传感器在管道超声导波检测中的运用研究

宋忠良

沈阳众和检测有限公司 辽宁沈阳 110000

管道是大多数工业设备中的重要构件，然而管道在服役期不可避免的会受设计载荷、腐蚀等影响发生破裂，小则影响生产、生活，大则造成重大经济损失和人员伤亡。为此，管道检测就成为保障设备安全运行的重要手段。20世纪90年代研究人员提出了一种适用于管道检测的超声导波法，该方法只需要在一个位置粘贴传感器就可以对整条管道进行检测（一次可检测20m-50m），非常适用于检测遮盖、架空等检测人员不易直接接触的管道。超声导波检测技术自提出以来得到了广大科技人员的关注。超声波在超声波管道介质中的传播在接触界面后会产生反射，并且波形会相互转化或相互干扰。超声波导波检测技术可用于长距离管道的快速检测，有效减少人工强度，也能够对整个管道的缺陷进行全面判断。

1 管道传感器检测泄漏方法

1.1 声传感器检测法

气体传输时会产生非常高的压力，如果气体破裂或腐蚀，则会向外喷射巨大的声响，管道的相互作用声源会向外辐射巨大的能量形成声波，这就是管道泄漏所发出的声音。利用传感器能够对由这些泄漏引起的声发射信号可以被迅速收集和处理，并且泄漏的具体位置可以被准确地测量[1]。

1.2 电缆检测法

泄漏检测电缆就是采用特殊的泄漏检测电缆，沿管道铺设，如果管道泄漏，电缆的电容或电阻将发生明显变化，迅速转换为电或光信号，利用传感器能够对泄漏的地点进行快速检测，帮助维修人员定位。

1.3 压力传感器检测法

当管道发生泄漏时，由于流体是物体，泄漏处会产生局部的液体减少，产生瞬时的压力差。在泄漏点和泄漏点下面都有生命活动，传播速度快，以泄漏前压力为参照标准，所产生的减压波又称为负压力波可以在上游和下游快速传播，迅速衰减，具有垂直的前沿，可以在上游和下游安装传感器，监视管道压力并快速捕获压力变化以准确判断发生管道泄漏事故的负压力波上下管道，检测时间差，与管道配合使用。通过速度分析，精确地计算出泄漏点。

1.4 超声波检测法

当超声波在管道中传播介质时，界面会来回反射以形成复杂的波形转换。选择不同的传感器，激励单一或不同模态导播对管道进行快速检查。超声导波技术可以对难以接触到的管道进行检测。这种技术可以精确定位管道上需要进一步检测的区域，从而避免了在没有探测到缺陷的情况下，挖掘土地、去除涂层、搭建脚手架等一系列不必要的工作。这种技术的使用不仅可大量减少操作费用，而且对于不能使用清管器的管道来说，还是一种有效的检测方案。超声导波技术可以从管道上的一个单一检测位置普测整个管壁，可覆盖的管道长度达几十米；而常规UT技术只能检测传感器下面或附近的局部区域[2]。超声导波检测技术可以普测整个管壁，从探头组装圈位置开始，可覆盖组装圈两侧以外几十米长的管道距离。完成超声导波检测后，只需对管道上带有缺陷的特定位置进行验证性检测。超声导波系统与其它NDT技术结合在一起使用，有助于在不影响数据质量的情况下，最大限度地提高完成腐蚀管理项目的效率。

1.5 漏磁检测法

漏磁检测主要是利用铁磁材料的高磁导率来测量管道泄漏引起的磁导率变化。管道漏磁就是指管道关闭磁化之后，根据传感器检测管壁泄漏的具体情况，来确定管道中的泄漏点具体位置。

2 超声导波检测技术的应用方向及发展趋势

管道在敷设过程中部分管段需要跨越河流、水库、铁路、国道等，敷设环境恶劣，地质条件复杂，施工、检验维修困难。常规的检验方法需要埋地段大面积的土方开挖，架空段保温拆除，以达到对管道本体的局部检测，并不能全方位地对整条穿跨越段进行检测。超声导波检测技术只需要在管道附近架设相应的监测点，就可以轻松实现对整条管道情况的检测，相对来说降低了检测成本，提高了检测效率和检验质量[3]。

超声导波检测技术能够利用声波和回波，穿透管道厚度的原理，实现管道的检测。超声导波检测技术在我国还处于起步阶段，并没有得到普遍意义上的应用和推广，在未来推进超声导波检测技术发展过程中，还需要从下列几点入手。

2.1 加强实验室资源转化效率，提升超声导波检测技术的实用效率

实验室资源转化效率是一项技术是否具有实用价值的重要衡量标准，因此，超声导波检测技术需要加强实践研究和试验，增强其在管道检测中的实用性。在这一过程中，需要管道相关企业给予实验室相应的数据支持和场地支持，稳步推进超声导波检测技术在管道中的应用。

2.2 增强资金设施支持，推进信号分析技术研究和发展

一项新技术的诞生和发展需要前期的大量投入，因此，政府相关部门以及科研院校应该增强超声导波检测技术的资金以及软硬件设施支持，加强国外学习等，不断提升超声导波检测技术的准确性。加强信号分析技术的研究和发展是推进超声导波检测技术在管道中应用的关键。

2.3 重视超声导波检测技术人才培养

超声导波检测技术属于高新检测技术，需要重视人才的培养。这需要相关检测机构加强与科研院校的合作和人才对接工作，能够对接技术发展需求和人才培养方向，为我国管道超声导波检测技术的发展培养点对点的专业人才。

总之，管道导波检测利用传感器能够快速激励和接收导波，对管道故障进行准确判断。传感器是否能够有效激励或接收超声导波，与管道尺寸导波特点和工况具有非常紧密的联系，只有选择性能良好超声导波头传感器，可以刺激单个或多个不同模式的导波，对管道进行全面检测。