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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(lái)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(guò)程(如腐蝕、磨蝕、沉積、阻塞等)的較深影響，其中腐蝕過(guò)程影響最為顯著。腐蝕可以引發(fā)管道的嚴(yán)重失效，有時(shí)還伴隨著環(huán)境污染、人員傷害的風(fēng)險(xiǎn)。腐蝕引起的設(shè)備停機(jī)維修和更換，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)的巨大損失。相關(guān)評(píng)估得出，在一些工業(yè)化國(guó)家中，每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占到國(guó)民生產(chǎn)總值的4.6%。因此須對(duì)管道進(jìn)行有效的內(nèi)檢測(cè)，以防止事故的發(fā)生。
無(wú)損檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)，并已在實(shí)際應(yīng)用中取得顯著效果，主要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包括如下幾種。
1.漏磁檢測(cè)技術(shù)
智能清管器已被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸氣管道的內(nèi)檢測(cè)中(圖1)。其中漏磁式智能清管器在檢測(cè)領(lǐng)域中占到很大份額，這種清管器采用漏磁檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行腐蝕缺陷的檢測(cè)和表征。
（ａ） 清管器 （ｂ） 檢測(cè)原理
圖１ 漏磁式清管器
漏磁檢測(cè)技術(shù)建立在鐵磁性材料的高磁導(dǎo)率特性上。檢測(cè)過(guò)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(shí)，磁通量會(huì)從管壁泄漏出來(lái)，然后被傳感器檢測(cè)到。泄漏的磁通量是金屬材料中磁場(chǎng)飽和度的函數(shù)，這取決于管壁厚度的大小。當(dāng)鋼管中無(wú)缺陷時(shí)，磁通量絕大部分通過(guò)鋼管，此時(shí)磁力線分布均勻；當(dāng)鋼管內(nèi)部有缺陷時(shí)，磁力線發(fā)生彎曲，且部分磁通量漏出鋼管表面，檢測(cè)被磁化鋼管表面逸出的漏磁通，可判斷是否存在缺陷，通過(guò)分析傳感器檢測(cè)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(cè)傳感器(IES)。它基于“磁場(chǎng)擾動(dòng)”的技術(shù)，測(cè)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(cè)效果不受管壁厚度的影響。傳統(tǒng)的漏磁檢測(cè)需要對(duì)檢測(cè)中產(chǎn)生的復(fù)雜信號(hào)進(jìn)行解釋，而此種方法只需要檢測(cè)缺陷中心最小信號(hào)強(qiáng)度即可分析缺陷深度，缺陷的長(zhǎng)度也可通過(guò)信號(hào)直接測(cè)量，優(yōu)勢(shì)是明顯的：具有一個(gè)內(nèi)在的絕對(duì)誤差，檢測(cè)過(guò)程是在磁場(chǎng)的線性變化區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，檢測(cè)對(duì)象不需要較高的抗磁性，可以從檢測(cè)到的磁場(chǎng)反映中直接表征缺陷的幾何形狀。
（ａ） 無(wú)缺陷 （ｂ） 有缺陷
圖２ ＩＣＳ工作原理（磁通線）
2.超聲波檢測(cè)技術(shù)
1)傳統(tǒng)脈沖超聲波檢測(cè)
此檢測(cè)方法也叫做壓電超聲檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，通過(guò)垂直于管道的超聲波探頭，發(fā)射超聲波脈沖信號(hào)，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(cè)到管壁是否受到腐蝕及腐蝕程度大小。
超聲波檢測(cè)可以直接對(duì)管道蝕坑深度、大小、位置進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可以作為計(jì)算管道最大輸送壓力的計(jì)算依據(jù)。對(duì)厚壁管、大口徑管道的檢測(cè)適應(yīng)性強(qiáng)，并對(duì)管道的應(yīng)力腐蝕開裂和材料內(nèi)缺陷的檢測(cè)有較高精度。由于聲波的傳播需要介質(zhì)，因此在實(shí)際檢測(cè)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(cè)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(cè)應(yīng)用受限。
2)超聲導(dǎo)波檢測(cè)
超聲導(dǎo)波檢測(cè)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(hào)衰減很小，因此管道不開挖狀態(tài)下在一個(gè)位置固定脈沖回波陣列就可做大范圍的檢測(cè)。電磁超聲檢測(cè)技術(shù)即渦流-聲檢測(cè)(EMAT)技術(shù)，作為超聲導(dǎo)波的一種激勵(lì)方式，是超聲檢測(cè)發(fā)展中的前沿技術(shù)之一，屬非接觸超聲檢測(cè)。通過(guò)在試件中震蕩激發(fā)出不同形式的超聲波，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。電磁超聲檢測(cè)模型，見圖3。
圖３ 電磁超聲檢測(cè)管道模型
圖3中當(dāng)通有高頻電流的激勵(lì)線圈靠近金屬管道時(shí)，金屬管道表層會(huì)感生出高頻渦流。電磁鐵在金屬管道附近產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，渦流在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下使管道中的帶電粒子產(chǎn)生高頻的力。這是一個(gè)高頻機(jī)械振動(dòng)的力，能夠在試件中傳播，即產(chǎn)生超聲波，此過(guò)程可逆。從管道內(nèi)缺陷部位反射回來(lái)的超聲波在外加磁場(chǎng)的作用下形成渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使得線圈兩端電壓發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)分析電壓信號(hào)，可以對(duì)腐蝕缺陷進(jìn)行定位與分級(jí)。
圖４ 電磁超聲與壓電超聲的對(duì)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(lì)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(diǎn)。但是電磁超聲技術(shù)利用電磁作用在被測(cè)金屬管道中激發(fā)出超聲信號(hào)，直接接觸而不需耦合劑，同時(shí)具備了常規(guī)超聲檢測(cè)的高精度、探傷靈敏度穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此適用于高速、高溫的環(huán)境中，可對(duì)表面有沉積層或防護(hù)層的管道進(jìn)行直接檢測(cè)。
3)脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)
傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)采用正弦波信號(hào)來(lái)激勵(lì)驅(qū)動(dòng)線圈，通過(guò)一個(gè)與驅(qū)動(dòng)線圈同軸心的傳感器線圈測(cè)量試樣的阻抗。相對(duì)于傳統(tǒng)的渦流檢測(cè)，脈沖渦流技術(shù)使用寬頻譜脈沖來(lái)激發(fā)探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)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(hào)時(shí)限分析來(lái)獲得底面缺陷的信息。脈沖渦流(PEC)檢測(cè)技術(shù)是一種最新的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)成功應(yīng)用在管道的腐蝕等缺陷檢測(cè)中。
脈沖信號(hào)輸入波加到探頭的激勵(lì)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(chǎng)。而變化的磁場(chǎng)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(chǎng)。隨著渦流場(chǎng)的衰減，檢測(cè)線圈上就會(huì)感應(yīng)出隨時(shí)間變化的電壓。由于脈沖渦流在金屬管道內(nèi)的傳播過(guò)程是逐漸衰減的，因而管道厚度不同，最終得到的檢測(cè)線圈上的瞬態(tài)感應(yīng)電壓信號(hào)的波形也不同。所以，通過(guò)接收瞬態(tài)感應(yīng)電壓信號(hào)，并對(duì)信號(hào)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(hào)的關(guān)系，進(jìn)而利用這種關(guān)系對(duì)導(dǎo)體試件厚度進(jìn)行檢測(cè)。
3.光學(xué)原理類檢測(cè)技術(shù)
光學(xué)原理類的檢測(cè)技術(shù)主要有閉路電視(CCTV)管道內(nèi)窺檢測(cè)技術(shù)、激光全息檢測(cè)技術(shù)和電子散斑干涉檢測(cè)技術(shù)等。此類檢測(cè)技術(shù)對(duì)管道內(nèi)腐蝕等缺陷的定位和分級(jí)中，具有較高的精度，且易于通過(guò)圖像直觀顯示缺陷狀況，在實(shí)際檢測(cè)中優(yōu)勢(shì)明顯。
1)CCTV管道內(nèi)窺技術(shù)
CCTV管道內(nèi)窺檢測(cè)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(gè)激光二極管、一個(gè)環(huán)形光發(fā)生器和一個(gè)電荷耦合攝像機(jī)組成。檢測(cè)過(guò)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(guò)電荷耦合攝像機(jī)對(duì)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(duì)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(guò)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(diǎn)可以由提取出的表面圖像分析識(shí)別出。
圖５ ＣＣＴＶ管道內(nèi)窺技術(shù)原理圖
4.射線照相類檢測(cè)技術(shù)
在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中，射線照相技術(shù)有著很大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵跈z測(cè)過(guò)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(cè)。射線照相技術(shù)可以用來(lái)檢測(cè)管道局部腐蝕，借助標(biāo)準(zhǔn)的圖像特性顯示儀測(cè)量壁厚。
1)X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)
X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)時(shí)成像的原理是將光電轉(zhuǎn)換技術(shù)與計(jì)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(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，使視頻圖像的對(duì)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(shí)別能力。
X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是使膠片成像的耗材(膠片)減少，極大降低了檢測(cè)費(fèi)用，提高成像功效。并且檢測(cè)記錄可永久性保存，結(jié)果比較直觀。檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)單，輻照范圍廣，檢測(cè)時(shí)不需去掉管道上的保溫層。
2)紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
紅外無(wú)損檢測(cè)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(chǎng)分布發(fā)生異常，通過(guò)對(duì)工件表面的溫度場(chǎng)分布情況的分析，確定工件缺陷位置和大小。
在檢測(cè)過(guò)程中，向被測(cè)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(duì)于無(wú)缺陷的管道，當(dāng)熱流均勻注入時(shí)，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(chǎng)分布均勻；當(dāng)管道內(nèi)部存在缺陷(腐蝕或夾雜等)時(shí)，熱量的傳播會(huì)在缺陷處加強(qiáng)或受阻，造成熱量堆積或流失，因此表面會(huì)出現(xiàn)溫度的高低變化。局部溫差的存在會(huì)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。