压力管道泄漏声发射监测试验研究

　　充气管道泄漏引起内部介质变化而激发应力波,携带泄漏源信息(如泄漏的大小和位置等)的应力波沿管壁传播^[1,2],利用声发射探头拾取该应力波信号,并对信号分析处理,获得管道泄漏信息,从而实现声发射泄漏检测的目的^[3-5]。泄漏声发射信号主要特点有①由气体泄漏激励产生,属于连续声发射信号。②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。③受声发射源自身特性的多样性、突发性和不确定性,声源传播路径,传感器的特性以及环境噪声等因素的影响,声发射信号本质上属于一种非平稳随机信号。

　　笔者拟通过对不同影响因素条件下的管道声发射监测试验,研究泄漏声发射信号的幅度、能量及频谱随压力、传播距离和泄漏孔径变化的规律。

　　1　试验系统

　　图1为压力管道泄漏声发射监测试验系统。试验管道选用长10 m,壁厚4 mm,外径80 mm的10号钢无缝钢管,外表面涂有防腐蚀油漆。采用美国PAC公司生产的16通道数字式声发射检测系统,带宽为50~200 kHz的R15传感器(PAC,USA),增益为40 dB的1220A前置放大器。

　　2　试验过程

　　充气管道泄漏时,管道中声发射信号的幅度、能量及频谱与管道内部的压力、泄漏孔径大小及检测点到泄漏源的距离等因素有关。试验过程通过变化压力与泄漏孔径大小,进行管道声发射泄漏检测的试验研究。

　　(1)充气管道有无泄漏的定性判断　充气管道泄漏所激发的声发射信号具有特定的频谱,通过对采集到的信号进行波形分析可以判断管道是否发生泄漏。在实验室条件下,采集管道泄漏时的声发射信号。

　　(2)泄漏声发射信号的幅度、能量及频谱随压力的变化关系　在距离泄漏孔0~7 m的位置上安装八个传感器。改变管道内部压力,从0.10,0.15,0.20到0.25 MPa,压力每改变一次,采集一组泄漏声发射数据。

　　(3)泄漏声发射信号的幅度、能量及频谱随距离的变化关系　在距离泄漏孔0~7 m的位置上安装八个传感器。从0.10,0.15,0.20到0.25 MPa,在每种压力下保压一段时间。压力每改变一次,采集一组泄漏声发射数据。

　　(4)泄漏声发射信号频谱随泄漏孔径的变化关系　改变泄漏孔径的大小,从1,2,3,4到5 mm。传感器布置在距离泄漏孔0~7 m的地方,调整管道内部压力,采集泄漏声发射数据。

　　3　试验结果及分析

　　3.1　压力不变时的泄漏声发射信号

　　图2a和b表示管道内部压力为0.25 MPa,泄漏孔径为1和5 mm泄漏所激发的声发射信号。通过对时域波形分析,可以看出泄漏信号的幅值比较低,在相同压力下随着孔径的增大,泄漏信号幅值增大。在现场检测中,首先测量现场噪声信号的幅度值,根据被测管道声发射信号幅度,可定性判定管道是否存在泄漏。