管道声发射泄漏检测技术研究进展

　　管道作为五大运输工具之一,在运输液体、气体和浆液等方面具有特殊的优势,尤其在石油、化工、天然气及城市供水等行业中有着不可替代的作用。然而管道在长期使用中受冲刷和腐蚀导致管壁减薄,常常发生泄漏事故,据统计世界各大中城市自来水的泄漏损失率在20%左右^[1] 。可以说管道泄漏给人们生命财产安全及生存空间造成极大的损害,因此大力发展和普及管道检测技术迫在眉睫。尽管常规无损检测方法(如超声检测爬机和漏磁检测爬机等)对管道检测具有优势^[2~5] ,如技术成熟,只需对工人稍加培训就可利用现有专门设备进行检测,但常规无损检测技术的不足是检测过程为逐点扫描式,因此不能有效用于广泛使用的成千上万公里的管道检测。

　　声发射(AE)技术是20世纪50年代后迅速发展起来的一种无损检测方法,与超声及涡流等方法相比,声发射具有能动态监测且覆盖面大的优势,因此在材料研究、压力容器评价及飞机构件强度监测等方面已取得了较明显的效果。据报道^[1] ,若能将声发射技术推广应用于管道泄漏检测,可将平均1 000m3/km的泄漏量减小到500m ³ /km,因此声发射技术是一种可能的、有效的管道泄漏检测方法。

　　1　管道泄漏的声发射检测原理

　　严格地讲,压力管道或容器等泄漏所激发的应力波并不是声发射现象,因为在泄漏过程中,管壁只是波导,本身不释放能量,但由于泄漏点液体泄漏同样也会在管道中激发出应力波,通过该应力波可以描述材料结构上的某种状况,所以从这个意义上讲,也可以认为是一种声发射现象。泄漏声发射信号的主要特点是由液体泄漏激励产生,属于连续声发射信号^[6] 。④泄漏声发射信号在管道内传播,能反映结构的某些特征,如漏孔位置和大小等。（四）压力管道泄漏所激发的声发射现象是一个非常复杂的问题,涉及到诸多因素,如泄漏孔径大小和形状以及液体压力、湍流和固液耦合等,要想建立完备的数学物理模型基本不可能受声发射源的自身特性(多样性、信号的突发性和不确定性)、声发射源到传感器的传播路径、传感器的特性、环境噪声和声发射测量系统等多种复杂因素的影响,声发射传感器输出的声发射电信号波形十分复杂,它与真实的AE源信号相差很大,有时甚至面目全非。因此,声发射信号本质上属于一种非平稳随机信号。

　　因此,管道泄漏声发射信号既携带结构的某些特征信息(泄漏孔大小及位置等),同时又有很大的随机性和不确定性,属于一种非平稳随机信号。下面从实验研究方法及信号处理方法两个方面阐述国内外压力管道声发射泄漏检测研究状况。