江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院江苏泰州225500
摘要：对在用压力管道的腐蚀状况进行全面检测和评价，是有效监测压力管道运行状态，预防管道失效事故的必要手段。超声导波技术相比传统逐点测量壁厚具有高效和经济的优势，但是超声导波技术应用难度相对较大。本文阐释了超声导波技术的原理和主要的导波激励与接收方法，分析了每种超声导波检测技术的优缺点。并且重点介绍了在利用超声导波检测设备进行压力管道腐蚀检测时，导波模态的选择和腐蚀状况的分析评价方法。
关键词：压力管道；腐蚀检测；超声导波技术；模态选择；分析评价
引言
压力管道在外部环境和内部高压、腐蚀性和高温介质的作用下，极易发生腐蚀现象。而通过检测掌握腐蚀发生的精确位置、腐蚀面大小和管壁残余厚度等信息，才能基于管道运行安全及时做出正确决策。
一、超声导波技术的基本原理和应用
（一）超声导波技术的基本原理
图1超声导波检测设备基本原理示意图
利用超声导波技术检测压力管道的腐蚀状况，是通过检测设备的探头向管道发送低频超声波，通过延管周方向均匀布置的探头，仪器的激励单元所发射的超声波沿压力管道的轴向对称传播。而当超声波遇到因腐蚀产生的壁厚变化时，会产生反射回波，传回检测探头并被仪器的接收单元接收。因此，通过分析计算导波传播速度、回波的反射所用的时间以及回波的模态等参数，能够得到管道腐蚀的位置和管壁厚度变化的数据信息。超声导波检测设备基本原理示意图见图1。
（二）超声导波技术的类型及其在压力管道检测中的应用
根据超声波的激励方式和接收方法，可以将超声导波检测技术分为三种基本类型：压电、脉冲激光和电磁式。其中在压力管道腐蚀的检测中，最常应用的是压电式超声导波检测技术，其超声波激励和接收原理是利用压电材料独特的电性能--压电效应。利用压电晶体或复合材料制成的压电传感器，在外电压下会产生振动，超声导波检测设备正是利用压电传感器探头通过耦合介质，将这种振动传递给压力管道，形成激励导波[1]。反之管道腐蚀点形成的反射波又通过压电探头转化成电压信号，传递给设备的信号接收单元。其次，电磁式超声导波检测技术是基于磁致伸缩效应和络伦兹力原理，通过电磁声传感器在被测对象中激励和接收超声波。由于电磁声传感器可以在与被检测对象一定距离的条件下工作，因此比压电式传感器检测的效率更高。最后，脉冲激光式检测技术是利用激光激励超声波，以点源、线源或线源阵列形式利用激光脉冲照射被检测对象表面。脉冲激光检测仪器的信号接收单元为激光干涉仪，而激励单元则是激光发生器，因此设备造价昂贵。上述三种超声导波检测技术的优缺点详见表1所示。
表1.不同激励和信号接收形式的超声导波检测技术优缺点
二、超声导波技术在压力管道腐蚀检测中的应用
在压力管道腐蚀检测技术的应用方面，传统的方法是利用射线成像、磁粉检测以及超声波检测等辅以定点壁厚测量和监测，对在用压力管道的腐蚀状况进行评价和监控。而这种方法的根本问题是检测效率低、需要拆除管道的保温防腐层，而且无法对穿越公路、河流的地下管道以及架空等难以到达部位的管道进行检测，而超声导波技术却可以解决上述问题。
（一）导波模态和频率的选择
在利用超声导波技术对压力管道进行腐蚀检测时，导波模态和频率的选择决定了检测仪器对腐蚀状况的灵敏度。这是由于在检测过程中多种模态的导波信号互相叠加和转化，导波的位移分布和模态变化十分复杂。因此，要想提取出有效的检测信号，必须根据被检测管道的特点，合理的选择导波模态和频率，通常情况下会使用纵向L（0，2）和扭转T（0，1）模态的导波[2]。在确定导波模态和频率后，可以在压力管道的特定部位去除保温隔热层，将检测仪器的探头布置好开始检测，一般情况下通过一个固定点位，可以一次性检测百米以上长度的压力管道腐蚀状况，在无需大面积破坏管道保护层和开挖地埋管道的情况下，能够快速完成压力管道的全面检测。
（二）超声导波检测结果的分析和评价
利用超声导波技术对压力管道进行腐蚀检测，检测结果的分析评价是最重要的环节，需要检测人员具备比较丰富的经验和一定的技术水平。目前应用比较广泛的检测设备均是国外几家科研单位的产品，根据检测设备原理的不同有不同的分析软件和应用方法。但是对腐蚀缺陷的判断和分析都是基于仪器接收到的回波的各项参数，通过波形幅值判断管道截面变化状况，从而了解有无腐蚀，依据波速计算回波产生--腐蚀发生的位置。
三、结束语
超声导波技术在压力管道的腐蚀检测中所起到的作用已经越来越重要，是目前对压力管道进行全面腐蚀检测和在线监测最有效的方法。但是由于相关技术比较复杂，在实际检测中对技术人员的水平要求相对较高。
参考文献：
[1]谢浩平，夏立，叶宇峰.管道保温层下腐蚀超声导波检测[J].轻工机械，2018.
[2]王佳.超声导波在压力管道现场检测中的应用[J].环球市场信息导报，2017（41）：121-121.
[3]孟涛，何仁洋，肖勇，等.超声导波技术在压力管道腐蚀检测的应用研究[J].管道技术与设备，2010（6）：42-44.
[4]郭宏川.超声导波在压力管道腐蚀检测中的应用[J].石油和化工设备，2014（11）：57-59.
[5]唐董海.超声导波技术在压力管道缺陷检测中应用的局限性[J].化工装备技术，2013，34（5）：22-23.