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在線客服 隨著管道運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行越來越重要并為人們所重視。而管道系統(tǒng)的可靠性和有效性常常受到降解過程(如腐蝕、磨蝕、沉積、阻塞等)的較深影響，其中腐蝕過程影響最為顯著。腐蝕可以引發(fā)管道的嚴(yán)重失效，有時還伴隨著環(huán)境污染、人員傷害的風(fēng)險。腐蝕引起的設(shè)備停機(jī)維修和更換，會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)的巨大損失。相關(guān)評估得出，在一些工業(yè)化國家中，每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占到國民生產(chǎn)總值的4.6%。因此須對管道進(jìn)行有效的內(nèi)檢測，以防止事故的發(fā)生。
無損檢測是一種不破壞組織結(jié)構(gòu)的技術(shù)應(yīng)用，目前已提出了許多依據(jù)不同原理的無損檢測技術(shù)，并已在實際應(yīng)用中取得顯著效果，主要的無損檢測技術(shù)包括如下幾種。
1.漏磁檢測技術(shù)
智能清管器已被廣泛應(yīng)用于長距離輸氣管道的內(nèi)檢測中(圖1)。其中漏磁式智能清管器在檢測領(lǐng)域中占到很大份額，這種清管器采用漏磁檢測技術(shù)進(jìn)行腐蝕缺陷的檢測和表征。
（ａ） 清管器 （ｂ） 檢測原理
圖１ 漏磁式清管器
漏磁檢測技術(shù)建立在鐵磁性材料的高磁導(dǎo)率特性上。檢測過程中，管壁被充分磁化，當(dāng)管道內(nèi)壁有腐蝕缺陷或其他異常出現(xiàn)時，磁通量會從管壁泄漏出來，然后被傳感器檢測到。泄漏的磁通量是金屬材料中磁場飽和度的函數(shù)，這取決于管壁厚度的大小。當(dāng)鋼管中無缺陷時，磁通量絕大部分通過鋼管，此時磁力線分布均勻；當(dāng)鋼管內(nèi)部有缺陷時，磁力線發(fā)生彎曲，且部分磁通量漏出鋼管表面，檢測被磁化鋼管表面逸出的漏磁通，可判斷是否存在缺陷，通過分析傳感器檢測的結(jié)果，可得到缺陷的相關(guān)信息。
此方法在小口徑及厚壁的管道使用中受限。改進(jìn)的內(nèi)腐蝕檢測傳感器(IES)。它基于“磁場擾動”的技術(shù)，測量管壁小面積內(nèi)的直接磁響應(yīng)，而不必要求管壁材料達(dá)到磁飽和。因此ICS的檢測效果不受管壁厚度的影響。傳統(tǒng)的漏磁檢測需要對檢測中產(chǎn)生的復(fù)雜信號進(jìn)行解釋，而此種方法只需要檢測缺陷中心最小信號強(qiáng)度即可分析缺陷深度，缺陷的長度也可通過信號直接測量，優(yōu)勢是明顯的：具有一個內(nèi)在的絕對誤差，檢測過程是在磁場的線性變化區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，檢測對象不需要較高的抗磁性，可以從檢測到的磁場反映中直接表征缺陷的幾何形狀。
（ａ） 無缺陷 （ｂ） 有缺陷
圖２ ＩＣＳ工作原理（磁通線）
2.超聲波檢測技術(shù)
1)傳統(tǒng)脈沖超聲波檢測
此檢測方法也叫做壓電超聲檢測。檢測時，通過垂直于管道的超聲波探頭，發(fā)射超聲波脈沖信號，比較管內(nèi)表面和外表面兩次脈沖反射波之間的脈沖間距，反映出管壁壁厚，從而檢測到管壁是否受到腐蝕及腐蝕程度大小。
超聲波檢測可以直接對管道蝕坑深度、大小、位置進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果可以作為計算管道最大輸送壓力的計算依據(jù)。對厚壁管、大口徑管道的檢測適應(yīng)性強(qiáng)，并對管道的應(yīng)力腐蝕開裂和材料內(nèi)缺陷的檢測有較高精度。由于聲波的傳播需要介質(zhì)，因此在實際檢測應(yīng)用中，探頭與管壁間需要有油、水等聲波的傳播介質(zhì)作為連續(xù)的耦合劑。所以，在輸油管道中壓電超聲波檢測被廣泛應(yīng)用，而在聲波衰減較快的輸氣管道上，超聲波檢測應(yīng)用受限。
2)超聲導(dǎo)波檢測
超聲導(dǎo)波檢測采用低頻扭曲波或縱波，超聲導(dǎo)波可以在較遠(yuǎn)的距離上傳播而信號衰減很小，因此管道不開挖狀態(tài)下在一個位置固定脈沖回波陣列就可做大范圍的檢測。電磁超聲檢測技術(shù)即渦流-聲檢測(EMAT)技術(shù)，作為超聲導(dǎo)波的一種激勵方式，是超聲檢測發(fā)展中的前沿技術(shù)之一，屬非接觸超聲檢測。通過在試件中震蕩激發(fā)出不同形式的超聲波，實現(xiàn)快速檢測。電磁超聲檢測模型，見圖3。
圖３ 電磁超聲檢測管道模型
圖3中當(dāng)通有高頻電流的激勵線圈靠近金屬管道時，金屬管道表層會感生出高頻渦流。電磁鐵在金屬管道附近產(chǎn)生一個強(qiáng)磁場，渦流在強(qiáng)磁場作用下使管道中的帶電粒子產(chǎn)生高頻的力。這是一個高頻機(jī)械振動的力，能夠在試件中傳播，即產(chǎn)生超聲波，此過程可逆。從管道內(nèi)缺陷部位反射回來的超聲波在外加磁場的作用下形成渦流，渦流產(chǎn)生的磁場使得線圈兩端電壓發(fā)生變化，通過檢測分析電壓信號，可以對腐蝕缺陷進(jìn)行定位與分級。
圖４ 電磁超聲與壓電超聲的對比
圖4給出了常規(guī)超聲與電磁超聲的異同處。兩者除了激勵部分是壓電晶片和電磁感應(yīng)的區(qū)別外，其他部分具備很多的共同點。但是電磁超聲技術(shù)利用電磁作用在被測金屬管道中激發(fā)出超聲信號，直接接觸而不需耦合劑，同時具備了常規(guī)超聲檢測的高精度、探傷靈敏度穩(wěn)定的特點，因此適用于高速、高溫的環(huán)境中，可對表面有沉積層或防護(hù)層的管道進(jìn)行直接檢測。
3)脈沖渦流檢測技術(shù)
傳統(tǒng)的渦流檢測采用正弦波信號來激勵驅(qū)動線圈，通過一個與驅(qū)動線圈同軸心的傳感器線圈測量試樣的阻抗。相對于傳統(tǒng)的渦流檢測，脈沖渦流技術(shù)使用寬頻譜脈沖來激發(fā)探測器的驅(qū)動線圈，激發(fā)的脈沖分散在試樣上。由于脈沖首先影響表面，因此需要應(yīng)用信號時限分析來獲得底面缺陷的信息。脈沖渦流(PEC)檢測技術(shù)是一種最新的無損檢測技術(shù)，已經(jīng)成功應(yīng)用在管道的腐蝕等缺陷檢測中。
脈沖信號輸入波加到探頭的激勵線圈兩端，周期性的寬頻譜脈沖電流感生出快速衰減的脈沖磁場。而變化的磁場在金屬管道中感應(yīng)出脈沖渦流，向金屬管道內(nèi)部傳播，并感應(yīng)出快速衰減的渦流場。隨著渦流場的衰減，檢測線圈上就會感應(yīng)出隨時間變化的電壓。由于脈沖渦流在金屬管道內(nèi)的傳播過程是逐漸衰減的，因而管道厚度不同，最終得到的檢測線圈上的瞬態(tài)感應(yīng)電壓信號的波形也不同。所以，通過接收瞬態(tài)感應(yīng)電壓信號，并對信號進(jìn)行處理和分析，就可以得到金屬管道壁厚與瞬態(tài)感應(yīng)電壓信號的關(guān)系，進(jìn)而利用這種關(guān)系對導(dǎo)體試件厚度進(jìn)行檢測。
3.光學(xué)原理類檢測技術(shù)
光學(xué)原理類的檢測技術(shù)主要有閉路電視(CCTV)管道內(nèi)窺檢測技術(shù)、激光全息檢測技術(shù)和電子散斑干涉檢測技術(shù)等。此類檢測技術(shù)對管道內(nèi)腐蝕等缺陷的定位和分級中，具有較高的精度，且易于通過圖像直觀顯示缺陷狀況，在實際檢測中優(yōu)勢明顯。
1)CCTV管道內(nèi)窺技術(shù)
CCTV管道內(nèi)窺檢測系統(tǒng)是由PC主控器、操縱線纜、帶攝像頭的爬行器三部分組成，基本原理如圖5所示。光學(xué)系統(tǒng)由一個激光二極管、一個環(huán)形光發(fā)生器和一個電荷耦合攝像機(jī)組成。檢測過程中，激光二極管和環(huán)形光發(fā)生器在管壁上投射產(chǎn)生與管道中心軸線正交的光圈，通過電荷耦合攝像機(jī)對光圈進(jìn)行成像。主控器主要控制爬行器在管道內(nèi)前進(jìn)的速度和方向，控制攝像頭對管內(nèi)壁進(jìn)行全程拍攝。
操縱線纜將攝像機(jī)攝取的圖片信息傳回到PC機(jī)上，通過PC機(jī)帶有的圖片分析系統(tǒng)提取管內(nèi)照片的光強(qiáng)度信息，可以產(chǎn)生管道內(nèi)壁的表面圖像，缺陷和異常點可以由提取出的表面圖像分析識別出。
圖５ ＣＣＴＶ管道內(nèi)窺技術(shù)原理圖
4.射線照相類檢測技術(shù)
在無損檢測技術(shù)中，射線照相技術(shù)有著很大優(yōu)勢，因為在檢測過程中它可以不移除管道的外防護(hù)層，可以在較高溫的環(huán)境中進(jìn)行檢測。射線照相技術(shù)可以用來檢測管道局部腐蝕，借助標(biāo)準(zhǔn)的圖像特性顯示儀測量壁厚。
1)X射線數(shù)字化實時成像檢測技術(shù)
X射線數(shù)字化實時檢測實時成像的原理是將光電轉(zhuǎn)換技術(shù)與計算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合，把不可見的X射線圖像經(jīng)增強(qiáng)方法轉(zhuǎn)換為可見的視頻圖像，再經(jīng)計算機(jī)對圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，使視頻圖像的對比度和清晰度達(dá)到X射線照相底片的影像質(zhì)量，從而提高探傷靈敏度和缺陷識別能力。
X射線數(shù)字化實時檢測技術(shù)的優(yōu)點是使膠片成像的耗材(膠片)減少，極大降低了檢測費用，提高成像功效。并且檢測記錄可永久性保存，結(jié)果比較直觀。檢測技術(shù)簡單，輻照范圍廣，檢測時不需去掉管道上的保溫層。
2)紅外無損檢測技術(shù)
紅外無損檢測技術(shù)是基于物體的缺陷區(qū)域和完整區(qū)域不同的熱傳導(dǎo)能力，使工件表面溫度場分布發(fā)生異常，通過對工件表面的溫度場分布情況的分析，確定工件缺陷位置和大小。
在檢測過程中，向被測管道內(nèi)注入熱量，部分熱流向管道內(nèi)部擴(kuò)散，并引起管道表面溫度分布的變化。對于無缺陷的管道，當(dāng)熱流均勻注入時，熱流能夠均勻的向管道內(nèi)部擴(kuò)散或沿管道表面擴(kuò)散，因此表面的溫度場分布均勻；當(dāng)管道內(nèi)部存在缺陷(腐蝕或夾雜等)時，熱量的傳播會在缺陷處加強(qiáng)或受阻，造成熱量堆積或流失，因此表面會出現(xiàn)溫度的高低變化。局部溫差的存在會致使紅外輻射強(qiáng)度的變化，借助紅外熱像儀將紅外輻射轉(zhuǎn)化為可見的熱圖，分析可以得到缺陷情況。