路通 王懷江 袁東野 陳秋華 王丹丹

摘 要：本文介紹了一種基于壓電超聲波原理的管道內檢測器設計，有效克服了漏磁內檢測器數據解讀門檻較高、對腐蝕深度和面積測量精確度不足等缺陷。通過超聲波探頭的合理配置及后處理算法的優(yōu)化能夠大大的提升管道內檢測的工作效能，對提高海底管道腐蝕檢測能力具有重要的意義。

關鍵詞：超聲波檢測;管道內檢測;腐蝕缺陷

中圖分類號：TE973 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0143-02

1 管道內檢測技術發(fā)展概述

管道內檢測器技術主要有兩種：漏磁內檢測器[1]以及壓電超聲波內檢測器[2]。漏磁內檢測器適用面較廣，但漏磁內檢測器的數據解讀門檻較高，特別是在判斷腐蝕面積以及腐蝕形狀時會出現較大誤差。我國在內檢測器開發(fā)領域漏磁內檢測器取得了較大進展，但在壓電超聲波方面仍是空白。壓電超聲波內檢測器用于液體介質的管道的檢測，具有檢測數據精度高和置信度高的特點，也可以激勵45度橫波用于管壁內的裂紋缺陷的檢測，并且其檢測精度不受壁厚或內外壁的限制，可同時實現管道腐蝕與裂紋的檢測[3]。

2 壓電超聲波檢測器的檢測原理簡介

壓電超聲波的檢測原理為：超聲波探頭發(fā)射脈沖至管道內壁，管道內壁的反射信號為界面波信號，傳播至管道外壁并反射的信號為底波信號，一般情況下接收信號會出現一次底波，二次底波等。超聲波信號的界面顯示成為A掃描。A掃描信號通過設置首波閘門進行內表面始波識別與時刻標記，設置一次波閘門進行一次底波拾取，設置二次波閘門進行二次底波拾取，并通過數據壓縮閘門進行相關數據信息存儲。如圖1所示為我們采用的壓電超聲波探頭采集到的超聲波信號，中心頻率為5MHz，帶寬超過75%。由此可以清晰看到一次回波至多次回波。

3 高精度壓電超聲波內檢測器的設計

圖2為壓電超聲波內檢測器概念圖，該檢測器主要基于12吋管道（直徑323.9毫米）內檢測研制，該檢測器包含128個測厚探頭，探頭圓周間距為7.36毫米，探頭的中心頻率為5MHz。檢測器一共分為四節(jié)，分別為電池節(jié)、姿態(tài)節(jié)、電子艙和探頭節(jié)。四節(jié)的總長度約2.5米，節(jié)與節(jié)之間采用萬向節(jié)相連保證檢測器過彎頭時仍能順利通過，四節(jié)機械結構均采用完全水密封，能適應管道內的高壓環(huán)境。

檢測器探頭節(jié)由8個探頭臂組成，探頭臂均為柔性結構，由高分子柔性材料構成。所有探頭臂沿圓周方向均勻分布。探頭節(jié)自然狀況下，當進行最薄壁厚為3mm的管道檢測時，探頭架到檢測壁尾部依然能夠保證5%左右的過盈量，因此探頭架、檢測壁在壁厚變化時均能穩(wěn)定的貼合在管道內壁上，確保了探頭節(jié)檢測的穩(wěn)定性和檢測數據的可靠性，同時檢測壁的柔性結構屬性保障了探頭節(jié)最小曲率半徑為3D的彎頭通過性。

4 管道內檢測性能測試

管道環(huán)路全程全長約800米，管道上刻有各種腐蝕模擬缺陷，設備運行平均速度為1m/s，最高檢測速度為2m/s。圖3（模擬管路試驗）為檢測后得到的一段管道上人工缺陷分布，從圖中可以看出超聲波C掃描圖像很好地反映了管道缺陷分布以及幾何形狀的真實情況。圖3（實際管路試驗）為實際海底管道性能測試數據，測試距離為10公里，管道內部為生產水介質，檢測器在管道內部運行速度為1米/秒，管道測試后得到了精確有效的檢測數據，檢出1000多個內外壁腐蝕缺陷，所有發(fā)現的缺陷均精確地標注了位置、形狀、尺寸以及最大腐蝕深度等信息，從目標缺陷A掃波形可以判斷出腐蝕區(qū)域的最大腐蝕深度為7.83毫米。

5 結語

高清壓電超聲波管道內檢測器成功地對海底管道進行了實際測試，測試得到的檢測數據結果可靠，并精確判斷出缺陷的位置和形狀，檢測器產生的高清C掃描顯示圖精確地顯示出管道腐蝕的真實狀態(tài)，本檢測器可以用來對原油管道、成品油管道、以及注水輸氣管道進行全覆蓋檢測，對提高長距離傳輸管道的檢測可靠性和精確性具有重要意義。

參考文獻

[1] 李健，崔劍雷，劉棟.高清晰度漏磁管道內檢測器主控系統的設計[J].傳感器與微系統，2012，31（5）：129-133.

[2] 楊文博，徐今偉.超聲波管道腐蝕檢測器現場檢測[J].油氣儲運，1994，13（6）：31-34.

[3] STEINHUBL S M， MANN D R. Engineering and ultrasonic tool run in a natural gas pipeline to detect SCC[C].IPC2008-64510，2008（7）：100-103.