磁致伸縮導波技術在海上石油管道檢測中的應用

摘要：海上石油管道輸送是一種高效且低成本的長期運輸方式。然而，在長時間的運輸過程中，海上石油管道易發生腐蝕泄漏。企業通常會采取抽樣檢測的方式來應對這一問題，但抽樣檢測容易漏檢，且難以適應較長管道的距離檢測標準。一旦石油大量泄漏，不僅會造成企業的經濟損失，還會影響生態環境，引發社會強烈輿論，對企業造成致命打擊。磁致伸縮導波檢測技術是基于導波檢測技術發展起來的一種新技術。導波傳輸距離長，受干擾小。文章以美國西南研究院（SWRI） 的最新MsSR3030R超聲導波檢測系統為代表，該技術已在天然氣管道、橋梁纜索檢測等領域得到應用。該文基于導波檢測技術原理，分析探究該技術在海上石油管道檢測上的精度，為海上石油管道輸送提供幫助，助力其健康發展。

關鍵詞：磁致伸縮導波技術；海上石油管道；檢測；生態環境

中圖分類號：TP3" " " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）08-0112-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

海上石油管道在長期運輸過程中容易發生腐蝕、疲勞、蠕變及材質劣化，尤其是腐蝕泄漏，不僅給企業帶來經濟損失，還會污染海洋環境。一方面，企業正在尋求更優質材質的石油管道和提升施工技術方法；另一方面，也在尋求有效的石油管道檢測方法[1]。海上石油管道深處海底，無法通過肉眼觀察，而抽樣檢測的方法容易漏檢，且難以適應較長管道的距離檢測標準，因此需要構建新的檢測技術。

近年來，美國科學家研發的磁致伸縮導波檢測設備MsS3030R能有效地檢測出管道的腐蝕狀況及其內在缺陷[2]。該技術利用磁致伸縮效應產生導波，導波傳輸距離長，受干擾小，使得磁致伸縮導波檢測技術能遠距離地對板材構件進行檢測，高效迅速地測定板材構件的狀況，幫助用戶及時了解結構狀態信息[3]。通過分析探究該技術在海上石油管道檢測上的精度，獲得檢測結論，對實際海上石油管道檢測具有重要的價值。

1 磁致伸縮導波原理

磁致伸縮導波是一種新興技術，基于導波原理并具備特定特性。導波是一種受限于管件、板件等幾何形狀的快速傳播的機械彈性波[4]。磁致伸縮導波檢測系統包括主機、傳感器、前置放大器、檢測軟件等部件，如圖1所示。磁致伸縮導波的工作原理是在外磁場中磁化具有磁致伸縮效應及逆效應的鐵磁體，使其外觀形態發生變化，引發鐵磁體的應變，從而生成應力波（主要是結構導波） ，也即我們常稱的彈性波[5]。當結構導波遇到有腐蝕、焊縫、支架、彎頭、裂紋、破損等缺陷的鐵磁體時，聲阻會發生變化，從而引發導波反射、透射。鐵磁體內磁感強度的變化會改變接收線圈中的電壓[6]。因此，通過測量鐵磁體構件中的電壓信號，可以有效檢測鐵磁體是否存在諸如破損、彎頭、腐蝕、裂紋等缺陷。

2 磁致伸縮導波檢測系統和操作方法

2.1 磁致伸縮導波檢測系統

該系統選用的是美國西南研究院（Southwest Research Institute， SWRI） 的MsSR3030R超聲導波檢測系統，該系統主要由主機、數據傳輸線、數據采集和分析軟件、蓄電池、筆記本電腦等組件構成，內置蓄電池、適配器、探頭線圈和磁致伸縮鐵鈷合金帶，能夠持續使用八個小時，不僅便于攜帶和運輸，而且有利于野外作業[7]。該技術采用低頻超聲導波來檢查管道截面是否存在結構特征信號或腐蝕信號，然后這些信號會反射回探頭，再經過處理并顯示。通過系統的簡單分析，便能夠快速評估出管道的腐蝕、裂紋、破損等狀況，如圖2所示。

2.2 磁致伸縮導波檢測系統的操作方法

一是打磨清理待測管道，并在合適的位置安裝探頭；二是用涂敷環氧樹脂的鐵鈷帶粘貼在管道上，條帶長度需略小于管道周長，且保證兩端有一定間隔；三是沿著管道軸向磁化鐵鈷帶，形成偏磁場，當與線圈交變磁場作用時產生T模態導波；四是將適配器連接到線圈上，然后粘貼到鐵鈷帶上[8]；五是通過電腦連接數據線，設置相關的軟件參數，及時搜集相關數據，并予以存儲。

接下來是磁致伸縮導波檢測系統的檢測過程。該系統會自動處理并得到管道缺陷檢測波形。在數據采集過程中，系統分別采集正負方向的數據，并存儲至相關的數據文件。然后，利用數據分析軟件設置反射百分比和參考相位，進而實現系統的自動處理[9]。管道缺陷檢測報告便會顯示在電腦屏幕上，如圖3所示。

磁致伸縮導波檢測系統選擇T模態導波的主要原因在于，在海上石油管道的長距離檢測中，導波不能因為距離而受到影響。T模態導波具有低損耗特性，不會在長距離傳輸中損失能量。其次，它的方向性良好，能夠在特定的方向上集中能量，且波速不隨頻率改變，即使管內介質流動速度快慢，都不會受到影響。此外，它也不會因為管道尺寸大小而影響性能。最后，T模態導波便于掌控，針對不同的應用場景，可以通過設定波導的幾何參數和使用不同的材料特性來控制其行為。在實際應用時，該系統可以快速掃描沒有瀝青涂層的管道，其單向距離可達100米。針對保溫或涂層的管線時，需要清除放置探頭區域的保溫層，其工作量相對較大。

然而，磁致伸縮導波檢測系統的缺陷也非常明顯。首先，T模態導波系統的成本較高，這主要是技術問題導致的。其設計和制造過程較為復雜，需要投入大量的人力和物力。其次，T模態導波的模式轉換較為復雜，需要用特殊的結構或技術來實現轉換。

3 某石化企業的石油管道應用案例

某石化企業的石油管道深埋海底，易發生腐蝕泄漏，不僅給企業造成了經濟損失，還對海洋環境造成了污染。長期以來，石油管道檢測主要依賴抽樣方法，但這是一個不容忽視的難題。該方法的缺點是無法實現長距離一次性檢測，長距離檢測時需分成多次進行，需要投入大量的人力和財力才能解決問題。因此，為了驗證磁致伸縮導波技術對海上石油管道現場檢測的能力，選取了該企業的石油管道進行檢測。

1） 石油管道規格。所選石油管道采用耐腐蝕的316 L不銹鋼材料，規格為Φ273 mm×8 mm，能承受的最高使用溫度為450℃。管道通過對接環焊縫連接，形成螺旋焊縫，外徑為509 mm，壁厚為8.7 mm。其中，有2條伴熱管線包覆著保溫層。該企業的石油管道主要運輸原油，具有一定的腐蝕性。

2） 磁致伸縮導波檢測系統檢測某企業海底的石油管道。通過磁致伸縮導波檢測系統獲得的檢測報告顯示（如表1所示） 。

通過表1發現，在距探頭正向2.2 m和6.3 m處管道存在腐蝕缺陷，其符合代表為D1和D2。為了驗證磁致伸縮導波檢測系統檢測結果的準確性，隨后撤除了外部保溫層，利用超聲測厚儀再次檢測了缺陷部位。的確，在距探頭正向2.2 m和6.3 m處管道存在腐蝕減薄的缺陷。同時，對整個管線進行了檢測，并未發現其他腐蝕缺陷問題，且管道外觀完整。可見，磁致伸縮導波技術在海底石油管道的檢測中具有極高的可靠度和精確性。

4 結束語

在實際檢測中，磁致伸縮導波技術在海底石油管道的檢測中展現出了極高的可靠度和精確性，且檢測距離較長，其優點十分明顯。然而，該技術目前主要以美國西南研究院（SWRI） 的MsSR3030R超聲導波檢測系統為代表，企業需要花費較高的價格購買該系統才能應用，這極大地限制了該技術的推廣應用。此外，該技術也存在一定的不足，如檢測系統在長距離檢測時可能受多種因素影響；在使用時，對操作人員的經驗要求較高；該系統不能有效反映腐蝕缺陷的大小和缺陷類型等。這些都是亟須克服的問題。近年來，我國在科學技術領域取得了高速發展，許多技術已走在世界前列，也突破了國外的技術封鎖。因此，相信在不久的將來，以中國為代表的磁致伸縮導波檢測系統將會問世，兼具SWRI系統的優點并有效解決現存問題。

參考文獻：

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