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超声导波:为输油管线在线监测提供理想方案
发布:kittyll   时间:2016/7/25 10:48:22   阅读:501 
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输油管线 图片来源:网络
 
输油管线在多种因素的影响下不可避免地会出现结构腐蚀甚至失效,这不仅会污染环境、影响生态,而且可能造成生命财产的损失,因此实时掌握输油管线结构健康的信息十分重要。
 
与传统无损检测方法如超声、涡流、漏磁、射线等的“踩点式”检测方式不同,超声导波无损检测、结构健康监测技术具有单点激励、全截面覆盖、检测距离远、监测范围大等显著优点。将超声导波技术应用在管道监测上,利用专用的监测换能器和特殊设计的监测算法,可以更好对管道腐蚀情况进行分析判断。
 
我国铺设的管道公里数逐年递增,最早铺设的管道服役至今已有几十年,管道一旦发生泄漏,引起的后果往往是不堪设想的。如何实时掌握这些长距离管道的结构健康信息成为研究热点,而超声导波在线监测技术是解决这个问题的一种较为理想的方法。 
 

输油管线 图片来源:网络
 
输油管线的在线监测方案
 
如图1所示(浙达精益超声导波技术团队提供),输油管线在线监测系统包括:
  • MSGW监测换能器;
  • MSGW巡检探头线缆连接盒;
  • 管道导波巡检数据采集系统;
  • 管道导波巡检数据分析系统;
  • 管道导波巡检缺陷显示和报表打印系统。 


图1 巡检系统方案示意图

该在线监测(巡检)系统可在人力需求极少情况下,全范围地反映被监测管网缺陷损伤情况,并及时向用户提供合理的维护建议。系统部署调试时,设置好监测系统主机的工作参数,MSGW超声导波监测仪发射信号,激励信号经多通道信号分配器分时传送到各个MSGW探头,探头的磁致伸缩带材在磁场作用下发生磁致伸缩效应激励出超声导波并耦合到被测管道中,超声导波在管道中传播,遇到缺陷发生发射,反射导波传播至探头处耦合至磁致伸缩带材,带材发生磁致伸缩逆效应,变化的磁场使检测线圈产生微弱的电信号,电信号被MSGW超声导波巡检仪接收后形成缺陷回波数据;巡检仪中运行的数据分析系统将现场各监测探头的缺陷数据融合、处理为直观的缺陷信息,并将此缺陷信息直观地与现场管道的位置和编号对应显示。 
 
监测结果显示

利用特殊设计的导波信号监测算法对回波信号进行分析,可以对缺陷的变化进行准确的反映。如图2所示,当缺陷截面积占管道横截面的0.94%时,可以清楚地从图2(c)的监测信号中辨识出缺陷并确定其位置。此外,作为一种辅助手段,还可以通过观察局部区域的信号幅值变化趋势来确定是否为缺陷,若监测的区域中某一位置出现缺陷并随着时间尺寸增大,那么该位置的幅值变化也会随着时间增加;而若是由其它因素引起,则幅值变化处于波动状态。
 

图2 超声导波监测信号
(a)样管处于健康状况下采集的信号;(b)在样管中2.1m处存在截面比为0.94%的缺陷时的检测信号;(c)处理后的监测信号。
 
图3为2.1m处局部区域的幅值变化趋势图,结合图2(c)与图3,可确定管道监测区域中存在缺陷,位于距离探头2.1m处。以上结果证明了超声导波监测技术对于管道结构健康监测的实用性。
 

图3 2.1m处幅值变化趋势图
 
超声导波监测技术的优势
 
相对于超声导波检测技术,超声导波监测技术拥有实时性好、灵敏度高等优势。在管道上应用超声导波监测技术后,即可经常性地对被监测管道进行信号采集,结合历史信号进行分析可发现逐渐生长的缺陷以及监视已知缺陷的情况,从而实时掌握被监测管线的整体健康信息。
 
超声导波监测技术拥有更高灵敏度的原因在于:相对于检测技术其只关注于监测区域内情况的变化,如图2(b)所示,检测信号中,除了存在缺陷信号外,还存在三通和弯管的焊缝回波信号以及端面的回波信号,检测信号的复杂性使得对缺陷存在与否的判定变得困难;而监测信号忽略了管线中原本存在的特征产生的信号,如图2(c)所示,体现的仅是检测信号中因缺陷存在以及环境因素的影响而引起的变化,由此,缺陷信号更加容易凸显出来,从而表现出更高的灵敏度。
 
超声导波检测及监测技术可应用于一些处于难以触及的环境中的管线检测与监测,例如架空、埋地、高温等情况;对于长距离管线的检测,导波的传播距离远、全截面覆盖等特性使其能够实现长距离管线的快速扫查,极大程度地降低了检测成本。在这些管线的检测与监测应用中,超声导波检测及监测技术较其他常规无损检测拥有明显的技术优势。 
 
 
节选自《2015中国无损检测年度报告》
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