管道壁缺陷超声波在役检测的量化分析研究

　　1 引言

　　目前,管道内部在役检测方法主要有漏磁检测法和超声波检测法两种,其历史可追溯到20世纪60年代。1965年,美国Tuboscope公司采用漏磁检测机器人Linalog首次进行了管内在役检测。尽管当时尚属于定性检测,但具有划时代的意义。1973年,英国天然气公司(British Gas)采用漏磁法对其管辖的一条直径为5600mm(24in.)天然气管道的管道壁腐蚀减薄状况进行了在役检测,首次引入了定量分析方法,对其材料特性及失效机理进行了分析,该检测成为替代管道静压试验的一种有效方法。几年后,德国Pipetronix公司率先推出了使用液体耦合剂的管内超声波在役检测机器人UltraScan。

　　管内超声波在役检测机器人是利用超声波原理,对管道进行在役检测的一种检测工具。它一般由检测部分、控制部分、驱动部分、数据处理部分和电源部分等组成。由于数据传输等原因,管内超声波在役检测机器人目前难以对被测管道进行实时处理,只能对各种检测数据进行简单筛选,即将检测过程中采集的各种数据,首先由内置微处理器进行甄别,滤除非腐蚀管段的检测数据,经压缩存储后有待于二次开发。管内超声波在役检测法主要用于管道壁腐蚀缺陷及管道壁裂缝的检测,特别适于管道壁腐蚀减薄状况及其它减薄状况的在役检测[1]。相对于漏磁在役检测法而言,管内超声波在役检测法具有直接和定量化的特点,数据解释可以通过分析软件对信号损失予以补偿,管道壁缺陷的检测精度高。

　　2 管道壁缺陷的超声波在役检测原理

　　管内超声波在役检测原理见图1,垂直于管道壁的超声波探头对管道壁发出一组超声波脉冲后,探头首先接收到由管道壁内表面反射的回波(前波),随后接收到由管道壁缺陷或管道壁外表面反射的回波(缺陷波或底波)。于是,探头至管道壁内表面的距离A与管道壁厚度T,可以通过前波时间,以及前波和缺陷波(或底波)的时间差来确定。即:

　　式中:

　　tf—第一次反射回波(前波)时间

　　tb—第二次反射回波(底波或缺陷波)时间

　　vf—超声波在介质中的声速

　　vs—超声波在管道中的声速

　　不过,仅仅根据管道壁厚度T曲线尚无法判别管道属内壁缺陷还是外壁缺陷,还需要根据探头至管道壁内表面的距离A曲线来判别。当外壁腐蚀减薄时,距离A曲线不变;而当内壁腐蚀减薄时,距离A曲线与壁厚T曲线呈反对称。于是,根据距离A和壁厚T两条曲线,即可确定管道壁缺陷,并判别管道是内壁腐蚀减薄缺陷还是外壁腐蚀减薄缺陷[2]。

　　3 管道壁缺陷超声波在役检测的量化分析