试论超声导波技术在特种设备检测中的应用

才振宇

【摘 要】随着我国经济的发展，科学技术水平的不断提高，使得超声导波技术在各行各业中都有着广泛应用，其中在波道结构构件上超声导波技术发挥了巨大优势。例如能够在管道以及板材中，对承压特种设备进行无损检测，进一步控制了检测设备的成本，还在一定程度上提高了设备检测的工作效率以及准确性。本文对超声导波技术的发展进行分析，并与实际工作相结合，对提高其在特种设备检测中的应用进行阐述。

【关键词】超声导波技术；特种设备；检测；应用

中图分类号： TG115.285 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）24-0034-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.24.017

【Abstract】with the development of China's economy and the continuous improvement of science and technology， the ultrasonic guided wave technology has been widely used in all walks of life， among which the ultrasonic guided wave technology has played a huge advantage in the wave structure components. For example， it can conduct non-destructive testing on special equipment of pressure in pipelines and plates， further control the cost of testing equipment， and improve the efficiency and accuracy of equipment testing to some extent. In this paper， the development of ultrasonic guided wave technology is analyzed， and the application of ultrasonic guided wave technology in special equipment detection is expounded.

【Key words】Ultrasonic guided wave technology；Special equipment；Detection；Application

近些年来，我国油田行业发展迅猛，特种设备为其做出了突出贡献，对特种设备进行质量检测，能够决定设备的使用质量与产业的发展。在对特种设备进行检测的过程中，通过引入超声成像系统，能够对压力管道以及石油储罐等设备在运行中造成的损伤进行有效检测，低了人为工作量，并且对于提升准确性以及工作效率，都有积极的促进作用。

管道在油田产业中扮演着不可或缺的角色，由于其特殊性，如果管道的使用期限超过了规定范围，会使油田的管道产生腐蚀的现象，给油田管理带来了负面影响。所以，怎样能够精准的检测缺陷，也成为目前限制我国油田产业的发展的主要因素。油田管道长期处于地下，在我们不能触及的情况下，现有的检查方法很难产生真正的作用。隨着科学技术水平的提升，超声波技术正在逐步完善，而且超生波检测技术在油田管道中的应用越来越广泛，优势逐步显现出来，使得其也受到人们更多的青睐。

1 超声导波技术的概述

1.1 超声导波概念

超导声波属于激光的一种，能够按照既定的形状进行机械传播，而且受到构件边缘的约束，所以称之为超声导波。在分类上，超声导波包括变形波、扭力波、纵波等多种形式，在管道应用上，主要是扭力波与纵波两种。扭力波只能在固体中进行传播，所以也是检测油气管道的最佳模式。

1.2 计算机控制的超声导波检测仪器系统

当前全球范围内只有四家公司在超声导波检测系统方面有所研究，分别是英国导波公司与TWI公司，以及色列SONIC公司与美国西南研究院。英国与以色列研制的导波设备是以压电晶片超声导波为基础进行改良的，是一种压电晶片超声导波控制系统；而美国所研制的MSS导波则是以磁致伸缩导波为基础，是一种磁致伸缩超声导波控制装置。

1.3 超声导波检测灵敏度

所谓的超声导波检测灵敏度，指的是受损管道面积在整体管道面积中的占比。在试验检测中，检测灵敏度最高能够达到0.7%；在就地检查中，检测灵敏度最高能够达到5%。在进行就地检测的过程中，包括管道尺寸、防腐层等因素都会影响到检测精度。

2 超声导波检测技术在油田管线检测中的技术原理

随着我国科学技术水平的发展，在工业与技术结合方面国家投入了大量精力。特别是对于油田产业来说，在对油田管道进行检测时，与传统的检测方法相比，超声导波检查技术在优势上更加明显。

首先是方法原理上面的优势。超声导波检测技术是通过设备探头，在管道内部发射出纵波，这样能够精准的检测出管道内部的缺陷，通过纵波的反射，能够对管道中的缺陷进行准确定位，并判断出油田管道的腐蚀情况。此外，管道超声波探头能够以一种均匀的排列方式，使超声导波在管道中以对称点的形式进行传播，在声波传播的过程中对管道壁进行检测，使得超声导波检测技术能够对油田管线进行全面排查。

其次，超声导波检测技术较传统油田管道检测技术有以下几点优势：第一，超声导波检测技术在传播路径方面距离更远，最多能够在十几米的管道中进行传播，而且能够与回波信号形成一种传播回路。对管道中的所有信息进行完整的收集，进而使得超声导波检测技术在对油田管道检测过程中，能够收集完整的信息，并且保证信息的准确性；第二，在利用超声导波检测技术对油田管线进行检测时，超声导波利用在管道壁中的震动，使超声波充满整个管道，进而实现了超声导波检测技术的全面覆盖。所以，在对油田管线进行检测，通过超声导波技术，能够提升检测效率，为我国的油田事业做出突出贡献。

3 超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析

3.1 超声导波检测技术在油田管线检测中的应用概况

目前，我国在油田管道检测中已经大量引入超声导波检查技术，但是与国外相比，我国在技术应用方面还不够成熟，因此我国要加大在超声导波检测技术方面的研究力度。

虽然我国在超声导波检测领域应用方面起步较晚，但是在油田管道检测领域研究比较深入，已经取得了显著成绩。我国科研人员在对于超声导波检测技术进行研究时，主要是以弹性波理論为依据进行分析，并在研究过程中进入了计算机技术，能够更加全面地掌握频散曲线，进而明确超声导波检测技术在检测裂纹的透射规律。并根据超声波的发射时间，以及超声波的强度，明确裂纹所在的正确位置以及裂纹的大小；在对超声导波检测技术的进行实验的过程中，主要是通过传感器对其在油田管道中的检测进行分析，在分析过程中，对其他信号进行抑制，并检测出频散现象，这样就能清楚地掌握超声波检测技术在检测过程中的灵敏度。

3.2 超声导波检测技术在油田管线检测中的应用分析

我们常说的弹性声波指的就是通过机械振动，在介质之间进行的声波传导，而将声波经过的介质称之为波导，所以在对油田管道进行检测时，所应用的超声波称之为超声导波。根据权威实验报告显示，在对油田管道进行检测的过程中，声波传导速度只与管道的介质、密度以及弹性有关。而超声波本身并不会对传播速度造成任何影响。在利用超声导波检测技术对油田管道进行检测时，能够利用弹性动力学原理得出检测公式。

对超声导波检测技术的应用进行分析，通过在检测设备中增加相关原理，能够增加检测效率，并且能够在较短的时间内接收到脉冲波。通过超声导波检测设备，能够利用计算机对发射器的波形进行控制，并在检测过程中产生一定的激励信号，利用超声导波的放大器，将功率进行放大，使检测中的电压数值能够与传感器所需要的数值相符。此外，传感器的另一个作用就是能够在检测中接收到超声导波信号，并且通过二极管电路对其进行隔离，使超声波检测技术感知到回波信号，利用示波器对其进行接收，并将其储存在计算机上。

4 超声导波技术在管道缺陷检测及评价中的应用方法

4.1 实验装置

在对管道缺陷进行实验时，所采用的实验系统是由接收装置、计算机、电源等构成的。在管道周围设置有传感器，传感器的排列均匀，而且可根据管道直径的大小以及超声导波的模态选择传感器的数量。

在管道周围的传感器通过发出超声导波，并能够对反射的超声导波进行接收，利用计算机对信号进行处理与分析。在检测的过程中，通过压缩空气对卡环进行清理，这样能够保证管道表面与传感器有良好的接触。利用低频超声时，不用使用耦合剂，仅仅需要对管道表面进行简单的清理即可。在探头探测的位置进行氧化处理，而且在安置探头卡环以及调整的时间，最好在20分钟以内完成。

4.2 现场实验及结果分析

实验过程中所用到的管道材质是普通的低碳钢，而且在表面上并没有防护层，只涂抹了一层防锈漆。此管道共25米，厚度为7毫米，外管道直径为20厘米，将传感器放置在距离管口0.5米的位置，保证管道表面能够与传感器进行紧密接触。而且在安装传感器时，要对安装位置进行适当的清理工作。为了在分析数据时更加方便，应在传感器的中心设置激励导波原点。在整个管道上，有一些焊缝以及人工制成的凹槽，所以在对其进行检测时，要使用扭转模态，对超声波传递的时间、以及在不同位置处能量的衰减情况都能够进行准确的实验。

通过超声导波检测技术对管道进行检测时，只是一种大范围的检测方法，只能够对管道的安全进行较为完整的评价。所以如果检测距离超过技术所能承受的最大范围，在精准度方面就有所欠缺，因此在实际应用过程中，要以具体情况为基础，与其他检测方法进行合用，这样才能发挥出更好的检测效果。

5 结束语

随着我国科学技术水平的不断提高，逐步加深了超声波检测技术的研力度，并且在实际应用中发挥了更多功效。油田事业是我国经济支柱产业，在管道检测中引入超声波检测技术，能够准确检测出管道中的缺陷，使我们能够尽早发现其中的隐患，并为我国的油田事业做出巨大贡献。。

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