超声波裂纹检测:如何避免管道故障

管道在长距离输送液体和气体中起着至关重要的作用。从食品和饮料到制药行业，许多部门都依赖这些结构作为其生产过程的组成部分。

也许没有其他行业比石油和天然气行业更依赖管道网络了。仅美国就有超过240万英里的能源管道从而成为世界上最大的管道网络的拥有者。

然而，这些管道大多被埋在地下，因此缺乏维护和忽视是它们的主要原因。与腐蚀相关的缺陷，如开裂，会导致许多故障，包括泄漏、容器丢失和结构完整性下降。

在极端情况下，裂缝也可能是灾难性爆炸的原因．(相关阅读:埃尔帕索天然气公司管道爆炸．)

虽然有几种方法可以检测管道中的裂纹缺陷，但超声波检测技术可能是最有效的。因此，这项技术应该成为资产所有者的一个组成部分质量控制以及管理流程。

在本文中，我们将更深入地研究超声技术，并描述其在防止管道故障中的作用。

超声技术解释

超声波是用来描述频率高于人类听觉极限的声波。这些声波被用来产生数据，供给方可以对这些数据进行分析，作业者可以利用这些信息做出更明智的决策。

当波穿过各种介质(液体、固体、气体)时，当波遇到不同的边界时，部分会反射回接收器。

这一基本原理构成了管道超声波探伤(UFD)的基础。

典型的超声检测装置包括脉冲/接收器、超声换能器和显示装置。脉冲发生器/接收器是一种能够产生高压电脉冲的电子装置。来自脉冲发生器的电压为换能器提供动力，以产生高频超声波能量。

换能器产生的声音通过不同的边界传播，当遇到边界或异常(如裂缝)时，其中一些声音会反射回接收器。反射声波然后被换能器转换成电信号并显示在显示屏上。

除了缺陷，超声波检测还可以揭示其他关键信息，如尺寸、方向、厚度和其他关键特征。

超声波技术在裂纹检测中的应用?

超声波检测管道裂缝主要有两种方法:直梁检测和角梁检测。

直梁测试通常用于识别与物体表面平行的裂缝或其他缺陷。这种技术也非常适合于识别空洞和其他多孔的位置。直束测试的原理是，声能将继续在介质中传播，直到遇到边界，如裂缝。

在这种超声波检测方法中，操作人员将换能器耦合到试件上，通过结构发送超声波。操作员然后识别和分类从管道后壁返回的回声和在后壁之前到达的回声。

任何在后墙之前到达的显著信号回声都表明有裂缝或其他显著不连续存在于被测试位置。

角梁测试，顾名思义，是用来定位裂缝和间断相对于管道的纵向轴倾斜。这种方法是至关重要的，因为不平行于表面的缺陷通常无法通过直束测试检测到，因为它们的方向是声波。

这种角度的裂缝和缺陷通常发生在焊接和结构金属构件由于存在不适当的应力。在这种技术中，一个普通的角度梁(楔形)换能器或浸没式换能器以适当的角度将声波发射到管道中。

管道使用超声波裂纹检测的好处

在石油和天然气行业，管道故障可能导致灾难性事件，及时有效的超声波检测可能意味着生与死的区别。泄漏检测预防还可以帮助避免数百万美元的产品损失。(详情见文章“非侵入式检测在陆上天然气设施中的应用”)。

与其他检查技术相比，超声波检查的主要优点之一是速度快，用途广泛。超声波检查的其他一些优点包括:

• 对地表和地下不连续的敏感性使检查能够及早发现更严重的结构问题。
• 超声波的穿透深度超过其他声波无损检测方法，例如磁通检测．
• 有些超声波检测技术只需要单面接入，因此对于难以接入的管道来说，这种方法非常理想。
• 需要最少的零件准备;因此，超声检测单元可以快速调动和部署。
• 超声波检测设备提供几乎即时的结果。
• 其他重要信息，如厚度，尺寸测量，形状变化等，也可以得到。
• 自动化成像系统可用于生成管道缺陷的详细可视化图像。

超声检测的局限性

虽然超声检测在早期检测裂缝和其他结构缺陷方面是有效的，但资产所有者必须了解该技术的局限性，以确保获得最佳结果。

超声检测的一些常见局限性包括:

• 管道必须是可接近的，以传输超声波。
• 与其他一些测试方法相比，这种技术需要更多的技能和培训。
• 粗糙、非常小或非常薄的材料可能难以检查或产生错误的结果。
• 测试设备需要根据适当的参考标准进行频繁校准。
• 铸铁管道(或由其他粗糙材料制成的管道)由于声音传输低或信噪比高，可能难以检测。
• 需要采用适当的方法(直梁或角梁测试)以确保所有管道缺陷都被捕获。

最终的想法

超声波检测的好处使其成为管道网络质量管理程序的必要补充。这种技术可以检测到现有的裂纹，甚至可以识别缺陷形成的早期发作。这些特性允许资产所有者立即采取预防措施，以减轻管道故障的影响。

然而，与任何测试方法一样，必须了解该技术的局限性，以保证测试结果的准确性和补救策略的有效性。