船舶管系泄露中檢測技術(shù)的應用及分析

王海

【摘 要】船舶管道處在惡劣的工作環(huán)境中，為各個主機和輔機服務的管系包括燃油管路、滑油管路、冷卻水管路等都被頻繁使用，其中任一管路發(fā)生泄漏，都會導致相關(guān)主輔機無法安全使用，給整個船舶系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)帶來嚴重后果。本文對多種檢測方法在船舶管路中的應用可行性進行分析，重點介紹超聲波技術(shù)在船舶管系泄漏檢測中的應用，選擇出最適用于船舶管系檢測的方法，有效提高檢測效率。

【關(guān)鍵字】船舶管系；泄露檢測；超聲波技術(shù)

中圖分類號： U671.913 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0031-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.012

Application and Analysis of Detection Technology in Ship Pipeline Leakage

WANG Hai

（JIANGNAN SHIPYARD（GROUP）CO.，LTD.， Shanghai 201913， China）

【Abstract】Ship pipelines are in a harsh working environment. The piping systems for the various main engines and auxiliary engines， including fuel lines， oil pipelines， and cooling water pipelines， are frequently used. Any one of the pipelines will leak， which will result in The related main and auxiliary machines cannot be used safely， which has serious consequences for the operation of the entire ship system. This paper analyzes the application feasibility of various detection methods in ship pipelines， and focuses on the application of ultrasonic technology in ship piping leakage detection， and selects the most suitable method for ship piping inspection to effectively improve detection efficiency.

【Key words】Ship piping； Leak detection； Ultrasonic technology

0 引言

近年來，隨著我國海上軍事技術(shù)及海運事業(yè)的日益發(fā)展，船舶安全問題被廣泛關(guān)注。根據(jù)海事事故調(diào)查報告的統(tǒng)計，在已經(jīng)發(fā)生的船舶事故中，由于管路系統(tǒng)出現(xiàn)故障而直接引起或間接引起的事故數(shù)不勝數(shù)。

自20世紀70年代以來，世界上的一些發(fā)達國家，如美國、德國等，就開始了管道泄漏檢測技術(shù)方面的研究，有許多成功的管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)在在一些石油輸送管道上有了安裝應用并且獲得了理想的效果[1]。目前在船舶上使用的管道無損檢測方法較多，本文將對它們進行分析，并選擇出最適合實際應用的方法，建立較好的管路檢測系統(tǒng)，達到及時發(fā)現(xiàn)泄露，并準確定位的目的

1 船舶管路故障檢測要求

船舶管路系統(tǒng)遍布全船，這些管系長期工作在惡劣環(huán)中，船舶管系的工況環(huán)境使得其泄漏檢測明顯區(qū)別于長輸油氣管路，船舶管系的故障表現(xiàn)出很強的特殊性和復雜性，長輸油氣管路的泄漏檢測方法不能簡單推廣于船舶管系故障檢測。為了保障船舶設備安全運轉(zhuǎn)，提高船舶安全性能，保障船員的生命安全，降低船員的工作強度和改善工作環(huán)境，降低船舶修理費用，要求船舶管系故障檢測系統(tǒng)能及時的發(fā)現(xiàn)泄漏，準確的對故障點進行定位。為此，理想的監(jiān)測系統(tǒng)應該滿足以下各方面的要求[2-3]：

（1）泄露檢測靈敏性，管路發(fā)生泄露時，能夠檢測管路的微小泄露；

（2）故障檢測實時性，管路發(fā)生故障時，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障，并立刻發(fā)出故障警報；

（3）故障檢測準確性，管路發(fā)生故障時，檢測系統(tǒng)能準確檢測故障的發(fā)生，檢測系統(tǒng)可靠性高；

（4）檢測系統(tǒng)易適用性，檢測系統(tǒng)能適應各種環(huán)境，在惡劣的工況環(huán)境下，檢測系統(tǒng)能夠正常運行即系統(tǒng)具有通用性[4]；

（5）檢測系統(tǒng)的易安裝維護性，在檢測系統(tǒng)安裝時，對安裝要求低，當檢測系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)調(diào)整要簡單方便。

2 船舶管系故障現(xiàn)有檢測方法

現(xiàn)有的船舶管路故障檢測方法較多，都有各自的優(yōu)缺點。

2.1 射線檢測

射線檢測技術(shù)指利用各種射線（X射線、γ射線等）穿過含有缺陷的管壁時強度會出現(xiàn)衰減的特點，使得呈現(xiàn)在膠片上的感光程度不同，形成不連續(xù)的圖像，從而檢測出管壁缺陷。

2.2 渦流檢測技術(shù)

渦流檢測技術(shù)以電磁感應理論作為基礎，根據(jù)缺陷處磁導率變化而出現(xiàn)磁力線扭曲，產(chǎn)生不平衡電動勢，進而檢測出腐蝕缺陷情況，適用于輸送液體、氣體的管道內(nèi)檢測。

2.3 紅外熱成像檢測技術(shù)

紅外熱成像檢測技術(shù)是利用熱輻射原理，實現(xiàn)無接觸式測量的方法，依靠溫度場對物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、缺陷進行檢測，可以實現(xiàn)高溫、壓力管道的腐蝕缺陷檢測，反應速度快，但是熱圖像容易受到環(huán)境溫度及被檢測材料表面情況影響，不適于檢測腐蝕速率的發(fā)展。

2.4 氣泡檢測檢測技術(shù)

氣泡檢測法，是船舶上較常使用的一種經(jīng)驗檢測方法，通常適用于有一定壓力的氣態(tài)工質(zhì)管道故障檢測。在系統(tǒng)可能泄漏的地方，涂抹上發(fā)泡水，例如洗衣粉液或肥皂液，如果有泄漏，泄漏的氣態(tài)會將發(fā)泡水鼓泡，這樣可以對泄漏點進行大致查找。缺點是只適用于有一定壓力的氣態(tài)工質(zhì)管道，而且泄漏點無法精確定位。

2.5 方法小結(jié)

由以上分析可知，上述方法都或多或少存在一些缺點，無法在實際檢測中被有效運用，因此，接下來提出超聲波內(nèi)檢測技術(shù)，對船舶管系進行檢測。

3 超聲波內(nèi)檢測技術(shù)

3.1 超聲波檢測基本原理

超聲波檢測是利用超聲波在管道中傳播的物理特性來發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部缺陷的一種方法。超聲波是一種機械波，產(chǎn)生超聲波必需具備兩個條件：一是做機械振動的聲源，二是存在能夠傳播振動的彈性介質(zhì)。超聲波可以在固體、液體和氣體中進行傳播，介質(zhì)的一些狀態(tài)參量會影響其傳播特性，通過對特征信息量的提取和分析，實現(xiàn)對管道缺陷進行檢測的目的。

3.2 超聲波內(nèi)檢測器基本結(jié)構(gòu)

超聲波管道內(nèi)檢測器主要由探頭保持架、超聲儀器艙、數(shù)據(jù)處理艙及電池艙四部分組成，依靠管道內(nèi)輸送介質(zhì)壓力運行，每個艙體都是密閉、耐高壓、耐高溫的，為了防止管道中流體的滲入，可以適應海底管道的惡劣環(huán)境，節(jié)與節(jié)之間的萬向節(jié)是柔性連接的，將檢測器的艙體相互連接，保證內(nèi)檢測器順利通過管道的彎頭、三通等連接處，艙體之間可以傳遞信號，保證管道內(nèi)檢測是集機械、控制、檢測為一體的綜合檢測系統(tǒng)。

（1）探頭保持架

探頭架上設有超聲波探頭，超聲波探頭由耐高壓、耐腐蝕材料制成，可與管道內(nèi)壁直接吻合，發(fā)射超聲波。

（2）超聲儀器艙

探頭發(fā)射超聲波后透過液體介質(zhì)，經(jīng)過管壁內(nèi)外兩個表面反射，反射波經(jīng)超聲檢測卡接收，輸出管壁的壁厚數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)處理艙

管道超聲波內(nèi)檢測器對檢測數(shù)據(jù)并沒有實時處理功能，只能將檢測的數(shù)據(jù)進行采集、壓縮、存儲，等到檢測任務完成以后，取出存儲的數(shù)據(jù)進行離線的數(shù)據(jù)處理。

（4）電池艙

整個系統(tǒng)需要的電力由電池艙內(nèi)攜帶的鋰電池提供，電池艙、天線、里程輪組成里程輪定位技術(shù)系統(tǒng)，為超聲波內(nèi)檢測器提供動力。緊貼在管道內(nèi)壁的里程輪，會與管壁產(chǎn)生摩擦力，同檢測器前進并且發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并周期性發(fā)射脈沖信號，由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)計數(shù)存儲里程信息；天線與超低頻信號發(fā)射器和接收器共同組成外定位技術(shù)系統(tǒng)，使管道內(nèi)檢測器和地面組成信息聯(lián)絡系統(tǒng)，可提高定位精度。

3.3 超聲波內(nèi)檢測器工作流程

超聲波內(nèi)檢測在管中檢測的工作流程：N個超聲波探頭由同步電路觸發(fā)，向被檢測的管道內(nèi)壁發(fā)射超聲波，然后會將接收到的回波信號交給信號處理單元，從而得到管道壁厚的數(shù)據(jù)信息，再把信息直接傳送給單片機1；同時，里程輪、編碼器、外定位測量的定位校正信息傳送給單片機2；單片機1與2分別把它們采集到的數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式計算機系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的編碼格式存儲數(shù)據(jù)；最后，檢測任務完成以后，通過離線數(shù)據(jù)處理成像系統(tǒng)對存儲的數(shù)據(jù)進行處理和分析，確定管道的壁厚、缺陷位置、類別、形狀等幾何參數(shù)。

4 結(jié)論

本文對應用在船舶管系中的射線檢測、渦流檢測、紅外熱成像檢測、氣泡檢測技術(shù)做了簡要分析，提出了它們在實際應用中的缺點。然后重點介紹了一種超聲波內(nèi)檢測技術(shù)，超聲波檢測法的優(yōu)點是檢測靈敏度高，缺陷定位準確，在檢測砂眼、溝槽腐蝕、金屬打磨損失方面有優(yōu)勢，但需要液體耦合劑，不適用于氣體管道，而且對管道潔凈度要求高，因此，對此種方法要繼續(xù)改良，為船舶管系的安全性提供更可靠的安全保障。

【參考文獻】

[1]張宇.輸油管道泄漏檢測新方法與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].博士畢業(yè)論文，天津大學，2009.

[2]姚國民，王寅觀.超聲波流量計中的數(shù)據(jù)處理[J].聲學技術(shù)，1998，17（1）：35-37.

[3]成向陽，鞠曉東.超聲信號測量高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J].石油大學學報：自然科學版，2000（1）：91-94.

[4]張宇.輸油管道泄漏檢測新方法與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].博士畢業(yè)論文，天津大學，2009.