船舶管系泄露中检测技术的应用及分析

王海

【摘 要】船舶管道处在恶劣的工作环境中，为各个主机和辅机服务的管系包括燃油管路、滑油管路、冷却水管路等都被频繁使用，其中任一管路发生泄漏，都会导致相关主辅机无法安全使用，给整个船舶系统的运转带来严重后果。本文对多种检测方法在船舶管路中的应用可行性进行分析，重点介绍超声波技术在船舶管系泄漏检测中的应用，选择出最适用于船舶管系检测的方法，有效提高检测效率。

【关键字】船舶管系；泄露检测；超声波技术

中图分类号： U671.913 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）26-0031-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.012

Application and Analysis of Detection Technology in Ship Pipeline Leakage

WANG Hai

（JIANGNAN SHIPYARD（GROUP）CO.，LTD.， Shanghai 201913， China）

【Abstract】Ship pipelines are in a harsh working environment. The piping systems for the various main engines and auxiliary engines， including fuel lines， oil pipelines， and cooling water pipelines， are frequently used. Any one of the pipelines will leak， which will result in The related main and auxiliary machines cannot be used safely， which has serious consequences for the operation of the entire ship system. This paper analyzes the application feasibility of various detection methods in ship pipelines， and focuses on the application of ultrasonic technology in ship piping leakage detection， and selects the most suitable method for ship piping inspection to effectively improve detection efficiency.

【Key words】Ship piping； Leak detection； Ultrasonic technology

0 引言

近年来，随着我国海上军事技术及海运事业的日益发展，船舶安全问题被廣泛关注。根据海事事故调查报告的统计，在已经发生的船舶事故中，由于管路系统出现故障而直接引起或间接引起的事故数不胜数。

自20世纪70年代以来，世界上的一些发达国家，如美国、德国等，就开始了管道泄漏检测技术方面的研究，有许多成功的管道泄漏监测系统产品已经在在一些石油输送管道上有了安装应用并且获得了理想的效果[1]。目前在船舶上使用的管道无损检测方法较多，本文将对它们进行分析，并选择出最适合实际应用的方法，建立较好的管路检测系统，达到及时发现泄露，并准确定位的目的

1 船舶管路故障检测要求

船舶管路系统遍布全船，这些管系长期工作在恶劣环中，船舶管系的工况环境使得其泄漏检测明显区别于长输油气管路，船舶管系的故障表现出很强的特殊性和复杂性，长输油气管路的泄漏检测方法不能简单推广于船舶管系故障检测。为了保障船舶设备安全运转，提高船舶安全性能，保障船员的生命安全，降低船员的工作强度和改善工作环境，降低船舶修理费用，要求船舶管系故障检测系统能及时的发现泄漏，准确的对故障点进行定位。为此，理想的监测系统应该满足以下各方面的要求[2-3]：

（1）泄露检测灵敏性，管路发生泄露时，能够检测管路的微小泄露；

（2）故障检测实时性，管路发生故障时，能够及时发现故障，并立刻发出故障警报；

（3）故障检测准确性，管路发生故障时，检测系统能准确检测故障的发生，检测系统可靠性高；

（4）检测系统易适用性，检测系统能适应各种环境，在恶劣的工况环境下，检测系统能够正常运行即系统具有通用性[4]；

（5）检测系统的易安装维护性，在检测系统安装时，对安装要求低，当检测系统出现故障时，系统调整要简单方便。

2 船舶管系故障现有检测方法

现有的船舶管路故障检测方法较多，都有各自的优缺点。

2.1 射线检测

射线检测技术指利用各种射线（X射线、γ射线等）穿过含有缺陷的管壁时强度会出现衰减的特点，使得呈现在胶片上的感光程度不同，形成不连续的图像，从而检测出管壁缺陷。

2.2 涡流检测技术

涡流检测技术以电磁感应理论作为基础，根据缺陷处磁导率变化而出现磁力线扭曲，产生不平衡电动势，进而检测出腐蚀缺陷情况，适用于输送液体、气体的管道内检测。

2.3 红外热成像检测技术

红外热成像检测技术是利用热辐射原理，实现无接触式测量的方法，依靠温度场对物体内部的结构、缺陷进行检测，可以实现高温、压力管道的腐蚀缺陷检测，反应速度快，但是热图像容易受到环境温度及被检测材料表面情况影响，不适于检测腐蚀速率的发展。

2.4 气泡检测检测技术

气泡检测法，是船舶上较常使用的一种经验检测方法，通常适用于有一定压力的气态工质管道故障检测。在系统可能泄漏的地方，涂抹上发泡水，例如洗衣粉液或肥皂液，如果有泄漏，泄漏的气态会将发泡水鼓泡，这样可以对泄漏点进行大致查找。缺点是只适用于有一定压力的气态工质管道，而且泄漏点无法精确定位。

2.5 方法小结

由以上分析可知，上述方法都或多或少存在一些缺点，无法在实际检测中被有效运用，因此，接下来提出超声波内检测技术，对船舶管系进行检测。

3 超声波内检测技术

3.1 超声波检测基本原理

超声波检测是利用超声波在管道中传播的物理特性来发现管道内部缺陷的一种方法。超声波是一种机械波，产生超声波必需具备两个条件：一是做机械振动的声源，二是存在能够传播振动的弹性介质。超声波可以在固体、液体和气体中进行传播，介质的一些状态参量会影响其传播特性，通过对特征信息量的提取和分析，实现对管道缺陷进行检测的目的。

3.2 超声波内检测器基本结构

超声波管道内检测器主要由探头保持架、超声仪器舱、数据处理舱及电池舱四部分组成，依靠管道内输送介质压力运行，每个舱体都是密闭、耐高压、耐高温的，为了防止管道中流体的渗入，可以适应海底管道的恶劣环境，节与节之间的万向节是柔性连接的，将检测器的舱体相互连接，保证内检测器顺利通过管道的弯头、三通等连接处，舱体之间可以传递信号，保证管道内检测是集机械、控制、检测为一体的综合检测系统。

（1）探头保持架

探头架上设有超声波探头，超声波探头由耐高压、耐腐蚀材料制成，可与管道内壁直接吻合，发射超声波。

（2）超声仪器舱

探头发射超声波后透过液体介质，经过管壁内外两个表面反射，反射波经超声检测卡接收，输出管壁的壁厚数据。

（3）数据处理舱

管道超声波内检测器对检测数据并没有实时处理功能，只能将检测的数据进行采集、压缩、存储，等到检测任务完成以后，取出存储的数据进行离线的数据处理。

（4）电池舱

整个系统需要的电力由电池舱内携带的锂电池提供，电池舱、天线、里程轮组成里程轮定位技术系统，为超声波内检测器提供动力。紧贴在管道内壁的里程轮，会与管壁产生摩擦力，同检测器前进并且发生旋转，并周期性发射脉冲信号，由数据采集处理系统计数存储里程信息；天线与超低频信号发射器和接收器共同组成外定位技术系统，使管道内检测器和地面组成信息联络系统，可提高定位精度。

3.3 超声波内检测器工作流程

超声波内检测在管中检测的工作流程：N个超声波探头由同步电路触发，向被检测的管道内壁发射超声波，然后会将接收到的回波信号交给信号处理单元，从而得到管道壁厚的数据信息，再把信息直接传送给单片机1；同时，里程轮、编码器、外定位测量的定位校正信息传送给单片机2；单片机1与2分别把它们采集到的数据传输给嵌入式计算机系统，采用统一的编码格式存储数据；最后，检测任务完成以后，通过离线数据处理成像系统对存储的数据进行处理和分析，确定管道的壁厚、缺陷位置、类别、形状等几何参数。

4 结论

本文对应用在船舶管系中的射线检测、涡流检测、红外热成像检测、气泡检测技术做了简要分析，提出了它们在实际应用中的缺点。然后重点介绍了一种超声波内检测技术，超声波检测法的优点是检测灵敏度高，缺陷定位准确，在检测砂眼、沟槽腐蚀、金属打磨损失方面有优势，但需要液体耦合剂，不适用于气体管道，而且对管道洁净度要求高，因此，对此种方法要继续改良，为船舶管系的安全性提供更可靠的安全保障。

【参考文献】

[1]张宇.输油管道泄漏检测新方法与关键技术研究[D].博士畢业论文，天津大学，2009.

[2]姚国民，王寅观.超声波流量计中的数据处理[J].声学技术，1998，17（1）：35-37.

[3]成向阳，鞠晓东.超声信号测量高速数据采集系统设计[J].石油大学学报：自然科学版，2000（1）：91-94.

[4]张宇.输油管道泄漏检测新方法与关键技术研究[D].博士毕业论文，天津大学，2009.