波檢測在壓力管道檢驗中的應用[J].石油石化物資采購，2021（14）：61-62.

[2]李繼承，楊寧祥.高溫壓力管道壁厚在線監測技術研究[J].中國化工貿易，2021（7）：65-66.

[3]趙紀峰，李偉，陳力，等.異型承壓部件衍射時差法超聲波檢測方法研究[J].中國金屬通報，2020（21）：209-210.

[4]劉富強，陳宗杰.壓力管道超聲導波檢測技術的實驗研究[J].化學工程與裝備，2020，（12）：231-233