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油氣管道缺陷無損檢測新技術(shù)盤點(diǎn)

2021-09-23 15:40:03 作者：腐蝕與防護(hù) 來源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

管道作為油氣資源儲(chǔ)運(yùn)的重要載體，如何對管道缺陷進(jìn)行檢測、確保油氣管道能夠安全運(yùn)輸，成為在管道建設(shè)中不可忽視的環(huán)節(jié)。無損檢測技術(shù)主要用于在不影響被檢測對象的性能和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用被檢測對象的結(jié)構(gòu)異常出現(xiàn)的反映來檢測被檢測對象是否存在質(zhì)量問題。下面介紹幾種應(yīng)用于油氣管道的無損檢測新技術(shù)。

射線檢測新技術(shù)

01 CR檢測技術(shù)

計(jì)算機(jī)X射線成像檢測技術(shù)是膠片法的改進(jìn)與升級，是一種以電子元件代替膠片的方法，也稱為間接數(shù)字成像檢測。

原理：用IP成像板代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠片接受射線照射，射線使IP成像板的熒光材料（磷）形成潛影，然后通過掃描成像板，使被檢工件形成圖像，并直接數(shù)字化存儲(chǔ)到硬盤或者光盤等載體里，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行評定。

CR檢測技術(shù)原理示意圖

優(yōu)點(diǎn)：曝光量小，寬容度大；省略了暗室處理照片的環(huán)節(jié)，直接生成數(shù)字圖片；圖片易于長期保存。

應(yīng)用：管道檢測自動(dòng)評價(jià)；通過對比響應(yīng)特性與射線能量等參數(shù)之間的關(guān)系間接得出管道的壁厚。

CR射線檢測結(jié)果

02 DR檢測技術(shù)

原理：利用射線源發(fā)出的射線透照物體，透過管道衰減后的射線光子由平板探測器接收并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)計(jì)算機(jī)處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。

DR檢測技術(shù)原理示意圖

優(yōu)點(diǎn)：成像清晰、分辨率高、圖片細(xì)節(jié)豐富、寬容度較CR成像有所提升；用戶可對得到的圖片進(jìn)行多種處理；無需拆卸防腐或保溫層即可實(shí)施檢測。

應(yīng)用：壓力管道焊接接頭缺陷檢測及測厚檢測。

DR檢測在管道壁厚測量中的應(yīng)用

熱學(xué)檢測技術(shù)

熱學(xué)無損檢測技術(shù)是通過探測試樣的熱學(xué)性質(zhì)變化來獲取試樣的結(jié)構(gòu)信息技術(shù)。

紅外熱成像技術(shù)是被檢測物體表面進(jìn)行非接觸的成像，并對其熱圖譜進(jìn)行分析。

優(yōu)點(diǎn)：非接觸，無需耦合劑；快速，實(shí)時(shí)；視場大，檢測面積廣；對曲面容忍度高；不需要復(fù)雜的掃描裝置。

應(yīng)用：壓力管道的定期檢驗(yàn)，如高溫管道檢查，管道的絕熱層有無破損、跑冷情況。

紅外熱成像照片

聲學(xué)檢測新技術(shù)

01 超聲相控陣檢測技術(shù)

原理：超聲相控陣檢測技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)控制的以晶片作為檢測元件的技術(shù)，探頭中的多晶片能夠通過激勵(lì)發(fā)出超聲波，這樣產(chǎn)生的超聲波可以方便地調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，以便于通過鏡面反射檢測管道的不同缺陷。

超聲相控陣技術(shù)原理示意

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)對缺陷的定性、定位和定量；能夠保存檢測圖譜，檢測結(jié)果具有可追溯性；可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦，具有較高的檢測靈敏度；不需要前后移動(dòng)探頭即可一次掃查到焊縫的全體積。

應(yīng)用：壓力管道焊接接頭檢測、管道腐蝕檢測；不銹鋼、小徑管、接插管等焊接接頭檢測。

02 全聚焦相控陣檢測技術(shù)

原理：全聚焦相控陣檢測技術(shù)利用超聲相控陣探頭發(fā)射和采集超聲信號，在數(shù)據(jù)采集過程中，對信號逐個(gè)進(jìn)行聚焦計(jì)算和平均處理，得到質(zhì)量更高的圖像。

全聚焦法概念圖

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)一次掃查焊縫全覆蓋；檢測靈敏度更高；影像直觀，無畸變，易識(shí)別，分辨率高；檢測可靠性和可信度高；對粗晶焊縫檢測有更好的檢測效果。

03 超聲衍射時(shí)差檢測技術(shù)（TOFD）

原理：超聲衍射時(shí)差檢測技術(shù)是一種依靠從待檢工件內(nèi)部缺陷上、下“端點(diǎn)”處得到的衍射波在掃描線上的時(shí)差來檢測缺陷尺寸的方法。采用一發(fā)一收的高精密匹配縱波斜探頭進(jìn)行檢測，在被檢測管道的中心線對稱放置。

TOFD技術(shù)原理示意

優(yōu)點(diǎn)：可靠性高；定量精度高；測簡便快捷；圖像包含信息豐富，有利于缺陷的識(shí)別和分析；能夠全過程記錄，長久保存數(shù)據(jù)；檢測成本低，無射線輻射。

04 電磁超聲檢測技術(shù)（EMAT）

原理：利用電磁耦合方法激勵(lì)和接收超聲波。

電磁超聲檢測技術(shù)原理示意

優(yōu)點(diǎn)：精度高；不需要耦合劑；非接觸；適于高溫檢測以及容易激發(fā)各種超聲波形等。

應(yīng)用：可設(shè)計(jì)不同的線圈形狀和磁鐵結(jié)構(gòu)，激發(fā)不同頻率的超聲波，檢測更多的缺陷類型，如內(nèi)腐蝕、外腐蝕、劃痕、裂紋、變形、金屬損失及防腐層破損等。

05 超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)

原理：超聲導(dǎo)波在進(jìn)行管道檢測時(shí)，導(dǎo)波沿管壁傳播，在管壁橫截面發(fā)生變化處產(chǎn)生反射信號。反射信號的幅度與管壁橫截面積的總變化量有關(guān)，通過分析解讀該信號即可判斷管道特征及狀態(tài)。

超聲導(dǎo)波檢測基本原理

優(yōu)點(diǎn)：傳播長距離而衰減很小；檢測過程簡單，不需要耦合劑；不受溫度影響；只需要?jiǎng)冸x一小塊防腐層以放置探頭環(huán)即可進(jìn)行檢測。

06 聲發(fā)射檢測技術(shù)

聲發(fā)射檢測技術(shù)可以在管道不停運(yùn)的同時(shí)，使用傳感器接收沿管壁傳播的應(yīng)力波，通過采用多種信號處理方法，實(shí)現(xiàn)管道泄漏的早期預(yù)警和及時(shí)定位。該技術(shù)對物體的形狀和周圍的環(huán)境要求不高。

基于聲發(fā)射信號的氣液兩相流

管道泄漏識(shí)別方法

原理：氣液兩相流管道的管壁一般是彈性體。當(dāng)管內(nèi)氣液兩相流體發(fā)生泄漏時(shí)，流體在泄漏處受到壓力噴射形成湍射流。湍射流不僅會(huì)改變管道的流型，而且也會(huì)與管壁發(fā)生耦合作用激勵(lì)管道發(fā)生振動(dòng)，從而產(chǎn)生應(yīng)力波由泄漏處向管道上下游傳播的情況。將聲發(fā)射傳感器固定在管壁上即可采集到該應(yīng)力波，并將應(yīng)力波轉(zhuǎn)化為聲發(fā)射信號，以此分析泄漏狀況。

方法框架：針對氣液兩相流管道泄漏的特點(diǎn)，結(jié)合聲發(fā)射信號特征提取和近年來流行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，提出了針對氣液兩相流管道的泄漏檢測方法。

氣液兩相流管道泄漏檢測方法流程圖

聲發(fā)射檢測試驗(yàn)：以氣液兩相流管道為研究對象，采用聲發(fā)射檢測技術(shù)，對搭建的氣液兩相流管道泄漏試驗(yàn)系統(tǒng)開展氣體壓力為0.1~0.4MPa下層狀流、彈狀流、環(huán)狀流3種流型在3種不同泄漏孔方位以及兩種泄漏孔徑條件下的泄漏檢測試驗(yàn)。

使用小波包分解結(jié)合局部均值分解提取主要的信號成分作為模式識(shí)別的輸入，并進(jìn)行BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別。

氣液兩相流管道泄漏聲發(fā)射檢測實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

試驗(yàn)結(jié)果：層狀流、彈狀流、環(huán)狀流3種兩相流管道泄漏識(shí)別的平均準(zhǔn)確率83.5%。該方法基本可以實(shí)現(xiàn)氣液兩相流管道泄漏的有效識(shí)別。此外，該結(jié)果受到訓(xùn)練樣本數(shù)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素的影響，仍有提升的空間。

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