對某原油儲存罐區(qū)的穿越混凝土路面輸送管道進(jìn)行在線聲發(fā)射腐蝕檢測試驗，管道結(jié)構(gòu)形式為套管，設(shè)計溫度為常溫，埋地段長度為24.1 m，外徑為900 mm，材料為L245M，壁厚為9.1 mm，設(shè)計壓力為1.6 MPa，輸送介質(zhì)為原油，2014年投入使用。

檢測時選用Micro-II Express型聲發(fā)射檢測儀器，傳感器型號為R3I-AST，前置放大器增益為40 dB，濾波器下限為20 kHz，上限為100 MHz。檢測時管道內(nèi)部充滿原油，且介質(zhì)靜止無輸送流動現(xiàn)象。

2021年3月該企業(yè)進(jìn)行埋地管道開挖檢修作業(yè)，此時分別在管道兩端及底部各布置一個傳感器，對管道進(jìn)行聲信號傳播距離衰減測試、腐蝕缺陷聲發(fā)射特征參數(shù)表征、傳感器布置優(yōu)化方案測試等。

2022年3月，在管道土壤覆蓋層回填并穩(wěn)定12個月后，再次對管道進(jìn)行檢測，對比兩次試驗的結(jié)果，從而驗證埋地穿越管道腐蝕在線聲發(fā)射檢測的可行性。

試驗采用斷鉛和人工敲擊來模擬埋地管道在日常使用過程中最常出現(xiàn)的泄漏及腐蝕，研究埋地管道中的聲發(fā)射信號傳輸特點及在線檢測的可行性。

對開挖后的管道分別在傳感器1和3處施加斷鉛激勵，如圖1所示，分析其信號傳播特征。

圖1 管道開挖后檢測現(xiàn)場及傳感器布置示意

當(dāng)從左側(cè)進(jìn)行斷鉛激勵時，可以發(fā)現(xiàn)隨著傳播距離的增大，聲發(fā)射信號幅值的衰減并非呈線性特點，在1號和2號傳感器之間，幅值衰減速度非常快（總共衰減24 dB），而在2號和3號傳感器間，幅值僅衰減5 dB。

這主要是由于從左側(cè)進(jìn)行斷鉛激勵時，聲發(fā)射信號向前傳播時首先要經(jīng)過兩個彎頭的阻滯和頻散，從而幅值出現(xiàn)大幅衰減；而當(dāng)聲發(fā)射信號越過2號傳感器進(jìn)入直管段傳播時，信號的頻散和結(jié)構(gòu)幾何突變影響大大降低，幅值的降低速率下降非常明顯。由于能量和幅值均為表征聲發(fā)射信號強(qiáng)度的指標(biāo)，隨著聲音傳播距離的增大，能量的衰減幅度對結(jié)構(gòu)幾何變化更敏感，在1號和2號傳感器之間，能量衰減達(dá)到97.8%，在直管段能量的衰減速率趨于緩和。

另一方面由于管道中聲發(fā)射信號的傳播路徑基本趨于直線，路徑單一，極少出現(xiàn)信號反射、散射及相互干涉導(dǎo)致的波形畸變，因此聲發(fā)射信號的平均頻率隨傳播距離的增加幾乎沒有太大的變化；但聲發(fā)射信號上升時間則呈現(xiàn)相對線性的遞增趨勢。

當(dāng)從右側(cè)進(jìn)行斷鉛激勵時，聲發(fā)射信號首先進(jìn)入管道的直管段傳播，經(jīng)過16.9 m的傳播后幅值衰減6 dB，在通過管道左側(cè)的兩個彎頭后再次衰減12 dB，這相對于左側(cè)斷鉛時的聲發(fā)射信號幅值衰減下降了50%。上升時間在直管段的變化規(guī)律同左側(cè)斷鉛時上升時間的變化規(guī)律類似；能量則呈現(xiàn)出較為緩和的下降趨勢，并未出現(xiàn)大比例成倍下降的情況；平均頻率隨傳播距離的增加仍無太大變化。

管道在回填的前期階段，土壤和管道本體的結(jié)合還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其腐蝕環(huán)境和長周期使用的埋地管道有很大的不同，因此選擇1年后再次對該管道進(jìn)行試驗，最大程度模擬管道的實際運(yùn)行工況，提高檢測數(shù)據(jù)的可信性。

在左側(cè)1號傳感器位置進(jìn)行敲擊時，隨著激勵幅值的增大，3號傳感器接收到的信號幅值也隨之增大并呈現(xiàn)階梯狀（如圖2所示，圖中上部分為1號傳感器信號，下部分為3號傳感器信號）。

圖2 左側(cè)斷鉛1號傳感器和3號傳感器幅值及能量變化

當(dāng)1號傳感器位置發(fā)出的信號幅值小于61 dB時，3號傳感器基本上采集不到聲發(fā)射信號（門檻為30 dB），相對于開挖狀態(tài)其信號衰減幅度明顯增加。

這主要是土壤覆蓋、防腐層噴涂及纏繞等因素阻礙了聲發(fā)射信號在管道本體上的傳播，導(dǎo)致有效傳播距離明顯縮短，但隨著激勵信號幅值的增大，3號傳感器接收到的信號幅值衰減程度相較于開挖之后管道信號的幅值衰減程度并未出現(xiàn)大幅下降，從能量圖的變化也可以觀察到相同的規(guī)律。埋地穿跨越管道對高幅值高能量檢測信號的影響較小，對低幅值低能量的信號影響較大。

在右側(cè)3號傳感器位置進(jìn)行敲擊時，激勵信號強(qiáng)度達(dá)到60 dB時，在24.1 m處的1號傳感器仍然可以采集到幅值為38 dB的聲發(fā)射信號（如圖3所示，圖中上部分為3號傳感器信號，下部分為1號傳感器信號），證明其聲發(fā)射檢測效果良好。甚至激勵信號為40 dB的低幅值信號時，1號傳感器仍然采集到了零星的信號，信號衰減為7~12 dB，可見土壤層的影響相較于從左側(cè)1號傳感器激勵的影響要小得多。

圖3 右側(cè)斷鉛1號傳感器和3號傳感器幅值及能量變化

綜合上述兩個試驗進(jìn)行對比分析，當(dāng)從1號傳感器進(jìn)行激勵時，產(chǎn)生的高幅值和高能量聲發(fā)射信號在向前傳播過程中受到兩個彎頭的影響，其強(qiáng)度大幅減低，再加上土壤覆蓋層和防腐層的影響，其衰減速度迅速提升，嚴(yán)重影響了其向前傳播的距離，也直接限制了聲發(fā)射檢測的有效距離。相反從右側(cè)3號傳感器進(jìn)行激勵，信號首先從直管段進(jìn)行傳播，在傳播十幾米之后才通過彎頭，此時受到土壤覆蓋、防腐涂層和彎頭的影響要小得多，在24.1 m內(nèi)仍然有良好的檢測效果。

在管道兩端的環(huán)向各布置3個傳感器，進(jìn)而對這段管道進(jìn)行在線監(jiān)測，從25 min內(nèi)采集到的聲發(fā)射數(shù)據(jù)可以看出（見圖4），撞擊數(shù)只有30，幅值均不大于40 dB，表明在有效的檢測覆蓋范圍內(nèi)，該段管道的腐蝕狀況良好（這主要是由于該段管道重新進(jìn)行了清污理和防腐處理，管道近似新裝狀態(tài)）。由于實際檢測過程中，聲發(fā)射源產(chǎn)生的位置位于1號和3號傳感器之間，其傳播距離要小于該節(jié)試驗1和試驗2的24.1 m，因此其檢測可靠性也更高。

圖4 埋地管道持續(xù)在線監(jiān)測試驗信號