新型无损检测技术在压力管道检测中的应用

丛雪明

摘 要：以超声导波，声发射以及漏磁技术三种新型无损检测技术在压力管道检测中的应用，并分析其中技术的不足及未来的研究方向。

关键词：超声导波； 声发射； 无损检测； 压力管道

压力管道属于当下使用最为广泛的特种设备之一，在各类工矿企业特别是石化及能源行业。压力管道在运行中的安全性直接关乎到人民群众的生命财产安全以及社会的经济发展。由于压力管道在运行过程中容易产生很高的压力，而且使用介质也多为有毒、可燃，亦或是腐蚀性极高的特点，故而在使用过程中极易出现裂纹、腐蚀坑等问题缺陷。从断裂力学的角度来说，若不及时发现这些微小缺陷，一旦缺陷扩展后就会直接导致管道无法挽回的损坏，继而影响压力管道的安全使用。因此，提高压力管道检验检测时缺陷的发现率成为当下最为关注的问题。随着无损检测技术的不断精进，越来越多的新型无损检测技术的应用在压力管道的检验检测中逐一运行，这也在一定程度上提高了压力管道检测安全的时效性和可靠性。

一、新型无损检测技术简述

（1）超声导波技术

导波属于超声波的一种，是能够在波导结构中传播的超声波。导波具有频散的特性，经过一次激发后的导波在不同的材料以及不同的几何形状中传播时其频率和群速度具有特定性的联系。如果在工件状态下出现某些缺陷时，其内部结构也会随之发生一定的变化，而此时接收到的导波回波也会产生相应的变化。此时就可以通过对缺陷波形的信号分析，继而对缺陷进行判断和定位。目前最常使用的导波检测主要是利用单一的L（0，2）模态的导波，这一模态导波在管线中传播时，具有衰减小、覆盖范围广的特点，与常规的脉冲相比，利用中差法超声波逐点检测的方法，其导波检测能够实现长距离检测，不仅可以检测发现焊接接头的内部缺陷，还能检测出管内表面以及材料内部及外表面的缺陷。它的最大特点就是能对管内大面积腐蚀现象进行高速化的检测，及时发现其中的问题。国外的导波技术现在已经得到普遍流行并得到了进一步地商业化，象英国的很多公司现在已有成熟设备在进行出售。相比之下，国内导波检测技术研究的起步较晚，但是发展也较为迅速，现在已经有多家研究机构开始进行实验室仿真试验，研究的重点主要在于多模态导波的激励与接收，以及导波检测设备的成型和缺陷波形的分析处理，现已初具成效。

（2）声发射

声发射是指固体材料或构件在受到外力因素的过程中而发生了一定的塑性变形继而产生断裂现象，此时储存的应变能断就会持续地释放并发射出瞬态弹性波的现象。这种利用接收和分析材料的声发射信号能够可以对材料的性能进行评定或监测构件的破坏过程从而对设备的损伤处进行检查。这种被检管道工具中存在活动性的缺陷，在外加应力的作用下能够从缺陷处释放出的弹性波，当其被置于工件表面的传感器接收后会进行相应的放大处理，此时就可以通过波形分析来确定缺陷的性质。声发射检测往往属于动力学检验范畴，对线性缺陷及其敏感，它能够获取缺陷的连续信息从而实现管线的实时监测，具有极高的时效性。

（3）磁记忆检测

磁记忆检测技术主要是以传统的磁粉检测技术上为基础，继而发展起的一门针对铁磁性材料进行无损检测方法，也被称为漏磁检测技术，它是在20世纪90年代由俄罗斯科学家提出。其工作原理主要为，在地磁场中的铁磁性材料的磁性能在应力集中区和形状突变区能够产生永久性变化，具有一定的磁记忆性，这会导致金属构件的表面磁导率远远低于其他区域，从而形成漏磁场，而通过对漏磁场的检测，就可以确定被检设备的应力集中区和形状突变区。与传统的磁粉检测技术相比，金属磁记忆检测免去了外加磁场的步骤，设备便携性强，能够对缺陷和应力集中区进行快速的筛查。

二、新型无损检测技术在压力管道检验中的应用

目前石油化工企业的压力管道进行定期检验十分必要，常规的无损检测方法很难做到在线监测以及寿命评估。而上述三种新型的无损检测技术完全可实现早期诊断和在线检测。特别是在电力和石化行业，可在不停机的情况下利用磁记忆检测技术进行在线检测的早期诊断，从而找出应力集中部位作为重点监控点，同时也可以配合声发射技术查找活动性缺陷，进一步地寻找泄漏点。声发射检测技术同样可以应用于地下埋管的泄漏检测。特别是超声导波检测对长管线的缺陷筛查具有明显的优势，从理论上来说，能够对架空管线进行长达几百米的检测，这大大缩小了检验范围，提高了缺陷的检出率。

目前的对无损检测技术的研究重点在于以下几个方面：第一，对导波模态的研究，主要是为了寻找不同模态导波对不同类缺陷的敏感范围。第二，信号分析，在去躁的环境下对接收到的信号进行特征分析，从而准确的找出缺陷信号。第三，建立缺陷信号数据库，将数据进行及时记录整理，从而可以完善相关的检测标准。

三、结论

综上所述，新型无损检测技术的应用，不仅能够提高了压力管道检验的效率，减少成本，同时也成为了在役管线在线诊断和寿命评估的重要手段。但是目前还存在一些问题：一方面很多技术目前还處于实验室阶段，尚未形成能够进行广泛普及的商业设备；另一方面是相关配套的检验检测标准还未有明确规定，需要经历一个标准制度化的过程。因此要将这些检测技术在压力管道中进行广泛应用还需要在以下几个方面展开重点研究。如健全缺陷信号数据库，提高无损检测技术信号处理能力，保证检测的有效性和及时性，同时也需要完善相关规定，进一步推广新型无损检测技术在压力管线中的运用。

参考文献：

[1]李成岩.油田高温高压注汽管线施工及质量控制措施[J].化工管理，2016，12：65+67.

[2]李华钊，张天聪.给排水压力管道射线无损检测质量管理研究[J].建材与装饰，2016，17：78-79.

[3]黄宏彪，黄辉.基于风险评估及无损检测技术在成套设备检验中的方法[J].石油和化工设备，2016，07：59-64.

[4]张华，杨海霞，唐怀清，林海春，何仁洋.工业管道定期检验无损检测新技术[J].管道技术与设备，2016，04：18-20+26.