对长输管道超声波在线检测技术探讨

张周平

【摘 要】 长输管道是现阶段运输石油等能源的重要方式，不仅安全可靠，同时所耗用的成本相较而言更低。近些年来我国长输管道的建设规模在逐渐扩大，主要分布在我国西北、华东、东北以及华北等地区。在油气田不断开发的过程中，长输管道的安全问题也引起了人们的关注和重视。随着管道使用时间的增加，开始出现了老化的现象，最终导致故障的发生。在这样的情况下，为了保证管道的正常运行，提高管道的使用寿命，就需要对其进行检测，及时的发现管道故障并采取有效的措施来解决。而超声波检测技术的出现引起了人们的关注，其在长输管道检测工作中的作用不容忽视，现对超声波在线检测技术在长输管道检测中的应用进行研究和分析。

【摘 要】 长输管道 超声波 在线 检测技术

管道的故障率会随着管道使用时间的增加而增加，导致管道故障的原因主要包括腐蚀、施工问题、材料问题以及外部干扰等。[1]通常情况下，施工和材料问题所致的管道故障发生在管道使用的初始阶段，而腐蚀所引发的事故则常常发生在管道运行的后期。因而要想全面保障管道运行的安全，需要采用有效的检测技术，了解管道运行的情况。现阶段，我国在长输管道检测中主要应用的是传统的检测技术，但是这些技术无法直接的获取相关信息，要需要人工处理数据。为了提高长输管道检测工作的规范化水平，需要实现检测技术的创新。

1 超声波在线检测技术的基本概述

声波在传播的过程中是通过弹性媒介各质点间的弹性力来实现的，而频率在2000Hz以上的就称之为“超声波”。超声波的特点十分鲜明，例如良好的方向性、穿透力强、传播距离远等。同时超声波还具有一些其他的奇异特性：其一是波长相较而言比较短，因而超声波的衍射能力比较差，在均匀的介质中这种特性尤为显著。其二，声波功率主要指的是声波做工的快慢的物理量。超声波的频率比较高，其功率也非常大。其三，超声波在液体传播的时候，液体微粒的震动会产生一些小空洞，小空洞在胀大和闭合间会导致液体微粒发生桩基而产生许多大气压的压强。这个时候液体的温度会瞬间上升，使得不相溶的液体发生乳化健翔，提高了溶质溶解的速度。其四，超声波在不同物质中传播所产生的强度会随着传播距离的变化而变化，传播距离越长强度会越弱，这主要是因为物质吸收了超声波的能量。在同一物质中，频率高的超声波有着更强的吸收力。而在频率相同的情况下，在气体中传播得到时候吸收最强，在固定中传播的吸收最小。[2]

2 超声波在线检测系统的设计

2.1 超声检测子系统

在将超声波检测技术应用到长输管道检测中以前，要了解管道的基本情况以及检测需求，以此作为选择探测条件和探测方式的重要依据。首先是选择合适的耦合剂，耦合剂的选择要求主要体现在以下方面：其一是容易变形，从而充分填充在空隙的液体或者是介质中；其二，要选择声阻抗相较而言更大的耦合剂；其三则是对工件没有腐蚀作用，同时不会对施工人员造成危害，成本低廉。其次是选择合适的超声探头主要参数，超声探头的作用在于帮助实现电能和声能的相互转化。压电晶片是其主要不见，因而合适的晶片直径和探头频率十分重要。压电晶片的主要作用是接收和发射超声波，在选择晶片直径的时候需要考虑声压、声束指向性以及检测效率等影响因素。

2.2 定位子系统

管道检测的主要目标是了解管道的腐蚀情况，因而找到正确的腐蚀位置是关键。在检测的时候，定位方式主要有内定位、外定位以及转角定位等。首先是内定位，内定位是通过在检测机的内部安装定位装置并对行程进行标记，这种定位方式需要用到里程轮。但是里程轮在行走的时候很有可能出现打滑现象，在一定程度上会导致检测结果出现偏差。其次是外定位，外定位只在被检测的管道所经过的路面上，设定间隔距离来安装超低频的信号发射器，检测机额可以接受相应的信号，通过对这些信号数据的分析可以完成定位目标。最后是转角定位，在转角定位中主要应用到了增量式编码器，以此来修正检测机在行走过程中所产生的定位误差。[3]综合而言，在超声波检测系统的设计中，内定位和外定位相结合的方式会提高检测结果的正确性。

2.3 在线数据采集、处理及储存子系统

首先是数据采集工作，在检测过程中，要同时收集检测数据和定位数据。其中定位数据的收集主要包括里程轮数据和对转角数据。其次是数据的处理，需要用到嵌入式的单板计算机，可以符合长输管道检测的要求。最后则是数据的储存，随着科技的不断发展，数据储存方式也呈现多元化的趋势，例如硬盘、固态电子盘以及U盘等。在超声波检测系统的设计中，硬盘储存数据的方式比较适宜。

3 超声波在线检测技术在长输管道中应用的可行性

管道正常运行的时候，其流体扰动情况是比较稳定的，发射端所发射的具有特殊脉冲信号的超声波就可以将流体作为煤质实现长距离的传输，在到达接收端以后可以产生电压信号。在管道受到多种因素影响而受到损害的时候，管道内部的扰动状态就会发生相应的变化，电压信号的变化也十分显著。在这样的情况下，可以根据这些变化来判断管道腐蚀的位置，但是需要注意的是，原有管道在运输的过程中相关指标的变化会对检测结果造成一定的影响。对于原油管道来说，压力和温度的变化和影响原油的物性，在超声波在线检测的时候将原油作为煤质就会影响检测结果的正确性，这个时候就可以将输油管道作为煤质，能够有效的弥补流体煤质存在的缺陷。同时超声波在输油管道中的传播速度要快于原油，同时进行长距离传输，相较而言更加适合超声波在线检测的需要。[4]

参考文献

[1]唐建，焦向东，戴波.管道超声内检测自动壁厚转换算法[J].化工学报，2014，6（11）：46-47.

[2]白港生，徐志，吴楠勋. 三轴高清晰度漏磁腐蚀检测器的研制[J].石油机械，2014，3（10）：61-62.

[3]王力.超声横波探伤声束扩散对缺陷定位的影响分析[J].企业技术开发，2014，8（27）：19-20.

[4]石逸轩.论超声波探测的实验应用原理[J].电子世界，2014，4（12）：76-77.