超声导波检测技术在压力管道检测中的应用研究

姜颖华

摘要：随着我国工业的发展和科技力量增强，长距离输油输气管道的敷设已逐步成为现实。压力管道在油气输送中扮演着重要的角色，其质量和安全直接关系到管道运输沿线地区人民生命和财产的安全。无损检测技术已成为压力管道检测的主要方法，其中，超声导波检测技术更是成为压力管道检测的“新宠”。该文将结合超声导波检测技术在压力管道检测中的应用现状，进一步探究其应用前景和发展趋势。

关键词：无损检测;压力管道;超声导波检测技术

引言

管道是世界上主要的运输工具之一，其具有运输量大、经济效益高，持续运输等诸多特点。在压力管道运输中，受管道自身质量、环境、输送介质腐蚀等因素的影响，压力管道容易出现管壁穿孔、介质泄漏等诸多问题，这不仅影响了管道运输的效率与安全，而且造成了一定的资源浪费和环境污染问题，有必要做好管道运输过程的系统检测。新时期，超声导波检测技术的发展与应用为压力管道检测工作开展提供了技术支撑。

1概述

管道作为五大运输工具之一，其在运输气体、液体等方面具有得天独厚的优势。在全世界管道运输干线总计已经达到240多万km，1995年末我国管道运输干线总计已经达到27839km，主要应用于城市供水系统中。虽然管道带来很多便利，但由于经过长时间的冲刷和侵蚀导致管道壁变薄，时常发生泄漏事件，不单单造成巨大的经济损失，而且还造成环境污染影响生态平衡。据调查，世界各国自来水泄漏损失率达到25%左右。近年来管道造成的人身伤害更加引起了广大人民群众的关注。比如：1994年老挝一条气体管道泄漏造成爆炸，致使50人死亡;2005年美国华盛顿的一条天然气管道泄漏，产生静电发生了火灾，造成2人死亡100人受伤。近几年还有其他国家，例如日本、韩国、加拿大等国家都发生过管道泄漏事件。据不完全统计，截止2010年，我国仅在油管运输上已经发生了389件事故。天然气管道也曾发生过多次事故，后果極其严重，给人们的人身、生活、财产带来威胁。而更严重的是管道泄漏会造成环境污染，加剧了原始生态环境的恶化，威胁了人们赖以生存的环境[1]。

虽然一般常规无损检测器（超声检测爬机等）在管道检测中有着很多优点，比如技术成熟、便于操作，只要对操作人员进行简单的培训，就可以很快运用专业设备进行操作。但常规无损检测技术都存在一个致命弱点：检测过程都是逐点扫描式，所以常规无损检测技术不能有效地应用于工业管道长达上千公里的检测中去。而超声导波检测技术和模态声发射技术可以有效解决这一问题。

2压力管道检测使用超声导波检测技术的必要性

随着我国经济持续、快速、稳定的发展，石油、天然气及化工产品的需求量呈现逐年增加的趋势。各类压力管道在运行过程中具有工况复杂性及运输环境多样性等特点，例如：受输送介质的冲刷、周边环境因素以及安装不合理等因素的影响，管道内外腐蚀、碰撞摩擦造成的介质泄漏事故频繁发生。除此之外，压力管道具有一次建设、长时间使用的特性，因投资巨大，各个工艺流程紧密衔接，需要专职设备管理员精心维护，确保设备稳定、安全运行。尤其是长距离输送管道牵连甚广，它是作为一个系统而存在，一旦出现泄露或者腐蚀穿孔问题，极易出现“牵一发而动全身”的情况[2]。

压力管道在长时间的运行过程中，受输送介质的腐蚀和冲刷，导致管道材料腐蚀脱落，冲刷减薄，造成管壁穿孔、介质泄漏的安全事故。因此，加强压力管道检测，及时发现问题并在第一时间解决问题，将管道泄漏产生的影响降到最底，是对于压力管道检测和运维的基本要求。传统的无损检测技术主要针对焊缝缺陷检测效果较好，对于检验人员难以到达的直管段、穿跨越段或者埋地直管段管道本体，却不能有效地检验，相较于需要大规模辅助工作（开挖、搭设脚手架等）的检验，难以满足其检修需求。因此，操作更为方便且工作效率高的低频导波检测技术在压力管道检测中的应用越来越受到业主的青睐。

3超声导波检测技术在压力管道中的应用

3.1管道缺陷检测

压力管道应用主要受冲刷、腐蚀等因素的影响，压力管道会出现管壁变薄、管壁穿孔、渗漏等缺陷，这些缺陷严重地影响了管道应用的稳定性和安全性[3]。新时期，在压力管道使用中，可使用超声波检测仪器进行管道内部缺陷的检测。以无缝钢管为例，此类钢管的构造并不复杂，在钢管生产阶段，人们会通过自动化水浸法进行检测。新时期，可将超声导波检测技术用于无缝钢管检测，在检测中，应重视横波检测法的应用，预先设计声束，然后在工业内窥镜的辅助下，进行无缝钢管检测，准确发现钢管中的缺陷。从检测结果来看，使用超声导波检测技术，能提升钢管缺陷检出率，这对于保证钢管质量及后期钢管的应用效果具有积极作用，有助于提升压力管道运行的稳定性、安全性。

3.2弯管检测

导波在弯头部位容易发生频散和模态转换，并且导波能量将主要集中在弯头的背弯部位。因此导波检测弯头时，容易发现处于弯头背弯部位的缺陷，而可能漏检内弯的缺陷。在弯头生产时，弯头背弯处壁厚将小于内弯壁厚，且背弯处受到管道中介质冲刷的影响，更容易产生缺陷。因此采用超声导波检测弯头部位缺陷是可行的，但其难点在于信号分析。目前许多从事导波检测的科研人员主要针对的是直管道的缺陷检测展开的研究，然而管道系统里的直管道绝大部分是90°弯曲管道连接起来的，研究导波在弯曲管道中的传播在近年来变成一个热门的话题。何存富等学者已经对导波在弯曲处的传播特性进行了研究，并对弯管中缺陷的进行了检测，证明L（0，2）模态具有检测弯曲管道外侧区域的能力。也有学者通过改变90度弯头的曲率半径进行试验，分析了L（0，2）模态在不同的曲率半径下，穿过90度弯头的能力（即透射系数）。

3.3多模式导波检测在压力管道中的应用

压力管道具有工况复杂性及运输环境多样性等特点，在压力管道检验过程中也同样有着多种多样的问题。为了进一步提升超声导波检测效率，多模式导波检测方法被应用于压力管道的检验过程中。一种模式的导波通常是针对一种类型的管道缺陷进行，相应的多种模式的导波可以同时检测多种类型的缺陷。在这一过程中对检验人员提出了更高的要求，要求其能够熟练地掌握不同模式导波的回波特点，并能够根据这些特点准确分析管道中存在的问题，到底是焊接问题、支吊架、补口还是横截面的金属缺失，切实保障压力管理的运行安全[4]。

結束语：压力管道在运行过程中，因腐蚀穿孔造成输送介质的渗漏现象，因易燃易爆介质的泄漏造成的火灾、爆炸事故，严重威胁着人们的生命财产安全。提升压力管道检验质量和检验准确率已经成为我国高质量工业发展的必然要求。相较于传统检测技术，超声导波检测技术具有便利性、稳定性以及成本低廉等优势，正逐步成为压力管道检测的重要手段。处于起步阶段的超声导波检测技术发展不仅需要强有力的资金和设施支持，还需要人才支持，只有不断地提升实验室资源转化率，才能够推动我国超声导波检测技术的进步和发展，提升我国压力管道运行的安全性。

参考文献：

[1]刘金东.超声导波检测在压力管道检验中的应用[J].石油石化物资采购，2021（14）：61-62.

[2]李继承，杨宁祥.高温压力管道壁厚在线监测技术研究[J].中国化工贸易，2021（7）：65-66.

[3]赵纪峰，李伟，陈力，等.异型承压部件衍射时差法超声波检测方法研究[J].中国金属通报，2020（21）：209-210.

[4]刘富强，陈宗杰.压力管道超声导波检测技术的实验研究[J].化学工程与装备，2020，（12）：231-233