长输管道腐蚀超声检测及克服内缺陷误判技术

　　长输石油管道埋在地下,在长期运行中管壁会产生减薄及点坑。目前国际普遍采用管内超声智能机器人(US Pig)定期扫查地下长输管道(图1a),及时发现严重腐蚀减薄危险管段,进行科学维修[1-2]。超声管道腐蚀检测机器人采用纵波脉冲回波法实现壁厚测量,在均匀腐蚀情况下,能得到正确的管道壁厚;而在管道内壁面积小于探头声束的的浅腐蚀,可能作出错误的判断。本文从长输管道超声检测原理出发,分析了内腐蚀缺陷误判漏判原因;并采用宽频超声相位识别和数据处理技术,研究了克服管道内腐蚀缺陷误判的方法。

　　1　长输管道腐蚀超声内检测[3-4]

　　采用常规超声技术的管道腐蚀检测机器人超声探头发射的是以固有频率为中心的窄频带振荡超声波,经检波如图1b所示;采用的宽频超声管道检测机器人特点是超声回波具有相位幅度信息的窄脉冲波,根据石油声阻抗(Z1)、钢声阻抗(Z2)和声压反射率公式,可计算出宽频超声波形的相位幅度(图1c)。

　　本研究的超声管道腐蚀检测机器人(US Pig)采用了宽频超声技术。直探头发射的超声纵波通过耦合介质垂直接触到管道内表面,一部分反射回来(A波);另外一部分则进入管壁,在外表面被反射回底波(B1波);因在管壁内重复反射将形成B2波、B3波…(图2)。用下列公式可以分别计算出探头与工件内表面的距离L和管壁厚度T:

　　本研究的超声管道腐蚀检测机器人(US Pig)采用了宽频超声技术。直探头发射的超声纵波通过耦合介质垂直接触到管道内表面,一部分反射回来(A波);另外一部分则进入管壁,在外表面被反射回底波(B1波);因在管壁内重复反射将形成B2波、B3波…(图2)。用下列公式可以分别计算出探头与工件内表面的距离L和管壁厚度T:

　　式中　△tL—探头发射脉冲到接收到A波信号的时间差

　　△tT—探头接收到A波和B1的间隔

　　v1—超声波在油介质中的传输速度

　　v2—超声波在管壁内部的传输速度

　　2　均匀腐蚀情况超声检测[5]

　　如图3a所示,由于均匀腐蚀面积大大超过探头的声束面积,超声探头在腐蚀区域内只接收到腐蚀区表面波A和底波信号B。可以根据接收的回波信号正确地计算出管道的壁厚值。

　　输油管道腐蚀部位可能发生在管壁外表面,也可能处于管壁内表面。超声管道腐蚀检测机器人检测时,探头都垂直于管道内壁沿轴向方向以速度v前进。在前进过程中不断发射超声波脉冲测量油程L和厚度T。当超声探头到达内表面均匀腐蚀部位时,管壁厚度减少,探头与内管壁间距离增大;当探头前进到管壁的外表面缺陷时,管壁厚度减少,但探头与内管壁间距离没有变化。这便可利用L和T的变化判断缺陷到底是内缺陷还是外缺陷(图3b)。