金属压力容器压力管道裂纹无损检测技术分析

孙文生 李庆男 杨旭 赵志强

中特检管道工程（北京）有限公司 北京 100000

引言

金属压力容器压力管道使用过程中往往容易受到容器内外部环境因素的影响而导致腐蚀，其中最主要的影响因素就是电化学腐蚀，比如CaCO3腐蚀、H2S腐蚀、CO2腐蚀、CO腐蚀及土壤腐蚀等，这些腐蚀都会使金属压力容器压力管道的力学、耐久性能降低，比如韧性、塑性及强度等，还会破坏金属构件几何、完整性，从而使裂纹出现在金属结构中，使金属压力容器压力管道的寿命不断缩短。而无损检测技术能够保证金属压力容器压力管道的安全、稳定运行，因此有必要对其进行研究。

1 金属压力容器压力管道裂纹无损检测技术分类

按照相关规定，金属压力容器裂纹检测分为运行中在线检测和停止运行后的裂纹检测，正常情况下，每个月都需要进行一次在线检测，每周要进行一次停止后裂纹检测。

此外，还可以将金属压力容器裂纹检测分为内部裂纹检测技术和外部裂纹检测技术。内部裂纹检测技术就是将检测器安装在金属容器压力管道内部检测内壁裂纹情况的检测技术，主要包括自动化无损检测技术、漏磁无损检测技术等。传统检测技术的缺点比较多，比如工作效率低、误差大等，对于检测需求已经无法进行满足，从而需要完善容器管道裂纹技术，因此研究金属压力容器裂纹无损检测技术，将其应用价值提高，进一步确保管道内部良好的运行环境[1]。

2 金属压力容器管道裂纹无损检测技术分析

安装过程中的无损检测和管道使用中无损检测技术是金属压力容器裂纹检测技术的主要内容，本次主要对管道运行中裂纹无损检测技术进行研究，因此不过多说明安装中检测技术。对于金属压力容器管道使用中裂纹检测技术而言，其实施具有一定难度，因为运行状态下的环境一般比较恶劣，具有复杂的检测条件，很容易受到外界因素干扰。本次针对表面缺陷进行研究，并且借鉴国外经验，提出微波无损检测技术。频率在150MHz到200MHz的电磁波就是微波，在金属介质和非金属介质间电磁波会表现出不同特征，比如微波在金属类东西中就会具有传递性和穿透性，而在非金属中具有反射性和吸收性。根据金属表面裂纹阻断传递电磁波来检测管道裂纹情况[2]。

该技术的理论基础是电磁波均匀传输线理论、金属、非金属导电波理论，检测与识别金属容器管道裂纹缺陷，在此基础上分析金属电磁波变化从而对裂纹缺陷特征进行检测和识别。微波技术的应用，可以将电磁波发射到金属管道内，在波导理论指导下，应用无线传感技术对微波信号进行采集，再处理和分析数据，进一步掌握电磁波变化规律，然后对金属容器压力管道内外径表面裂纹进行检测和定位。本文将从三个方面分析该项技术，具体分析情况如下:

2.1 对金属压力容器压力管道进行采集数据分析

传递与穿透特性是电磁波及金属介质的特点，而吸收与反射是非金属介质的特征，在电磁波传导原理的指导下，电磁波信号源就是微波振荡器，将电磁波发射到金属压力容器管道内，信号接收装置则是无限传感器，从而对金属压力容器管道微波信号进行采集与数据分析。

具体流程是在利用无损电缆在金属压力容器管道待测两端接入微波振荡器反射电桥两端，反射电桥一端连接无线传感器，并且保持无线传感器与待测金属是垂直状态，利用微波振荡器经电磁波发射到容器管道内，利用无线传感器逐点扫描容器管道，最后将电磁波信号采集到。为保证采集信号的准确性，在采集数据前需要校准微波发射装置、信号采集装置、电磁波导入口、导出口开路、短路。微波导入频率的不同是由于压力容器管道内不同长度内外径决定的，15～16mm内径长度的微波频率在47～48MHz范围内；19～20mm外径长度的微波频率在48-49MHz范围内[3]。

2.2 对金属压力容器压力管道进行处理数据分析

如果电磁波发射信号为突发型，通过采集无线传感装置的记录信号达到时间来确定金属压力容器压力管道裂纹定位相关参数。周围存在的电缆、高压线等其他金属介质都会干扰采集信号，这时采集到的微波信号就会呈现出连续性特点，而采集到的发射参数对于检测裂纹也没有任何价值，包括微波上升时间、持续时间、幅度分布等。此外，还要集中处理采集到的数据，因为会有很多问题出现，比如微波多模态现象、在结构中传播电磁波具有频性、电磁波发射的衰减性等，都会使采集到的信号出现时间差。因此，要对采集到的信号应用小包变换法进行处理，先分解采集到的微波信号，然后对各个频段信号进行分解[4]。

3 结束语

综上所述，由于金属压力容器管道是石油和天然气的主要运输设备，因此受到社会的广泛关注，为满足检测管道裂纹需求，将微波技术应用到检测中从而形成新的检测技术，使金属压力容器管道裂纹检测技术水平得到大幅度提升，使检测误差不断降低，实现其较高的应用价值。尽管当前其应用已经取得一定成果，但还存在一些不足和问题，需要对其进行改进和完善，从而确保金属压力管道正常运行。