浅谈石油专用管的超声波检测技术

2022-09-12

伴随着国民经济的迅猛发展, 能源问题也日趋严峻。为满足社会经济发展的需求, 缓解我国能源紧缺的局势, 目前已从国外引进部分能源, 同时国内的能源及资源事业同样得到了相对快速的发展, 而管道输送作为桥接能源市场与资源的媒介, 亦同步取得了空前的发展。预计到2015年后, 我国所需新建的能源输送管道可能超过5万公里, 累积全国油气输送管道长度可达11万公里。然而就目前来看, 我国的石油输送管道在整体运输系统中所占比例依然较低, 运营管道干线的应力不足, 自动化水平较低, 配套工程建设速度较慢, 同时存在着一定的安全隐患, 给油气资源的稳定运输带来了一定的威胁。而由于超声波检测技术因具备检测范围广、灵敏度较高、成本低廉、定位准确、对人体伤害度较低等优势, 目前已被广泛应用于石油专用管道的检测中, 在减少安全事故, 提高管道运输安全性方面起到了显著的作用。

一、超声波检测原理概述

超声波检测技术主要通过将超声波探入金属材料内部区域, 并通过截面的转移, 判别设备的边缘反射特征来确定管材的缺陷, 定位管道内部缺陷的具体位置与大小。超声波检测的波形类型较为丰富, 常见的检测波形包括横纵波、表面波及板波等。同样每种波形所应用的具体范围亦存在一定的差异。针对管材内部轴向区域内的划痕及裂纹检测、管道焊缝内部的气孔、焊接程度、夹渣等检测均可选用横波检测方案, 而纵波检测方案则主要用于管道铸件、杂物、缩管及内部缺陷等方面的检测。板波则通常用于检测管道薄板内部的缺陷问题, 表面波则顾名思义是用于探测管道外形相对比较简单的加工构件表层的缺陷问题。超声波检测并不会受到检测对象材料的限制, 可应用于金属、非金属及复合材料管道的检测中, 同样不会受到所检测对象制造工艺的约束, 针对锻造构件、铸件、焊接件及其他胶结件的检测中均可运用。此外亦可用于管材、板材、板材等检测中, 不会受到尺寸的制约, 厚度可精确至毫米, 同样亦可高至几米。

二、石油专用管中超声波检测方法研究

在针对石油专用管的检测中, 按照原理与显示方式可将其分为穿透法、共振法、脉冲反射法、衍射时差法及超声成像显示法。穿透法主要是指在待检测的管道区域两端设置超声探头, 并从其发射端口发出超声波, 待穿透界面达到对应界面时, 使其被另一端的探头接收。并根据界面能量变化情况来判定被检测工件内部的缺陷状况。一般被检工件质量完好时, 超声波检测仪器探头所能够接受的超声信号相对较强。而当被检工件内部存在一定的缺陷时, 探头信号则较弱, 甚至在超声波传播过程中会遇到一定的阻碍, 产生相应的声影。通常便依据超声波发射端与终端所接收的信号差异来定位工件内部的缺陷与范围。一般来说, 穿透法具备以下几个特点。首先, 它能够根据管道前后传输信号与能量的差异来判定缺陷的存在性, 但并不能够准确定位缺陷的实际位置。其次, 穿透操作十分简单, 能够完全实现全自动化的作业。再者, 它针对细小缺陷的灵敏度与反应度并不高, 通常导致构件小型缺陷被忽略。第四, 多用于薄板材料的检测操作, 能够避免检测盲区, 提高检测精度, 且材料适应性较强。此外, 对设备检测的距离有一定的要求。

共振法则主要是通过超声波的频率调节来实现缺陷判定的检测方案。共振法常应用于厚度及表面粗糙度较低的工件检测中, 同样也可应用于复合材料的检测中。在待检测工件中传播超声波, 并通过连续声波频率的调节, 保持入射波与反射波相位的相等, 并在测量区域内触发共振现象。此种检测方案同样具备两个方面的特征。其一, 在测量工件厚度时精确度较高, 针对薄壁管道及薄板的检测作业有较优的效率。其二, 对所检测工件表层的粗糙程度有硬性的要求。此外, 脉冲反射法则主要是通过将超声波传递于待检测工件内部, 在传递过程中, 通过截面的发射特征来判定缺陷位置的超声检测方法。它具备较强的实用性, 精确度较高, 同时探测灵敏度较优, 是目前应用最为广泛的超声检测方法之一。

三、石油专用管道检测中超声波检测方法的实现途径

针对石油专用管道的检测中, 较为常见的检测仪器包括脉冲反射式探伤仪器。它能够测定管道缺陷的实际位置, 明确缺陷的大小范围。主要依照仪器显示波反射的信号变化, 判定入射信号与反射信号的相位差异, 确定信号的幅度范围, 此外, 还需对每次检测的结果进行误差计算与评估, 减少系统误差。一般可将检测过程分为四个步骤。首先, 测得检测数据。将仪器垂直放置于备检管道材质的中心区域的分割线位置, 并在此之上安装测量探头, 为保持探头与管道接触的完整性, 需采取轻触、轻压的处理方案。然后测量管道材料的具体厚度, 针对测量点较为密集的管道测量, 需在保持探头与管体能够得到完全接触的前提下, 做好探头的移动处理。此外, 还需保障探头仪显示器数据显示的稳定性。主要遵循数值在-0.1毫米与0.1毫米范围之间, 并在3秒内保持不变的原则。

其次, 若将δ定义为管材厚度, u表示超声波的探测速度, 将t设定为超声波在管材中的探测一次所需的整体时间。则可知管材厚度δ= (ut) /2。第三, 对管材的不确定度量进行评价。通常需要明确两个方面的不确定度。包括重复检测所产生的不确定与仪器显示误差所致的不确定度。最后便根据所整合的不确定度量表进行评价与分析, 结合确定度判断, 确立其中所包含的各类影响因素, 进一步确认仪器的各项不确定度, 并严格参照仪器检测标准, 生成测试结果, 确定管道缺陷的具体范围, 并制定对应性的处理措施。

结束语

综上所述, 目前管道运输已成为输送石油、天然气的最佳运输手段。我国同样也构建了较为庞大的管道输送网络结构。同时管道运输的安全性与稳定性在相当长的时间内均是社会各界所关注的重点。因此, 为在保障管道输送资源质量水平与安全性的前提下, 确保管道焊缝状态的安全性, 提升石油管道运输的稳定性, 十分有必要将超声波检测技术应用于石油专用管道的检测中, 提高管道焊缝识别的精确性与有效性, 为石油管道的安全输送奠定良好的检测基础。

摘要：本文首先阐述了超声波检测技术的基本原理, 然后提出了超声波检测的具体方法及其在石油专用管道检测中的实现途径。

关键词：石油管道,超声波检测,焊缝,灵敏度