油气管道无损检测技术.doc

油气管道无损检测技术管道作为大量输送石油、气体等能源的安全经济的运输手段 ，在世界 各地得到了广泛应用，为了保障油气管道安全运行，延长使用寿命，应对其 定期进行检测，以便发现问题，米取措施一、管道元件的无损检测（一）管道用钢管的检测埋地管道用管材包括无缝钢管和焊接钢管对于无缝钢管采用液浸法 或接触法超声波检测主要来发现纵向缺陷液浸法使用线聚焦或点聚焦探 头,接触法使用与钢管表面吻合良好的斜探头或聚焦斜探头所有类型的 金属管材都可采用涡流方法来检测它们的表面和近表面缺陷对于焊接钢 管，焊缝采用射线抽查或100 %检测，对于100 %检测，通常采用X射线 实时成像检测技术二）管道用螺栓件对于直径＞ 50 mm的钢螺栓件需采用超声来检测螺栓杆内存在的冶金 缺陷超声检测采用单晶直探头或双晶直探头的纵波检测方法二、管道施工过程中的无损检测（一）各种无损检测方法在焊管生产中的配置国外在生产中常规的主要无损检测配置如下图一中的 A、B C E、F、G H工序我国目前生产中的检测配置主要岗位如下图中的 A、C D E、F、G H工序图一大口径埋弧焊街钢管生产无损检测岗位配置（二）超声检测全自动超声检测技术目前在国外已被大量应用于长输管线的环焊缝 检测，与传统手动超声检测和射线检测相比，其在检测速度、缺陷定量准 确性、减少环境污染和降低作业强度等方面有着明显的优越性。

全自动相控阵超声检测系统采用区域划分方法，将焊缝分成垂直方向 上的若干个区，再由电子系统控制相控阵探头对其进行分区扫查，检测结 果以双门带状图的形式显示，再辅以 TOFD （衍射时差法）和B扫描功能， 对焊缝内部存在的缺陷进行分析和判断全自动超声波现场检测时情况复杂，尤其是轨道位置安放的精确度、 试块的校准效果、现场扫查温度等因素会对检测结果产生强烈的影响， 因此对检测结果的评判需要对多方面情况进行综合考虑，收集各种信息，才 能减少失误三）射线检测射线检测一般使用X射线周向曝光机或丫射线源，用管道内爬行器将 射线源送入管道内部环焊缝的位置，从外部采用胶片一次曝光，但胶片处 理和评价需要较长的时间，往往影响管道施工的进度，因此，近年来国内 外均开发出专门用于管道环焊缝检测的 X射线实时成像检测设备图二 管道环焊缝自动扫描X射线实时成像系统图二为美国Envision公司生产的管道环焊缝自动扫描 X射线实时成 像系统，该设备采用目前最先进的 CMOS成像技术，用该设备完成①609mm(24in)管线连接焊缝的整周高精度扫描只需 1〜2 min ,扫描宽度 可达75 mm该设备图像分辨率可达80卩m，达到和超过一般的胶片成像 系统。

四) 磁粉检测磁粉检测的基础是缺陷处漏磁场与磁粉的磁相互作用铁磁性材料或 工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面或近表面的磁力线发生 局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下 目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小国内很少对焊管坡口面进行磁粉检测国外使用的自动检测系统，主 要采用荧光磁悬液湿法检测自动磁粉检测设备采用磁化线圈在钢管壁厚 方向对坡口面局部磁化，同时在坡口表面喷洒荧光磁悬液，凭借在该部位 装置的高分辨率摄像系统，将磁化、磁悬液喷洒区域的影像传输在旁边的 监视屏上，操作人员监视屏幕，就可以及时发现磁痕影像，找出缺陷磁粉检测适用于检测铁磁性材料表面和近表面的缺陷，因此对于奥氏 体不锈钢和有色金属等非铁磁性材料不能用磁粉检测的方法进行探伤由于马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢具有磁性，因此可以进行磁粉检测磁 粉检测可以发现表面和近表面的裂纹、夹杂、气孔、未熔合、未焊透等缺 陷，但难以发现表面浅而宽的凹坑、埋藏较深的缺陷及与工件表面夹角极 小的分层三、钢质管道管体无损检测技术钢质管道管体的无损检测，主要就是管体的完整性（如剩余壁厚、管道缺陷、表面腐蚀形态、腐蚀产物类型、腐蚀深度等）检测。

表一列出了 目前常用的管道检测技术及其检测内容种类检测内容TV摄像机"照相机着道膺蚀、堆积、污染等弹性波俭测管逍破裂漏磁通检测往壁滅薄、破裂超声波检测管壁厚度=变形等涡流检测诗壁減薄、破裂、麻点等激光检测簷内腐th变形磁化涡流检测若璧减薄、舐裂、麻点諄远距离扫面涡流检测•管内外减薄电磁超声检测管壁厚度X/Y时线检测表一管道检测技术分类（一）弹性波检测技术弹性波检测是利用管道泄漏引起的管道内压力波的变化来进行诊断 定位，一般可分为声波、负压力波和压力波三种其主要工作原理是利用 安置好的传感器来检测管道泄漏时产生的弹性波并进行探测定位这种技 术的关键是区分正常操作时和发生泄漏时的弹性波目前有两种方法，一 种是利用硬件电路的延时来进行信号过滤，另一种是结合结构模式识别和 神经网络来区分正常操作时和发生事故时产生的不同波形，从而更好地监 测管道的运行二）漏磁通检测技术漏磁式管道腐蚀检测设备的工作原理是利用自身携带的磁铁，在管壁 圆周上产生一个纵向磁回路场如果管壁没有缺陷，则磁力线封闭于管壁 之内，均匀分布如果管内壁或外壁有缺陷，则磁通路变窄，磁力线发生变形，部分磁力线将穿出管壁产生漏磁漏磁检测原理图三所示图三漏磁检测原理漏磁场被位于两磁极之间的紧贴管壁的探头检测到，并产生相应的感应信号。

这些信号经滤波、放大、模数转换等处理后被记录到检测器上的 存储器中，检测完成后，再通过专用软件对数据进行回放处理、判断识别从整个检测过程来说，漏磁检测可分为图四所示的四个部分:图四漏磁检测流程图漏磁检测技术的优点：（1）易于实现自动化；较高的检测可靠性；（2）可以实现缺陷的初步量化；（3）在管道检测中，厚度达到 30mm的壁厚范 围内，可同时检测内外壁缺陷；（4）高效，无污染，自动化的检测可以获 得很高的检测效率漏磁检测技术的局限性：（1）只适用于铁磁材料；（2）检测灵敏度低;（3）缺陷的量化粗略；（4）受被检测工件的形状限制由于采用传感器检 测漏磁通，漏磁场方法不适合检测形状复杂的试件； （5）漏磁探伤不适合开裂很窄的裂纹，尤其是闭合型裂纹；（6）不能对缺陷的类型或者缺陷的 严重程度直接作定量性的分析三）超声波检测技术管道超声检测是利用现有的超声波传感器测量超声波信号往返于缺 陷之间的时间差来测定缺陷和管壁之间的距离；通过测量反射回波信号的 幅值和超声波探头的发射位置来确定缺陷的大小和方位图五为超声波检测原理图，图中Wt代表管道正常壁厚，SO代表超声 波探头与管道内表面间的标准位移0 400 800 1200 "1600—20506 畀0 400 800~1203 1600"""2000mm图五超声波检测原理图超声波检测技术的优点：（1）检测速度快，检测成本低；（2）检测厚度大，灵敏度高；（3）缺陷定位较准确；（4）对细微的密闭裂纹类缺陷灵 敏度咼。

超声波检测的缺点：（1）由于受超声波波长的限制，该检测法对薄管 壁的检测精度较低，只适合厚管壁，同时对管内的介质要求较高； （2）当缺陷不规则时，将出现多次反射回波，从而对信号的识别和缺陷的定位提 出了较高要求；（3）由于超声波的传导必须依靠液体介质，且容易被蜡吸 收，所以超声波检测器不适合在气管线和含蜡高的油管线上进行检测，具 有一定局限性四）电磁超声检测电磁超声技术（EMAT是20世纪70年代发展起来的无损检测新技术这一技术是以洛仑兹力、磁致伸缩力、电磁力为基础，用电磁感应涡流原理激发超声波电磁超声的发射和接收是基于电磁物理场和机械波振动场之间的相 互转化，两个物理场之间通过力场相互联系从物理学可知，在交变的 磁场中，金属导体内将产生涡流，同时该电流在磁场中会受到洛仑兹力的 作用，而金属介质在交变应力的作用下将产生应力波，频率在超声波范围 内的应力波即为超声波与之相反，该效应具有可逆性，返回声压使质点 的振动在磁场作用下也会使涡流线圈两端的电压发生变化，因此可以通过 接收装置进行接收并放大显示人们把用这种方法激发和接收的超声波称 为电磁超声与传统压电超声换能器相比，EMA的优点主要有：（1）非接触检测， 不需要耦合剂；（2）可产生多种模式的波，适合做表面缺陷检测；（3）适 合高温检测；（4）对被探工件表面质量要求不高；（5）在实现同样功能的 前提下，EMA■探伤设备所用的通道数和探头数都少于压电超声；（6）发现 自然缺陷的能力强，对不同的入射角有明显的端角反射，对表面裂纹检测 灵敏度较高。

EMA的缺点：（1）EMAT勺换能效率要比传统压电换能器低 20— 40dB;（2）探头与试件距离应尽可能小；（3） EMAT仅能应用于具有良好导电性 能的材料中五）涡流检测技术涡流检测技术是目前采用较为广泛的管道无损检测技术，其原理为：当一个线圈通交变电时，该线圈将产生一个垂直于电流方向（即平行于线 圈轴线方向）的交变磁场，把这个线圈靠近导电体时，线圈产生的交变磁 场会在导电体中感应出涡电流（简称涡流），其方向垂直于磁场并与线圈 电流方向相反导电体中的涡流本身也要产生交变磁场，该磁场与线圈的 磁场发生作用，使通过线圈的磁通发生变化，这将使线圈的阻抗发生变化， 从而使线圈中的电流发生变化通过监测线圈中电流的变化（激励电流为 恒定值），即可探知涡流的变化，从而获得有关试件材质、缺陷、几何尺 寸、形状等变化的信息涡流检测技术可分为常规涡流检测、透射式涡流检测和远场涡流检测 常规涡流检测受到趋肤效应的影响，只适合于检测管道表面或者亚表面缺 陷，而透射式涡流检测和远场涡流检测则克服了这一缺陷，其检测信号对 管内外壁具有相同的检测灵敏度其中远场涡流法具有检测结果便于自动 化检测（电信号输出）、检测速度快、适合表面检测、适用范围广、安全方 便以及消耗的物品最少等特点，在发达国家得到广泛的重视，广泛用于在用管道的检测。

涡流检测技术的优点：（1）检测速度高，检测成本低，操作简便；（2） 探头与被检工件可以不接触，不需要耦合介质；（3）检测时可以同时得到 电信号直接输出指示的结果，也可以实现屏幕显示； （4）能实现高速自动 化检测，并可实现永久性记录涡流检测技术的缺点：（1）只适用于导电材料，难以用于形状复杂的 试件；（2）只能检测材料或工件的表面、近表面缺陷；（3）检测结果不直 观，还难以判别缺陷的种类、性质以及形状、尺寸等； （4）检测时受干扰影响的因素较多，易产生伪显示六） 激光检测技术激光检测系统主要包括激光扫描探头、运动控制和定位系统、数据采 集和分析系统三个部分，利用了光学三角测量的基本原理与传统的涡流 法和超声波法相比，激光检测（或轮廓测量）技术具有检测效率高、检测 精度高、采样点密集、空间分辨力高、非接触式检测，以及可提供定量检 测结果和提供被检管道任意位置横截面显示图、轴向展开图、三维立体显 示图等优点但是激光检测方法只能检测物体表面，要全面掌握被测对象的情况， 必须结合多种无损检测方法，取长补短七） 管道机器人检测技术管道机器人是一种可在管道内行走的机械，可以携带一种或多种传感 器，在操作人员的远端控制下进行一系列的管道检测维修作业，是一种理 想的管道自动化检测装置。

一个完整的管道检测机器人应当包括移动载体、视觉系统、信号传送 系统、动力系统和控制系统管道机器人的主要工作方式为 ：在视觉、位 姿等传感器系统的引导下，对管道环境进行识别，接近检测目标，利用超 声波传感器、漏磁通传感器等多种检测传感器进行信息检测和识别，自动 完成检测任务其核心组成为管道环境识。