淺談石油專用管的超聲波檢測技術

鄒昊(中國石油長慶油田物資供應處商檢所 陜西 西安 710000)

伴隨著國民經濟的迅猛發展，能源問題也日趨嚴峻。為滿足社會經濟發展的需求，緩解我國能源緊缺的局勢，目前已從國外引進部分能源，同時國內的能源及資源事業同樣得到了相對快速的發展，而管道輸送作為橋接能源市場與資源的媒介，亦同步取得了空前的發展。預計到2015年后，我國所需新建的能源輸送管道可能超過5萬公里，累積全國油氣輸送管道長度可達11萬公里。然而就目前來看，我國的石油輸送管道在整體運輸系統中所占比例依然較低，運營管道干線的應力不足，自動化水平較低，配套工程建設速度較慢，同時存在著一定的安全隱患，給油氣資源的穩定運輸帶來了一定的威脅。而由于超聲波檢測技術因具備檢測范圍廣、靈敏度較高、成本低廉、定位準確、對人體傷害度較低等優勢，目前已被廣泛應用于石油專用管道的檢測中，在減少安全事故，提高管道運輸安全性方面起到了顯著的作用。

一、超聲波檢測原理概述

超聲波檢測技術主要通過將超聲波探入金屬材料內部區域，并通過截面的轉移，判別設備的邊緣反射特征來確定管材的缺陷，定位管道內部缺陷的具體位置與大小。超聲波檢測的波形類型較為豐富，常見的檢測波形包括橫縱波、表面波及板波等。同樣每種波形所應用的具體范圍亦存在一定的差異。針對管材內部軸向區域內的劃痕及裂紋檢測、管道焊縫內部的氣孔、焊接程度、夾渣等檢測均可選用橫波檢測方案，而縱波檢測方案則主要用于管道鑄件、雜物、縮管及內部缺陷等方面的檢測。板波則通常用于檢測管道薄板內部的缺陷問題，表面波則顧名思義是用于探測管道外形相對比較簡單的加工構件表層的缺陷問題。超聲波檢測并不會受到檢測對象材料的限制，可應用于金屬、非金屬及復合材料管道的檢測中，同樣不會受到所檢測對象制造工藝的約束，針對鍛造構件、鑄件、焊接件及其他膠結件的檢測中均可運用。此外亦可用于管材、板材、板材等檢測中，不會受到尺寸的制約，厚度可精確至毫米，同樣亦可高至幾米。

二、石油專用管中超聲波檢測方法研究

在針對石油專用管的檢測中，按照原理與顯示方式可將其分為穿透法、共振法、脈沖反射法、衍射時差法及超聲成像顯示法。穿透法主要是指在待檢測的管道區域兩端設置超聲探頭，并從其發射端口發出超聲波，待穿透界面達到對應界面時，使其被另一端的探頭接收。并根據界面能量變化情況來判定被檢測工件內部的缺陷狀況。一般被檢工件質量完好時，超聲波檢測儀器探頭所能夠接受的超聲信號相對較強。而當被檢工件內部存在一定的缺陷時，探頭信號則較弱，甚至在超聲波傳播過程中會遇到一定的阻礙，產生相應的聲影。通常便依據超聲波發射端與終端所接收的信號差異來定位工件內部的缺陷與范圍。一般來說，穿透法具備以下幾個特點。首先，它能夠根據管道前后傳輸信號與能量的差異來判定缺陷的存在性，但并不能夠準確定位缺陷的實際位置。其次，穿透操作十分簡單，能夠完全實現全自動化的作業。再者，它針對細小缺陷的靈敏度與反應度并不高，通常導致構件小型缺陷被忽略。第四，多用于薄板材料的檢測操作，能夠避免檢測盲區，提高檢測精度，且材料適應性較強。此外，對設備檢測的距離有一定的要求。

共振法則主要是通過超聲波的頻率調節來實現缺陷判定的檢測方案。共振法常應用于厚度及表面粗糙度較低的工件檢測中，同樣也可應用于復合材料的檢測中。在待檢測工件中傳播超聲波，并通過連續聲波頻率的調節，保持入射波與反射波相位的相等，并在測量區域內觸發共振現象。此種檢測方案同樣具備兩個方面的特征。其一，在測量工件厚度時精確度較高，針對薄壁管道及薄板的檢測作業有較優的效率。其二，對所檢測工件表層的粗糙程度有硬性的要求。此外，脈沖反射法則主要是通過將超聲波傳遞于待檢測工件內部，在傳遞過程中，通過截面的發射特征來判定缺陷位置的超聲檢測方法。它具備較強的實用性，精確度較高，同時探測靈敏度較優，是目前應用最為廣泛的超聲檢測方法之一。

三、石油專用管道檢測中超聲波檢測方法的實現途徑

針對石油專用管道的檢測中，較為常見的檢測儀器包括脈沖反射式探傷儀器。它能夠測定管道缺陷的實際位置，明確缺陷的大小范圍。主要依照儀器顯示波反射的信號變化，判定入射信號與反射信號的相位差異，確定信號的幅度范圍，此外，還需對每次檢測的結果進行誤差計算與評估，減少系統誤差。一般可將檢測過程分為四個步驟。首先，測得檢測數據。將儀器垂直放置于備檢管道材質的中心區域的分割線位置，并在此之上安裝測量探頭，為保持探頭與管道接觸的完整性，需采取輕觸、輕壓的處理方案。然后測量管道材料的具體厚度，針對測量點較為密集的管道測量，需在保持探頭與管體能夠得到完全接觸的前提下，做好探頭的移動處理。此外，還需保障探頭儀顯示器數據顯示的穩定性。主要遵循數值在-0.1毫米與0.1毫米范圍之間，并在3秒內保持不變的原則。

其次，若將δ定義為管材厚度，u表示超聲波的探測速度，將t設定為超聲波在管材中的探測一次所需的整體時間。則可知管材厚度δ=（ut）/2。第三，對管材的不確定度量進行評價。通常需要明確兩個方面的不確定度。包括重復檢測所產生的不確定與儀器顯示誤差所致的不確定度。最后便根據所整合的不確定度量表進行評價與分析，結合確定度判斷，確立其中所包含的各類影響因素，進一步確認儀器的各項不確定度，并嚴格參照儀器檢測標準，生成測試結果，確定管道缺陷的具體范圍，并制定對應性的處理措施。

結束語

綜上所述，目前管道運輸已成為輸送石油、天然氣的最佳運輸手段。我國同樣也構建了較為龐大的管道輸送網絡結構。同時管道運輸的安全性與穩定性在相當長的時間內均是社會各界所關注的重點。因此，為在保障管道輸送資源質量水平與安全性的前提下，確保管道焊縫狀態的安全性，提升石油管道運輸的穩定性，十分有必要將超聲波檢測技術應用于石油專用管道的檢測中，提高管道焊縫識別的精確性與有效性，為石油管道的安全輸送奠定良好的檢測基礎。

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