新型无损检测技术在油气管道上的应用

管道作为油气资源储运的重要载体，如何对管道缺陷进行检测、确保油气管道能够安全运输，成为在管道建设中不可忽视的环节。无损检测技术主要用于在不影响被检测对象的性能和结构的基础上，利用被检测对象的结构异常出现的反映来检测被检测对象是否存在质量问题。

本文梳理了现有的无损检测技术，着重介绍一种基于声发射信号的气液两相流管道的新型泄漏识别方法。

 #射线检测新技术 

CR检测技术系统

计算机X射线成像检测技术是胶片法的改进与升级，是一种以电子元件代替胶片的方法，也称为间接数字成像检测。

原理：用IP成像板代替传统胶片接受射线照射，射线使IP成像板的荧光材料(磷)形成潜影，然后通过扫描成像板，使被检工件形成图像，并直接数字化存储到硬盘或者光盘等载体里，通过计算机进行评定。

CR检测技术原理示意图

优点：曝光量小，宽容度大；省略了暗室处理照片的环节，直接生成数字的图片；图片易于长期保存。

应用：管道检测自动评价；通过对比响应特性与射线能量等参数之间的关系间接得出管道的壁厚。

CR射线检测结果

DR检测技术

原理：利用射线源发出的射线透照物体，透过管道衰减后的射线光子由平板探测器接收并转变为电信号，经计算机处理后以数字图像的形式显示。

DR检测技术原理示意图

优点：成像清晰、分辨率高、图片细节丰富、宽容度较CR成像有所提升；用户可对得到的图片进行多种处理；无需拆卸防腐或保温层即可实施检测。

应用：压力管道焊接接头缺陷检测及测厚检测。

图4 DR检测在管道壁厚测量中的应用

 #热学检测技术 

热学无损检测技术是通过探测试样的热学性质变化来获取试样的结构信息技术。

红外热成像技术是被检测物体表面进行非接触的成像，并对其热图谱进行分析。

优点：非接触，无需耦合剂；快速，实时；视场大，检测面积广；对曲面容忍度高；不需要复杂的扫描装置。

应用：压力管道的定期检验，如高温管道检查，管道的绝热层有无破损、跑冷情况。

红外热成像照片

 #声学检测新技术 

超声相控阵检测技术

原理：超声相控阵检测技术是一种利用计算机控制的以晶片作为检测元件的技术，探头中的多晶片能够通过激励发出超声波，这样产生的超声波可以方便地调整各项参数，以便于通过镜面反射检测管道的不同缺陷。

超声相控阵技术原理示意

优点：实现对缺陷的定性、定位和定量；能够保存检测图谱，检测结果具有可追溯性；可以实现动态聚焦，具有较高的检测灵敏度；不需要前后移动探头即可一次扫查到焊缝的全体积。

应用：压力管道焊接接头检测、管道腐蚀检测；不锈钢、小径管、接插管等焊接接头检测。

全聚焦相控阵检测技术

原理：全聚焦相控阵检测技术利用超声相控阵探头发射和采集超声信号，在数据采集过程中，对信号逐个进行聚焦计算和平均处理，得到质量更高的图像。

全聚焦法概念图

优点：实现一次扫查焊缝全覆盖；检测灵敏度更高；影像直观，无畸变，易识别，分辨率高；检测可靠性和可信度高；对粗晶焊缝检测有更好的检测效果。

超声衍射时差检测技术（TOFD）

原理：超声衍射时差检测技术是一种依靠从待检工件内部缺陷上、下“端点”处得到的衍射波在扫描线上的时差来检测缺陷尺寸的方法。采用一发一收的高精密匹配纵波斜探头进行检测，在被检测管道的中心线对称放置。

TOFD技术原理示意

优点：可靠性高；定量精度高；测简便快捷；图像包含信息丰富，有利于缺陷的识别和分析；能够全过程记录，长久保存数据；检测成本低，无射线辐射。

电磁超声检测技术（EMAT）

原理：利用电磁耦合方法激励和接收超声波

优点：精度高；不需要耦合剂；非接触；适于高温检测以及容易激发各种超声波形等。

应用：可设计不同的线圈形状和磁铁结构，激发不同频率的超声波，检测更多的缺陷类型，如内腐蚀、外腐蚀、划痕、裂纹、变形、金属损失及防腐层破损等。

电磁超声检测技术原理示意

超声导波检测基本原理

优点：传播长距离而衰减很小；检测过程简单，不需要耦合剂；不受温度影响；只需要剥离一小块防腐层以放置探头环即可进行检测。

声发射检测技术

声发射检测技术可以在管道不停运的同时，使用传感器接收沿管壁传播的应力波，通过采用多种信号处理方法，实现管道泄漏的早期预警和及时定位。该技术对物体的形状和周围的环境要求不高。

基于声发射信号的气液两相流管道泄漏识别方法

背景：目前国内外管道泄漏声发射检测的研究已硕果累累，但在两相流管道方面的研究较少。因此以气液两相流管道为研究对象，开展气液两相流管道泄漏声发射检测实验，研究两相流管道泄漏识别技术具有重要意义。

原理：气液两相流管道的管壁一般是弹性体。当管内气液两相流体发生泄漏时，流体在泄漏处受到压力喷射形成湍射流。湍射流不仅会改变管道的流型，而且也会与管壁发生耦合作用激励管道发生振动，从而产生应力波由泄漏处向管道上下游传播的情况。将声发射传感器固定在管壁上即可采集到该应力波，并将应力波转化为声发射信号，以此分析泄漏状况。

方法框架：针对气液两相流管道泄漏的特点，结合声发射信号特征提取和近年来流行的神经网络算法，提出了针对气液两相流管道的泄漏检测方法。

气液两相流管道泄漏检测方法流程图

声发射检测试验：以气液两相流管道为研究对象，采用声发射检测技术，对搭建的气液两相流管道泄漏试验系统开展气体压力为0.1—0.4MPa 下层状流、弹状流、环状流3种流型在 3 种不同泄漏孔方位以及两种泄漏孔径条件下的泄漏检测试验（试验装置如下图）。

使用小波包分解结合局部均值分解提取主要的信号成分作为模式识别的输入，并进行 BP 人工神经网络模式识别。

气液两相流管道泄漏声发射检测实验装置示意图

结果表明：

层状流、弹状流、环状流 3 种两相流管道泄漏识别的平均准确率83.5%。该方法基本可以实现气液两相流管道泄漏的有效识别。此外，该结果受到训练样本数、BP 神经网络结构等因素的影响，仍有提升的空间。

参考文献

[1]徐长航,刘鹏谦,李振兴,杜莎莎,张源.基于声发射信号的气液两相流管道泄漏识别方法[J/OL].油气储运:1-9[2021-07-25].

[2]袁伟.无损检测技术在天然气管道中的运用[J].工程技术研究,2021,6(05):119-120.

[3]杨楠.压力管道无损检测技术及应用[J].中国设备工程,2021,{4}(07):168-169.

来源：管网科技