管道作為油氣資源儲(chǔ)運(yùn)的重要載體，如何對(duì)管道缺陷進(jìn)行檢測(cè)、確保油氣管道能夠安全運(yùn)輸，成為在管道建設(shè)中不可忽視的環(huán)節(jié)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要用于在不影響被檢測(cè)對(duì)象的性能和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用被檢測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)異常出現(xiàn)的反映來(lái)檢測(cè)被檢測(cè)對(duì)象是否存在質(zhì)量問(wèn)題。下面介紹幾種應(yīng)用于油氣管道的無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)。
射線檢測(cè)新技術(shù)
01 CR檢測(cè)技術(shù)
計(jì)算機(jī)X射線成像檢測(cè)技術(shù)是膠片法的改進(jìn)與升級(jí)，是一種以電子元件代替膠片的方法，也稱(chēng)為間接數(shù)字成像檢測(cè)。
原理：用IP成像板代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠片接受射線照射，射線使IP成像板的熒光材料(磷)形成潛影，然后通過(guò)掃描成像板，使被檢工件形成圖像，并直接數(shù)字化存儲(chǔ)到硬盤(pán)或者光盤(pán)等載體里，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行評(píng)定。
CR檢測(cè)技術(shù)原理示意圖
優(yōu)點(diǎn)：曝光量小，寬容度大；省略了暗室處理照片的環(huán)節(jié)，直接生成數(shù)字圖片；圖片易于長(zhǎng)期保存。
應(yīng)用：管道檢測(cè)自動(dòng)評(píng)價(jià)；通過(guò)對(duì)比響應(yīng)特性與射線能量等參數(shù)之間的關(guān)系間接得出管道的壁厚。
CR射線檢測(cè)結(jié)果
02 DR檢測(cè)技術(shù)
原理：利用射線源發(fā)出的射線透照物體，透過(guò)管道衰減后的射線光子由平板探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后以數(shù)字圖像的形式顯示。
DR檢測(cè)技術(shù)原理示意圖
優(yōu)點(diǎn)：成像清晰、分辨率高、圖片細(xì)節(jié)豐富、寬容度較CR成像有所提升；用戶可對(duì)得到的圖片進(jìn)行多種處理；無(wú)需拆卸防腐或保溫層即可實(shí)施檢測(cè)。
應(yīng)用：壓力管道焊接接頭缺陷檢測(cè)及測(cè)厚檢測(cè)。
DR檢測(cè)在管道壁厚測(cè)量中的應(yīng)用
熱學(xué)檢測(cè)技術(shù)
熱學(xué)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)探測(cè)試樣的熱學(xué)性質(zhì)變化來(lái)獲取試樣的結(jié)構(gòu)信息技術(shù)。
紅外熱成像技術(shù)是被檢測(cè)物體表面進(jìn)行非接觸的成像，并對(duì)其熱圖譜進(jìn)行分析。
優(yōu)點(diǎn)：非接觸，無(wú)需耦合劑；快速，實(shí)時(shí)；視場(chǎng)大，檢測(cè)面積廣；對(duì)曲面容忍度高；不需要復(fù)雜的掃描裝置。
應(yīng)用：壓力管道的定期檢驗(yàn)，如高溫管道檢查，管道的絕熱層有無(wú)破損、跑冷情況。
紅外熱成像照片
聲學(xué)檢測(cè)新技術(shù)
01 超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)
原理：超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)控制的以晶片作為檢測(cè)元件的技術(shù)，探頭中的多晶片能夠通過(guò)激勵(lì)發(fā)出超聲波，這樣產(chǎn)生的超聲波可以方便地調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，以便于通過(guò)鏡面反射檢測(cè)管道的不同缺陷。
超聲相控陣技術(shù)原理示意
優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定性、定位和定量；能夠保存檢測(cè)圖譜，檢測(cè)結(jié)果具有可追溯性；可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦，具有較高的檢測(cè)靈敏度；不需要前后移動(dòng)探頭即可一次掃查到焊縫的全體積。
應(yīng)用：壓力管道焊接接頭檢測(cè)、管道腐蝕檢測(cè)；不銹鋼、小徑管、接插管等焊接接頭檢測(cè)。
02 全聚焦相控陣檢測(cè)技術(shù)
原理：全聚焦相控陣檢測(cè)技術(shù)利用超聲相控陣探頭發(fā)射和采集超聲信號(hào)，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，對(duì)信號(hào)逐個(gè)進(jìn)行聚焦計(jì)算和平均處理，得到質(zhì)量更高的圖像。
全聚焦法概念圖
優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)一次掃查焊縫全覆蓋；檢測(cè)靈敏度更高；影像直觀，無(wú)畸變，易識(shí)別，分辨率高；檢測(cè)可靠性和可信度高；對(duì)粗晶焊縫檢測(cè)有更好的檢測(cè)效果。
03 超聲衍射時(shí)差檢測(cè)技術(shù)（TOFD）
原理：超聲衍射時(shí)差檢測(cè)技術(shù)是一種依靠從待檢工件內(nèi)部缺陷上、下“端點(diǎn)”處得到的衍射波在掃描線上的時(shí)差來(lái)檢測(cè)缺陷尺寸的方法。采用一發(fā)一收的高精密匹配縱波斜探頭進(jìn)行檢測(cè)，在被檢測(cè)管道的中心線對(duì)稱(chēng)放置。
TOFD技術(shù)原理示意
優(yōu)點(diǎn)：可靠性高；定量精度高；測(cè)簡(jiǎn)便快捷；圖像包含信息豐富，有利于缺陷的識(shí)別和分析；能夠全過(guò)程記錄，長(zhǎng)久保存數(shù)據(jù)；檢測(cè)成本低，無(wú)射線輻射。
04 電磁超聲檢測(cè)技術(shù)（EMAT）
原理：利用電磁耦合方法激勵(lì)和接收超聲波。
電磁超聲檢測(cè)技術(shù)原理示意
優(yōu)點(diǎn)：精度高；不需要耦合劑；非接觸；適于高溫檢測(cè)以及容易激發(fā)各種超聲波形等。
應(yīng)用：可設(shè)計(jì)不同的線圈形狀和磁鐵結(jié)構(gòu)，激發(fā)不同頻率的超聲波，檢測(cè)更多的缺陷類(lèi)型，如內(nèi)腐蝕、外腐蝕、劃痕、裂紋、變形、金屬損失及防腐層破損等。
05 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)
原理：超聲導(dǎo)波在進(jìn)行管道檢測(cè)時(shí)，導(dǎo)波沿管壁傳播，在管壁橫截面發(fā)生變化處產(chǎn)生反射信號(hào)。反射信號(hào)的幅度與管壁橫截面積的總變化量有關(guān)，通過(guò)分析解讀該信號(hào)即可判斷管道特征及狀態(tài)。
超聲導(dǎo)波檢測(cè)基本原理
優(yōu)點(diǎn)：傳播長(zhǎng)距離而衰減很??；檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要耦合劑；不受溫度影響；只需要?jiǎng)冸x一小塊防腐層以放置探頭環(huán)即可進(jìn)行檢測(cè)。
06 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)
聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可以在管道不停運(yùn)的同時(shí)，使用傳感器接收沿管壁傳播的應(yīng)力波，通過(guò)采用多種信號(hào)處理方法，實(shí)現(xiàn)管道泄漏的早期預(yù)警和及時(shí)定位。該技術(shù)對(duì)物體的形狀和周?chē)沫h(huán)境要求不高。
基于聲發(fā)射信號(hào)的氣液兩相流管道泄漏識(shí)別方法
原理：氣液兩相流管道的管壁一般是彈性體。當(dāng)管內(nèi)氣液兩相流體發(fā)生泄漏時(shí)，流體在泄漏處受到壓力噴射形成湍射流。湍射流不僅會(huì)改變管道的流型，而且也會(huì)與管壁發(fā)生耦合作用激勵(lì)管道發(fā)生振動(dòng)，從而產(chǎn)生應(yīng)力波由泄漏處向管道上下游傳播的情況。將聲發(fā)射傳感器固定在管壁上即可采集到該應(yīng)力波，并將應(yīng)力波轉(zhuǎn)化為聲發(fā)射信號(hào)，以此分析泄漏狀況。
方法框架：針對(duì)氣液兩相流管道泄漏的特點(diǎn)，結(jié)合聲發(fā)射信號(hào)特征提取和近年來(lái)流行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，提出了針對(duì)氣液兩相流管道的泄漏檢測(cè)方法。
氣液兩相流管道泄漏檢測(cè)方法流程圖
聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)：以氣液兩相流管道為研究對(duì)象，采用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，對(duì)搭建的氣液兩相流管道泄漏試驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)展氣體壓力為0.1~0.4MPa下層狀流、彈狀流、環(huán)狀流3種流型在3種不同泄漏孔方位以及兩種泄漏孔徑條件下的泄漏檢測(cè)試驗(yàn)。
使用小波包分解結(jié)合局部均值分解提取主要的信號(hào)成分作為模式識(shí)別的輸入，并進(jìn)行BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別。
氣液兩相流管道泄漏聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
試驗(yàn)結(jié)果：層狀流、彈狀流、環(huán)狀流3種兩相流管道泄漏識(shí)別的平均準(zhǔn)確率83.5%。該方法基本可以實(shí)現(xiàn)氣液兩相流管道泄漏的有效識(shí)別。此外，該結(jié)果受到訓(xùn)練樣本數(shù)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素的影響，仍有提升的空間。
