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什么是管道超聲內檢測技術

來源:《管道保護》2024年第2期 作者:田野 時間:2024-4-19 閱讀:

管道超聲內檢測是利用檢測器在管道內運行過程中實時采集并記錄管道缺陷和結構超聲回波信息的檢測技術。根據發射聲束角度和功能不同,可分為超聲測厚內檢測和超聲裂紋內檢測。SY/T 6597―2018《油氣管道內檢測技術規范》規定,超聲測厚檢測的性能規格應滿足:內/外金屬損失、夾層、部件和焊縫的POI(識別概率)大于90%;閥門、三通、彎頭、壁厚變化等特征的POI大于98%。超聲裂紋檢測的性能規格應滿足:對于長度25 mm以上、母材中深度1 mm以上或焊縫中深度2 mm以上的裂紋,POD(檢測概率)大于90%。

超聲測厚內檢測器利用90º壓縮波入射,根據管道內外壁反射時差計算壁厚和提離值,能夠同時檢測金屬損失和管道壁厚,屬于直接測量,量化精度在80%時可信度達±0.4 mm,可有效區分缺陷內外壁位置。

超聲裂紋內檢測器根據被檢管道口徑規格不同,搭載不同數量的壓電式或電容式超聲探頭,通常要求周向探頭的間距不大于10 mm,以保證檢測范圍能覆蓋管道全圓周。檢測器采集頻率越高,軸向采樣間距越小,越有利于裂紋的檢出和尺寸量化,一般采集頻率為1000 Hz。當檢測器在管壁內運行時,超聲探頭會按照采集頻率發射一定角度的超聲波,根據聲波傳播規律,超聲波在輸送介質和管道內壁界面會出現反射和折射,折射波在管壁中遇內外部裂紋時會沿原傳播路徑返回并被超聲探頭接收,利用數據分析系統對接收回波進行信號處理及特征識別,可以得到裂紋的位置和尺寸信息(圖 1)。為保證超聲波在管壁內以45°折射角傳輸,應在檢測前標定超聲波在管道輸送介質和管壁中的傳輸速度,并根據波的折射定律公式(1)計算和設置探頭發射角度。

sinα/υ液體介質=sin 45°/υ鋼管     (1)

式中:α為超聲探頭發射角,°;υ液體介質為超聲波在輸送介質中的傳播速度,m/s;υ鋼管為超聲波在管道管壁中的傳播速度,m/s。


1 超聲裂紋內檢測技術原理圖

對同一探頭發射的超聲波而言,內部裂紋反射信號在管壁中的傳播聲程是外部裂紋的2倍,據此可以判斷裂紋在管壁的內外部位置。通過分析超聲探頭接收信號的傳輸時間和幅值特征,可以預估裂紋的分布位置及深度尺寸。根據接收到回波信號的探頭數量和探頭間距可以計算裂紋長度。因裂紋的開裂面具有方向性,當超聲波傳播方向與裂紋開裂面平行時,裂紋反射信號微弱。此時,檢測器無法檢測到裂紋缺陷。同時超聲波具有在氣體介質中衰減較快的特點,檢測器超聲探頭與管壁間需要填充液體耦合劑來保證聲波的穩定傳輸,故常規超聲內檢測一般用于液體管道特定方向的裂紋檢測。電磁超聲內檢測以洛倫茲力、磁致伸縮效應為基礎,利用電磁耦合方法激勵和接收超聲波,適用于氣體管道裂紋檢測。

需注意的是,超聲裂紋檢測深度尺寸與超聲壁厚測量原理不同,不屬于直接測量值,而是一種基于信號強度(振幅)分析的相對值,信號強度既與裂紋深度相關,也與耦合介質的衰減率有關,如果實際檢測介質屬性與檢測器選擇的定量參數(衰減率和聲速)不同,則深度測量精度可能會受影響。


作者簡介:田野,畢業于華中科技大學自動化專業,西部管道科技信息服務中心完整性所副所長,高級工程師,從事管道內檢測及完整性研究工作。聯系方式:17799288776, tianye04@pipechina.com.cn。


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