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    随着管道运输业的发展,管道系统的安全运行越来越重要并为人们所重视。而管道系统的可靠性和有效性常常受到降解过程(如腐蚀、磨蚀、沉积、阻塞等)的较深影响,其中腐蚀过程影响最为显著。腐蚀可以引发管道的严重失效,有时还伴随着环境污染、人员伤害的风险。腐蚀引起的设备停机维修和更换,会导致经济的巨大损失。相关评估得出,在一些工业化国家中,每年因腐蚀造成的经济损失约占到国民生产总值的4.6%。因此须对管道进行有效的内检测,以防止事故的发生。dsrddser
      无损检测是一种不破坏组织结构的技术应用,目前已提出了许多依据不同原理的无损检测技术,并已在实际应用中取得显著效果,主要的无损检测技术包括如下几种。检测热线:18688243060 罗工
      1.漏磁检测技术
      智能清管器已被广泛应用于长距离输气管道的内检测中(图1)。其中漏磁式智能清管器在检测领域中占到很大份额,这种清管器采用漏磁检测技术进行腐蚀缺陷的检测和表征。
     
                   (a) 清管器                  (b) 检测原理
    图1 漏磁式清管器
       漏磁检测技术建立在铁磁性材料的高磁导率特性上。检测过程中,管壁被充分磁化,当管道内壁有腐蚀缺陷或其他异常出现时,磁通量会从管壁泄漏出来,然后被传感器检测到。泄漏的磁通量是金属材料中磁场饱和度的函数,这取决于管壁厚度的大小。当钢管中无缺陷时,磁通量绝大部分通过钢管,此时磁力线分布均匀;当钢管内部有缺陷时,磁力线发生弯曲,且部分磁通量漏出钢管表面,检测被磁化钢管表面逸出的漏磁通,可判断是否存在缺陷,通过分析传感器检测的结果,可得到缺陷的相关信息。dsrddser
      此方法在小口径及厚壁的管道使用中受限。改进的内腐蚀检测传感器(IES)。它基于“磁场扰动”的技术,测量管壁小面积内的直接磁响应,而不必要求管壁材料达到磁饱和。因此ICS的检测效果不受管壁厚度的影响。传统的漏磁检测需要对检测中产生的复杂信号进行解释,而此种方法只需要检测缺陷中心最小信号强度即可分析缺陷深度,缺陷的长度也可通过信号直接测量,优势是明显的:具有一个内在的绝对误差,检测过程是在磁场的线性变化区域内进行,检测对象不需要较高的抗磁性,可以从检测到的磁场反映中直接表征缺陷的几何形状。
    (a) 无缺陷          (b) 有缺陷
    图2 ICS工作原理(磁通线)
      2.超声波检测技术
      1)传统脉冲超声波检测
      此检测方法也叫做压电超声检测。检测时,通过垂直于管道的超声波探头,发射超声波脉冲信号,比较管内表面和外表面两次脉冲反射波之间的脉冲间距,反映出管壁壁厚,从而检测到管壁是否受到腐蚀及腐蚀程度大小。
      超声波检测可以直接对管道蚀坑深度、大小、位置进行检测,检测结果可以作为计算管道输送压力的计算依据。对厚壁管、大口径管道的检测适应性强,并对管道的应力腐蚀开裂和材料内缺陷的检测有较高精度。由于声波的传播需要介质,因此在实际检测应用中,探头与管壁间需要有油、水等声波的传播介质作为连续的耦合剂。所以,在输油管道中压电超声波检测被广泛应用,而在声波衰减较快的输气管道上,超声波检测应用受限。
     2)超声导波检测
      超声导波检测采用低频扭曲波或纵波,超声导波可以在较远的距离上传播而信号衰减很小,因此管道不开挖状态下在一个位置固定脉冲回波阵列就可做大范围的检测。电磁超声检测技术即涡流-声检测(EMAT)技术,作为超声导波的一种激励方式,是超声检测发展中的前沿技术之一,属非接触超声检测。通过在试件中震荡激发出不同形式的超声波,实现快速检测。电磁超声检测模型,见图3。
    图3 电磁超声检测管道模型
      图3中当通有高频电流的激励线圈靠近金属管道时,金属管道表层会感生出高频涡流。电磁铁在金属管道附近产生一个强磁场,涡流在强磁场作用下使管道中的带电粒子产生高频的力。这是一个高频机械振动的力,能够在试件中传播,即产生超声波,此过程可逆。从管道内缺陷部位反射回来的超声波在外加磁场的作用下形成涡流,涡流产生的磁场使得线圈两端电压发生变化,通过检测分析电压信号,可以对腐蚀缺陷进行定位与分级。
    图4 电磁超声与压电超声的对比
      图4给出了常规超声与电磁超声的异同处。两者除了激励部分是压电晶片和电磁感应的区别外,其他部分具备很多的共同点。但是电磁超声技术利用电磁作用在被测金属管道中激发出超声信号,直接接触而不需耦合剂,同时具备了常规超声检测的高精度、探伤灵敏度稳定的特点,因此适用于高速、高温的环境中,可对表面有沉积层或防护层的管道进行直接检测。
      3)脉冲涡流检测技术
      传统的涡流检测采用正弦波信号来激励驱动线圈,通过一个与驱动线圈同轴心的传感器线圈测量试样的阻抗。相对于传统的涡流检测,脉冲涡流技术使用宽频谱脉冲来激发探测器的驱动线圈,激发的脉冲分散在试样上。由于脉冲首先影响表面,因此需要应用信号时限分析来获得底面缺陷的信息。脉冲涡流(PEC)检测技术是一种的无损检测技术,已经成功应用在管道的腐蚀等缺陷检测中。
      脉冲信号输入波加到探头的激励线圈两端,周期性的宽频谱脉冲电流感生出快速衰减的脉冲磁场。而变化的磁场在金属管道中感应出脉冲涡流,向金属管道内部传播,并感应出快速衰减的涡流场。随着涡流场的衰减,检测线圈上就会感应出随时间变化的电压。由于脉冲涡流在金属管道内的传播过程是逐渐衰减的,因而管道厚度不同,最终得到的检测线圈上的瞬态感应电压信号的波形也不同。所以,通过接收瞬态感应电压信号,并对信号进行处理和分析,就可以得到金属管道壁厚与瞬态感应电压信号的关系,进而利用这种关系对导体试件厚度进行检测。
      3.光学原理类检测技术
      光学原理类的检测技术主要有闭路电视(CCTV)管道内窥检测技术、激光全息检测技术和电子散斑干涉检测技术等。此类检测技术对管道内腐蚀等缺陷的定位和分级中,具有较高的精度,且易于通过图像直观显示缺陷状况,在实际检测中优势明显。
      1)CCTV管道内窥技术
      CCTV管道内窥检测系统是由PC主控器、操纵线缆、带摄像头的爬行器三部分组成,基本原理如图5所示。光学系统由一个激光二极管、一个环形光发生器和一个电荷耦合摄像机组成。检测过程中,激光二极管和环形光发生器在管壁上投射产生与管道中心轴线正交的光圈,通过电荷耦合摄像机对光圈进行成像。主控器主要控制爬行器在管道内前进的速度和方向,控制摄像头对管内壁进行全程拍摄。
      操纵线缆将摄像机摄取的图片信息传回到PC机上,通过PC机带有的图片分析系统提取管内照片的光强度信息,可以产生管道内壁的表面图像,缺陷和异常点可以由提取出的表面图像分析识别出。
    图5 CCTV管道内窥技术原理图
     4.射线照相类检测技术
      在无损检测技术中,射线照相技术有着很大优势,因为在检测过程中它可以不移除管道的外防护层,可以在较高温的环境中进行检测。射线照相技术可以用来检测管道局部腐蚀,借助标准的图像特性显示仪测量壁厚。
      1)X射线数字化实时成像检测技术
      X射线数字化实时检测实时成像的原理是将光电转换技术与计算机数字图像处理技术相结合,把不可见的X射线图像经增强方法转换为可见的视频图像,再经计算机对图像进行数字化处理,使视频图像的对比度和清晰度达到X射线照相底片的影像质量,从而提高探伤灵敏度和缺陷识别能力。
      X射线数字化实时检测技术的优点是使胶片成像的耗材(胶片)减少,极大降低了检测费用,提高成像功效。并且检测记录可永久性保存,结果比较直观。检测技术简单,辐照范围广,检测时不需去掉管道上的保温层。
      2)红外无损检测技术
      红外无损检测技术是基于物体的缺陷区域和完整区域不同的热传导能力,使工件表面温度场分布发生异常,通过对工件表面的温度场分布情况的分析,确定工件缺陷位置和大小。
      在检测过程中,向被测管道内注入热量,部分热流向管道内部扩散,并引起管道表面温度分布的变化。对于无缺陷的管道,当热流均匀注入时,热流能够均匀的向管道内部扩散或沿管道表面扩散,因此表面的温度场分布均匀;当管道内部存在缺陷(腐蚀或夹杂等)时,热量的传播会在缺陷处加强或受阻,造成热量堆积或流失,因此表面会出现温度的高低变化。局部温差的存在会致使红外辐射强度的变化,借助红外热像仪将红外辐射转化为可见的热图,分析可以得到缺陷情况。 
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