對長輸管道超聲波在線檢測技術探討

張周平

【摘 要】 長輸管道是現階段運輸石油等能源的重要方式，不僅安全可靠，同時所耗用的成本相較而言更低。近些年來我國長輸管道的建設規模在逐漸擴大，主要分布在我國西北、華東、東北以及華北等地區。在油氣田不斷開發的過程中，長輸管道的安全問題也引起了人們的關注和重視。隨著管道使用時間的增加，開始出現了老化的現象，最終導致故障的發生。在這樣的情況下，為了保證管道的正常運行，提高管道的使用壽命，就需要對其進行檢測，及時的發現管道故障并采取有效的措施來解決。而超聲波檢測技術的出現引起了人們的關注，其在長輸管道檢測工作中的作用不容忽視，現對超聲波在線檢測技術在長輸管道檢測中的應用進行研究和分析。

【摘 要】 長輸管道 超聲波 在線 檢測技術

管道的故障率會隨著管道使用時間的增加而增加，導致管道故障的原因主要包括腐蝕、施工問題、材料問題以及外部干擾等。[1]通常情況下，施工和材料問題所致的管道故障發生在管道使用的初始階段，而腐蝕所引發的事故則常常發生在管道運行的后期。因而要想全面保障管道運行的安全，需要采用有效的檢測技術，了解管道運行的情況。現階段，我國在長輸管道檢測中主要應用的是傳統的檢測技術，但是這些技術無法直接的獲取相關信息，要需要人工處理數據。為了提高長輸管道檢測工作的規范化水平，需要實現檢測技術的創新。

1 超聲波在線檢測技術的基本概述

聲波在傳播的過程中是通過彈性媒介各質點間的彈性力來實現的，而頻率在2000Hz以上的就稱之為“超聲波”。超聲波的特點十分鮮明，例如良好的方向性、穿透力強、傳播距離遠等。同時超聲波還具有一些其他的奇異特性：其一是波長相較而言比較短，因而超聲波的衍射能力比較差，在均勻的介質中這種特性尤為顯著。其二，聲波功率主要指的是聲波做工的快慢的物理量。超聲波的頻率比較高，其功率也非常大。其三，超聲波在液體傳播的時候，液體微粒的震動會產生一些小空洞，小空洞在脹大和閉合間會導致液體微粒發生樁基而產生許多大氣壓的壓強。這個時候液體的溫度會瞬間上升，使得不相溶的液體發生乳化健翔，提高了溶質溶解的速度。其四，超聲波在不同物質中傳播所產生的強度會隨著傳播距離的變化而變化，傳播距離越長強度會越弱，這主要是因為物質吸收了超聲波的能量。在同一物質中，頻率高的超聲波有著更強的吸收力。而在頻率相同的情況下，在氣體中傳播得到時候吸收最強，在固定中傳播的吸收最小。[2]

2 超聲波在線檢測系統的設計

2.1 超聲檢測子系統

在將超聲波檢測技術應用到長輸管道檢測中以前，要了解管道的基本情況以及檢測需求，以此作為選擇探測條件和探測方式的重要依據。首先是選擇合適的耦合劑，耦合劑的選擇要求主要體現在以下方面：其一是容易變形，從而充分填充在空隙的液體或者是介質中；其二，要選擇聲阻抗相較而言更大的耦合劑；其三則是對工件沒有腐蝕作用，同時不會對施工人員造成危害，成本低廉。其次是選擇合適的超聲探頭主要參數，超聲探頭的作用在于幫助實現電能和聲能的相互轉化。壓電晶片是其主要不見，因而合適的晶片直徑和探頭頻率十分重要。壓電晶片的主要作用是接收和發射超聲波，在選擇晶片直徑的時候需要考慮聲壓、聲束指向性以及檢測效率等影響因素。

2.2 定位子系統

管道檢測的主要目標是了解管道的腐蝕情況，因而找到正確的腐蝕位置是關鍵。在檢測的時候，定位方式主要有內定位、外定位以及轉角定位等。首先是內定位，內定位是通過在檢測機的內部安裝定位裝置并對行程進行標記，這種定位方式需要用到里程輪。但是里程輪在行走的時候很有可能出現打滑現象，在一定程度上會導致檢測結果出現偏差。其次是外定位，外定位只在被檢測的管道所經過的路面上，設定間隔距離來安裝超低頻的信號發射器，檢測機額可以接受相應的信號，通過對這些信號數據的分析可以完成定位目標。最后是轉角定位，在轉角定位中主要應用到了增量式編碼器，以此來修正檢測機在行走過程中所產生的定位誤差。[3]綜合而言，在超聲波檢測系統的設計中，內定位和外定位相結合的方式會提高檢測結果的正確性。

2.3 在線數據采集、處理及儲存子系統

首先是數據采集工作，在檢測過程中，要同時收集檢測數據和定位數據。其中定位數據的收集主要包括里程輪數據和對轉角數據。其次是數據的處理，需要用到嵌入式的單板計算機，可以符合長輸管道檢測的要求。最后則是數據的儲存，隨著科技的不斷發展，數據儲存方式也呈現多元化的趨勢，例如硬盤、固態電子盤以及U盤等。在超聲波檢測系統的設計中，硬盤儲存數據的方式比較適宜。

3 超聲波在線檢測技術在長輸管道中應用的可行性

管道正常運行的時候，其流體擾動情況是比較穩定的，發射端所發射的具有特殊脈沖信號的超聲波就可以將流體作為煤質實現長距離的傳輸，在到達接收端以后可以產生電壓信號。在管道受到多種因素影響而受到損害的時候，管道內部的擾動狀態就會發生相應的變化，電壓信號的變化也十分顯著。在這樣的情況下，可以根據這些變化來判斷管道腐蝕的位置，但是需要注意的是，原有管道在運輸的過程中相關指標的變化會對檢測結果造成一定的影響。對于原油管道來說，壓力和溫度的變化和影響原油的物性，在超聲波在線檢測的時候將原油作為煤質就會影響檢測結果的正確性，這個時候就可以將輸油管道作為煤質，能夠有效的彌補流體煤質存在的缺陷。同時超聲波在輸油管道中的傳播速度要快于原油，同時進行長距離傳輸，相較而言更加適合超聲波在線檢測的需要。[4]

參考文獻

[1]唐建，焦向東，戴波.管道超聲內檢測自動壁厚轉換算法[J].化工學報，2014，6（11）：46-47.

[2]白港生，徐志，吳楠勛. 三軸高清晰度漏磁腐蝕檢測器的研制[J].石油機械，2014，3（10）：61-62.

[3]王力.超聲橫波探傷聲束擴散對缺陷定位的影響分析[J].企業技術開發，2014，8（27）：19-20.

[4]石逸軒.論超聲波探測的實驗應用原理[J].電子世界，2014，4（12）：76-77.