才振宇

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，使得超聲導(dǎo)波技術(shù)在各行各業(yè)中都有著廣泛應(yīng)用，其中在波道結(jié)構(gòu)構(gòu)件上超聲導(dǎo)波技術(shù)發(fā)揮了巨大優(yōu)勢。例如能夠在管道以及板材中，對承壓特種設(shè)備進(jìn)行無損檢測，進(jìn)一步控制了檢測設(shè)備的成本，還在一定程度上提高了設(shè)備檢測的工作效率以及準(zhǔn)確性。本文對超聲導(dǎo)波技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析，并與實(shí)際工作相結(jié)合，對提高其在特種設(shè)備檢測中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】超聲導(dǎo)波技術(shù)；特種設(shè)備；檢測；應(yīng)用

中圖分類號： TG115.285 文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)發(fā)展迅猛，特種設(shè)備為其做出了突出貢獻(xiàn)，對特種設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測，能夠決定設(shè)備的使用質(zhì)量與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在對特種設(shè)備進(jìn)行檢測的過程中，通過引入超聲成像系統(tǒng)，能夠?qū)毫艿酪约笆蛢薜仍O(shè)備在運(yùn)行中造成的損傷進(jìn)行有效檢測，低了人為工作量，并且對于提升準(zhǔn)確性以及工作效率，都有積極的促進(jìn)作用。

管道在油田產(chǎn)業(yè)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(guī)定范圍，會使油田的管道產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象，給油田管理帶來了負(fù)面影響。所以，怎樣能夠精準(zhǔn)的檢測缺陷，也成為目前限制我國油田產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(xiàn)有的檢查方法很難產(chǎn)生真正的作用。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，超聲波技術(shù)正在逐步完善，而且超生波檢測技術(shù)在油田管道中的應(yīng)用越來越廣泛，優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)出來，使得其也受到人們更多的青睞。

1 超聲導(dǎo)波技術(shù)的概述

1.1 超聲導(dǎo)波概念

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

1.2 計算機(jī)控制的超聲導(dǎo)波檢測儀器系統(tǒng)

當(dāng)前全球范圍內(nèi)只有四家公司在超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)方面有所研究，分別是英國導(dǎo)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(dǎo)波設(shè)備是以壓電晶片超聲導(dǎo)波為基礎(chǔ)進(jìn)行改良的，是一種壓電晶片超聲導(dǎo)波控制系統(tǒng)；而美國所研制的MSS導(dǎo)波則是以磁致伸縮導(dǎo)波為基礎(chǔ)，是一種磁致伸縮超聲導(dǎo)波控制裝置。

1.3 超聲導(dǎo)波檢測靈敏度

所謂的超聲導(dǎo)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(yàn)檢測中，檢測靈敏度最高能夠達(dá)到0.7%；在就地檢查中，檢測靈敏度最高能夠達(dá)到5%。在進(jìn)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(dǎo)波檢測技術(shù)在油田管線檢測中的技術(shù)原理

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，在工業(yè)與技術(shù)結(jié)合方面國家投入了大量精力。特別是對于油田產(chǎn)業(yè)來說，在對油田管道進(jìn)行檢測時，與傳統(tǒng)的檢測方法相比，超聲導(dǎo)波檢查技術(shù)在優(yōu)勢上更加明顯。

首先是方法原理上面的優(yōu)勢。超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)是通過設(shè)備探頭，在管道內(nèi)部發(fā)射出縱波，這樣能夠精準(zhǔn)的檢測出管道內(nèi)部的缺陷，通過縱波的反射，能夠?qū)艿乐械娜毕葸M(jìn)行準(zhǔn)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(dǎo)波在管道中以對稱點(diǎn)的形式進(jìn)行傳播，在聲波傳播的過程中對管道壁進(jìn)行檢測，使得超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)能夠?qū)τ吞锕芫€進(jìn)行全面排查。

其次，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)較傳統(tǒng)油田管道檢測技術(shù)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：第一，超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在傳播路徑方面距離更遠(yuǎn)，最多能夠在十幾米的管道中進(jìn)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(jìn)行完整的收集，進(jìn)而使得超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)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(zhǔn)確性；第二，在利用超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)對油田管線進(jìn)行檢測時，超聲導(dǎo)波利用在管道壁中的震動，使超聲波充滿整個管道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的全面覆蓋。所以，在對油田管線進(jìn)行檢測，通過超聲導(dǎo)波技術(shù)，能夠提升檢測效率，為我國的油田事業(yè)做出突出貢獻(xiàn)。

3 超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在油田管線檢測中的應(yīng)用分析

3.1 超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在油田管線檢測中的應(yīng)用概況

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

雖然我國在超聲導(dǎo)波檢測領(lǐng)域應(yīng)用方面起步較晚，但是在油田管道檢測領(lǐng)域研究比較深入，已經(jīng)取得了顯著成績。我國科研人員在對于超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)進(jìn)行研究時，主要是以彈性波理論為依據(jù)進(jìn)行分析，并在研究過程中進(jìn)入了計算機(jī)技術(shù)，能夠更加全面地掌握頻散曲線，進(jìn)而明確超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在檢測裂紋的透射規(guī)律。并根據(jù)超聲波的發(fā)射時間，以及超聲波的強(qiáng)度，明確裂紋所在的正確位置以及裂紋的大小；在對超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，主要是通過傳感器對其在油田管道中的檢測進(jìn)行分析，在分析過程中，對其他信號進(jìn)行抑制，并檢測出頻散現(xiàn)象，這樣就能清楚地掌握超聲波檢測技術(shù)在檢測過程中的靈敏度。

3.2 超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)在油田管線檢測中的應(yīng)用分析

我們常說的彈性聲波指的就是通過機(jī)械振動，在介質(zhì)之間進(jìn)行的聲波傳導(dǎo)，而將聲波經(jīng)過的介質(zhì)稱之為波導(dǎo)，所以在對油田管道進(jìn)行檢測時，所應(yīng)用的超聲波稱之為超聲導(dǎo)波。根據(jù)權(quán)威實(shí)驗(yàn)報告顯示，在對油田管道進(jìn)行檢測的過程中，聲波傳導(dǎo)速度只與管道的介質(zhì)、密度以及彈性有關(guān)。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(dǎo)波檢測技術(shù)對油田管道進(jìn)行檢測時，能夠利用彈性動力學(xué)原理得出檢測公式。

對超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，通過在檢測設(shè)備中增加相關(guān)原理，能夠增加檢測效率，并且能夠在較短的時間內(nèi)接收到脈沖波。通過超聲導(dǎo)波檢測設(shè)備，能夠利用計算機(jī)對發(fā)射器的波形進(jìn)行控制，并在檢測過程中產(chǎn)生一定的激勵信號，利用超聲導(dǎo)波的放大器，將功率進(jìn)行放大，使檢測中的電壓數(shù)值能夠與傳感器所需要的數(shù)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(dǎo)波信號，并且通過二極管電路對其進(jìn)行隔離，使超聲波檢測技術(shù)感知到回波信號，利用示波器對其進(jìn)行接收，并將其儲存在計算機(jī)上。

4 超聲導(dǎo)波技術(shù)在管道缺陷檢測及評價中的應(yīng)用方法

4.1 實(shí)驗(yàn)裝置

在對管道缺陷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，所采用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由接收裝置、計算機(jī)、電源等構(gòu)成的。在管道周圍設(shè)置有傳感器，傳感器的排列均勻，而且可根據(jù)管道直徑的大小以及超聲導(dǎo)波的模態(tài)選擇傳感器的數(shù)量。

在管道周圍的傳感器通過發(fā)出超聲導(dǎo)波，并能夠?qū)Ψ瓷涞某晫?dǎo)波進(jìn)行接收，利用計算機(jī)對信號進(jìn)行處理與分析。在檢測的過程中，通過壓縮空氣對卡環(huán)進(jìn)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(jìn)行簡單的清理即可。在探頭探測的位置進(jìn)行氧化處理，而且在安置探頭卡環(huán)以及調(diào)整的時間，最好在20分鐘以內(nèi)完成。

4.2 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)過程中所用到的管道材質(zhì)是普通的低碳鋼，而且在表面上并沒有防護(hù)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(jìn)行緊密接觸。而且在安裝傳感器時，要對安裝位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)那謇砉ぷ?。為了在分析?shù)據(jù)時更加方便，應(yīng)在傳感器的中心設(shè)置激勵導(dǎo)波原點(diǎn)。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(jìn)行檢測時，要使用扭轉(zhuǎn)模態(tài)，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(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)。

通過超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)對管道進(jìn)行檢測時，只是一種大范圍的檢測方法，只能夠?qū)艿赖陌踩M(jìn)行較為完整的評價。所以如果檢測距離超過技術(shù)所能承受的最大范圍，在精準(zhǔn)度方面就有所欠缺，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中，要以具體情況為基礎(chǔ)，與其他檢測方法進(jìn)行合用，這樣才能發(fā)揮出更好的檢測效果。

5 結(jié)束語

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，逐步加深了超聲波檢測技術(shù)的研力度，并且在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了更多功效。油田事業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，在管道檢測中引入超聲波檢測技術(shù)，能夠準(zhǔn)確檢測出管道中的缺陷，使我們能夠盡早發(fā)現(xiàn)其中的隱患，并為我國的油田事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。。

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