石油和天然氣的管道輸送作為一種經(jīng)濟(jì)高效的運(yùn)輸方式，使得長(zhǎng)輸油氣管道成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的能源動(dòng)脈。長(zhǎng)距離、大口徑、高鋼級(jí)、高壓力管道在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，受輸送工況、土壤環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害、動(dòng)土施工等因素的影響，在管道本體及焊縫處容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋（SCC）、疲勞和縮皺裂紋、月牙裂紋、氫致裂紋（HIC）等缺陷，這些缺陷會(huì)引起管道力學(xué)強(qiáng)度的下降，進(jìn)而可能引起管道輸送介質(zhì)泄漏、爆炸等事故的發(fā)生。

 

目前，國(guó)內(nèi)將高鋼級(jí)、大口徑管道的環(huán)焊縫質(zhì)量安全事故提升為管道安全的重大安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)響應(yīng)，特別是針對(duì)管道環(huán)焊縫裂紋類缺陷的隱患排查已成為重中之重，因此，必須采取行之有效的管道裂紋檢測(cè)技術(shù)全面排查管道環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，確保油氣管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

 

油氣管道裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

 

長(zhǎng)輸油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)是利用管輸介質(zhì)（石油或天然氣）驅(qū)動(dòng)內(nèi)檢測(cè)裝置在管道內(nèi)隨介質(zhì)運(yùn)行，內(nèi)檢測(cè)裝置上搭載的電子系統(tǒng)和不同類型傳感器，可實(shí)時(shí)檢測(cè)和記錄管道上的變形、腐蝕、裂紋等損傷情況及其準(zhǔn)確位置信息，以便于后期對(duì)損傷情況進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，了解管道上各類缺陷的危害程度，為系統(tǒng)維修提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

 

內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可預(yù)防和有效減少油氣管道安全事故并節(jié)約維修資金，是保障油氣管道安全的重要措施。

 

針對(duì)油氣管道上存在的裂紋類缺陷（包含開(kāi)口和非開(kāi)口裂紋兩種），常用的內(nèi)檢測(cè)方法有壓電超聲裂紋檢測(cè)（UTCD）、電磁超聲檢測(cè)（EMAT）、可控相位的超聲波陣列檢測(cè)和渦流檢測(cè)等。

 

其中，壓電超聲裂紋檢測(cè)采用超聲波直接檢測(cè)被檢管道上的裂紋缺陷，具有檢測(cè)精度和靈敏度高、量化準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，但要求被檢管道與壓電超聲傳感器之間有耦合劑，因此僅適用于水、原油和成品油等液體輸送管道的裂紋檢測(cè)。

 

電磁超聲裂紋檢測(cè)利用電磁-聲耦合轉(zhuǎn)換方法，以洛倫茲力、磁致伸縮效應(yīng)為基礎(chǔ)，激勵(lì)和接收超聲波，不需要耦合介質(zhì)，可適用于氣體輸送和液體輸送管道，但受電磁超聲換能器尺寸和換能效率的影響，其設(shè)備很難小型化，僅用于中大口徑管道的裂紋檢測(cè)。

 

可控相位的超聲波檢測(cè)陣列與壓電超聲檢測(cè)原理基本相同，可同時(shí)進(jìn)行裂紋和腐蝕缺陷的檢測(cè)，但檢測(cè)過(guò)程中要求檢測(cè)器在一個(gè)相對(duì)較低的速度范圍內(nèi)運(yùn)行，因此適用性受到了一定的限制。

 

渦流檢測(cè)利用電磁感應(yīng)原理對(duì)被檢金屬管道進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，受限于趨膚效應(yīng)、磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等因素的影響，只能檢測(cè)管壁及附近區(qū)域的缺陷，且對(duì)裂紋類缺陷的判別、分析和量化，需要輔以特殊的信號(hào)處理技術(shù)及算法。

 

另外，也有一些國(guó)外檢測(cè)公司采用超高清漏磁金屬損失檢測(cè)技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)油氣管道上的開(kāi)口裂紋缺陷，但其為間接測(cè)量方式，難以定量描述裂紋類型和尺寸大小，檢測(cè)效果并不理想。

 

因此，壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)成為目前在役油氣管道裂紋缺陷內(nèi)檢測(cè)及完整性評(píng)價(jià)的首選。

 

此外，為了實(shí)現(xiàn)壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在氣體管道工況中的推廣應(yīng)用，可根據(jù)長(zhǎng)輸管道發(fā)、收球站的站間距，場(chǎng)站工藝設(shè)備條件，輸送介質(zhì)工況等因素進(jìn)行綜合分析，采用間隔封堵耦合介質(zhì)的發(fā)、收球工藝完成氣體管道的壓電超聲裂紋檢測(cè)。

 

壓電超聲裂紋檢測(cè)技術(shù)在氣體管道中的應(yīng)用如圖1所示，該工藝拓展了壓電超聲管道裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在輸氣管道裂紋內(nèi)檢測(cè)應(yīng)用中的適用性。

 

圖1 壓電超聲裂紋檢測(cè)技術(shù)在氣體管道中的應(yīng)用示意

 

壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)原理

 

對(duì)于液體輸送管道，輸送介質(zhì)（油、水等）是天然的耦合劑。進(jìn)行管道裂紋檢測(cè)時(shí)，壓電超聲傳感器發(fā)射一定時(shí)寬的超聲波，該超聲波傾斜入射到管道內(nèi)壁，在分界面發(fā)生反射和折射。折射波存在折射縱波和折射橫波。

 

一般情況下，管材中的縱波速度Vp、橫波速度Vs和輸送液體介質(zhì)中的縱波速度Vf，存在Vp>Vs>Vf的關(guān)系，所以入射角α、橫波折射角β和縱波折射角γ存在α<β<γ的關(guān)系。

 

隨著入射角的增大，折射角也隨之增大，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，縱波折射角γ=90°，隨著入射角繼續(xù)增大，折射縱波消失，僅存在折射橫波。

 

當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，橫波折射角β=45°，此折射橫波在管道內(nèi)傳播，在管道內(nèi)外表面發(fā)生多次反射。

 

如果管道存在裂紋缺陷，這個(gè)折射橫波則被反射，基本沿原路徑返回傳播，被同一超聲波傳感器接收。

 

通過(guò)分析裂紋反射波的傳播時(shí)間，幅度和相位等信息，可以實(shí)現(xiàn)裂紋缺陷的量化和定位，從而識(shí)別各種裂紋和類裂紋缺陷，壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)原理如圖2所示。

 

圖2 壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)原理示意

 

國(guó)外技術(shù)進(jìn)展

 

由于國(guó)外油氣管道建設(shè)和發(fā)展起步較早，對(duì)于壓電超聲管道檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用也相對(duì)較早。

 

20世紀(jì)80年代中期，國(guó)外開(kāi)始將基于壓電超聲原理的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于管道內(nèi)檢測(cè)領(lǐng)域，最初是利用壓電超聲測(cè)厚儀進(jìn)行管道剩余壁厚的檢測(cè)。

 

隨著管道服役期增加，管體和焊縫裂紋的出現(xiàn)，開(kāi)展了將超聲導(dǎo)波技術(shù)應(yīng)用到液體管道裂紋檢測(cè)方面的研究工作。

 

1963年，F(xiàn)ITCH等在圓形金屬管道中激勵(lì)出了幾種簡(jiǎn)單的導(dǎo)波模態(tài)，并得到了導(dǎo)波模態(tài)下的頻散曲線，為管道的裂紋檢測(cè)提供了理論和方法參考。

 

SILK等利用壓電超聲換能器在帶有裂紋的水蒸氣管道內(nèi)部激勵(lì)超聲波，得到了L(0,1)模態(tài)的導(dǎo)波，并對(duì)該管道進(jìn)行了簡(jiǎn)單的檢測(cè)，為壓電超聲裂紋檢測(cè)的工程應(yīng)用提供了可行性依據(jù)。

 

BROOK等通過(guò)在管道兩側(cè)施加軸向應(yīng)力載荷模擬管道真實(shí)工況，激勵(lì)出了L(0,2)模態(tài)的導(dǎo)波，對(duì)管道進(jìn)行了裂紋類缺陷的超聲檢測(cè)。

 

PARK等開(kāi)展了對(duì)稱模式的超聲導(dǎo)波對(duì)長(zhǎng)輸液體管道內(nèi)表面缺陷的檢測(cè)試驗(yàn)研究，同時(shí)開(kāi)展了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明，對(duì)稱模式的導(dǎo)波對(duì)管體的內(nèi)表面裂紋類缺陷最為敏感，對(duì)稱模式能量損失最小。

 

以上研究及試驗(yàn)均證明了超聲導(dǎo)波應(yīng)用于液體管道裂紋類缺陷檢測(cè)的可行性和有效性。

 

壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，最早可追溯到美國(guó)的PII公司，該公司于1994年研發(fā)出了第一套壓電超聲管道軸向裂紋內(nèi)檢測(cè)器。

 

隨著壓電復(fù)合材料科學(xué)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和機(jī)械制造水平的不斷提高，油氣管道壓電超聲裂紋檢測(cè)技術(shù)及裝備在檢測(cè)精度、定位精度、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析處理、續(xù)航能力、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、通過(guò)性能等方面都有了很大進(jìn)步。

 

其中比較有代表性的如德國(guó)的NDT公司、ROSEN公司和美國(guó)的BAKER HUGHES公司（整合了PII和Weatherford等多家公司在油氣管道檢測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)）等均可提供商業(yè)化的油氣管道壓電超聲腐蝕檢測(cè)技術(shù)服務(wù)。其研發(fā)的壓電超聲裂紋檢測(cè)設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)均為多節(jié)串聯(lián)樣式，通常包含能源驅(qū)動(dòng)節(jié)、檢測(cè)節(jié)、電子系統(tǒng)節(jié)等模塊，根據(jù)適用口徑、通過(guò)能力、功能復(fù)合等方面的要求，結(jié)構(gòu)形式上略有不同。

 

美國(guó)BAKER HUGHES公司技術(shù)進(jìn)展

 

美國(guó)的BAKER HUGHES公司（2017年與PII公司合并）是國(guó)外最早研究壓電超聲腐蝕和裂紋檢測(cè)技術(shù)的管道檢測(cè)公司，基于多年壓電超聲裂紋檢測(cè)的工程應(yīng)用，擁有大型內(nèi)部裂紋數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)庫(kù)。

 

其最新研發(fā)的UltraScan TM CD/CDP/CD Edge系列壓電超聲管道軸向裂紋檢測(cè)器如圖3所示，可在高流速下完成高精度檢測(cè)，主要適用于管體應(yīng)力腐蝕裂紋，還可檢測(cè)焊縫的疲勞和收縮裂紋。

 

圖3 UltraScan TM CD/CDP/CD Edge系列軸向裂紋壓電超聲檢測(cè)設(shè)備實(shí)物

 

這些系列檢測(cè)器可檢出管道本體和焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的軸向裂紋和類裂紋缺陷，深度量化精度為±0.7 mm，長(zhǎng)度量化精度為±7.5 mm，其中，CD Edge系列檢測(cè)器可檢測(cè)長(zhǎng)度為15 mm的微小裂紋。

 

美國(guó)的BAKER HUGHES公司及GE PII公司的壓電超聲裂紋檢測(cè)技術(shù)于1998年開(kāi)始成熟并大規(guī)模投入工程應(yīng)用，其在加拿大、美國(guó)等北美地區(qū)的原油、成品油、礦漿和水等液體輸送管道中得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)排查威脅管道安全的裂紋缺陷，提高北美地區(qū)的長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)營(yíng)安全起到了關(guān)鍵作用。

 

2007年，中海油潘-禹作業(yè)區(qū)管徑為325 mm的海底原油管道采用PII公司的壓電超聲內(nèi)檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展了管道完整性技術(shù)評(píng)估，之后中國(guó)石油漠-大管道管徑為720 mm的陸地輸油管道也采用了該項(xiàng)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了管體裂紋檢測(cè)，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)油氣管道壓電超聲裂紋檢測(cè)技術(shù)工程應(yīng)用的先河。

 

德國(guó)ROSEN公司技術(shù)進(jìn)展

 

德國(guó)ROSEN公司是世界范圍內(nèi)為數(shù)不多的同時(shí)擁有基于壓電超聲原理的管道軸向和周向裂紋檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備的管道檢測(cè)公司，其研制了系列化的軸向裂紋超聲檢測(cè)設(shè)備ROCD UT-C（圖4）和環(huán)向裂紋超聲檢測(cè)設(shè)備ROCD UT-A（圖5），該設(shè)計(jì)采用了一種強(qiáng)健靈活的傳感器支撐機(jī)械結(jié)構(gòu)，為檢測(cè)結(jié)果的精度和分辨率提供了技術(shù)保證，同時(shí)采用了基于優(yōu)化的壓電傳感器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)，來(lái)完整記錄檢測(cè)原始數(shù)據(jù)（如A掃描、B掃描和C掃描）。

 

圖4 ROCD UT-C型軸向裂紋壓電超聲檢測(cè)設(shè)備實(shí)物

 

圖5 ROCD UT-A型環(huán)向裂紋壓電超聲檢測(cè)設(shè)備實(shí)物

 

經(jīng)過(guò)認(rèn)證的數(shù)據(jù)評(píng)估流程以及對(duì)A掃描數(shù)據(jù)的全面解析，可獲得高質(zhì)量的裂紋缺陷量化評(píng)估。該裂紋檢測(cè)器的軸向分辨率為2 mm，周向分辨率為8 mm，裂紋深度量化精度為±1 mm，長(zhǎng)度量化精度為±10 mm。

 

ROSEN公司的壓電超聲裂紋檢測(cè)技術(shù)在德國(guó)、俄羅斯、加拿大、美國(guó)和墨西哥等國(guó)的長(zhǎng)輸原油管道檢測(cè)中進(jìn)行了廣泛的商業(yè)應(yīng)用，累計(jì)檢測(cè)里程超過(guò)30×104 km，是歐洲擁有壓電超聲檢測(cè)技術(shù)最完備的技術(shù)公司。

 

德國(guó)NDT公司技術(shù)進(jìn)展

 

德國(guó)的NDT公司是一家專注壓電超聲檢測(cè)技術(shù)服務(wù)的專業(yè)化公司，其研發(fā)了Evo Series 1.0 UC型壓電超聲軸向裂紋內(nèi)檢測(cè)器，如圖6所示。

 

圖6 Evo Series 1.0 UC型壓電超聲軸向裂紋內(nèi)檢測(cè)設(shè)備實(shí)物

 

該檢測(cè)器采用脈沖回波技術(shù)，即同一傳感器完成超聲波的發(fā)射和接收，即使1 mm深的微小裂紋也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的反射信號(hào)，同時(shí)通過(guò)與傳感器匹配的優(yōu)化算法處理，可獲得良好的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

 

該檢測(cè)器能夠識(shí)別出管道本體和焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的軸向裂紋和類裂紋缺陷；對(duì)于深度為1~4 mm的裂紋深度量化精度為±1 mm，深度≥4 mm的裂紋深度量化精度為±1.3 mm、長(zhǎng)度量化精度為±10 mm。

 

此外，該設(shè)備上還搭載有基于壓電超聲原理的幾何測(cè)徑傳感器，能夠檢測(cè)被檢管道的變形情況，從而完成對(duì)管道完整性管理的綜合評(píng)價(jià)。

 

該公司的壓電超聲復(fù)合檢測(cè)技術(shù)可集幾何測(cè)徑、裂紋檢測(cè)等功能于一體，可通過(guò)一次檢測(cè)，完成多種功能的檢測(cè)，因此具有高效性和低成本的特點(diǎn)。該公司在包括歐美的全球30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)立了技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)，為液體輸送管道的壓電超聲檢測(cè)技術(shù)提供解決方案和一站式服務(wù)。

 

國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)展

 

由于管道壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)對(duì)材料科學(xué)、電子技術(shù)和裂紋檢測(cè)機(jī)理和基礎(chǔ)研究的要求較高，我國(guó)的管道壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)起步較晚，同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所的劉鎮(zhèn)清等較為全面地介紹了圓形管道中超聲導(dǎo)波及其在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用。

 

程載斌等開(kāi)展了超聲導(dǎo)波在管道檢測(cè)應(yīng)用中的研究進(jìn)展綜述，并進(jìn)行了管道中的縱向軸對(duì)稱導(dǎo)波裂紋檢測(cè)的數(shù)值模擬，提出了斜探頭在單一頻率下產(chǎn)生一種波的模態(tài)，但是可以更容易控制由波的反射、干涉及衍射形成的復(fù)雜導(dǎo)波的模態(tài)。

 

直到21世紀(jì)20年代，國(guó)內(nèi)僅有幾家企業(yè)和科研院所相繼開(kāi)展管道壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用方面的研究工作，并取得了一定的研究成果。

 

山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司技術(shù)進(jìn)展

 

2015年，山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司依托國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，開(kāi)展了輸油管道壓電超聲內(nèi)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用。

 

2017年成功研制了一套輸油管道超聲內(nèi)檢測(cè)裝置，如圖7所示，該裝置具體包括檢測(cè)器機(jī)械系統(tǒng)、超聲波傳感器、超聲電子、系統(tǒng)實(shí)時(shí)信號(hào)處理軟件、信息后處理及分析軟件。其采用新一代水浸探頭，將超聲波信號(hào)的發(fā)射、接收、數(shù)模轉(zhuǎn)換功能、數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)等功能高度集成在電子系統(tǒng)中，提高了檢測(cè)精度和靈敏度。

 

圖7 山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司研制的輸油管道超聲內(nèi)檢測(cè)裝置實(shí)物

 

該裝置可適應(yīng)輸油管線現(xiàn)場(chǎng)工況條件，對(duì)輸油管線的腐蝕及裂紋缺陷進(jìn)行可靠精確地檢測(cè)，但目前沒(méi)有其成功進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及開(kāi)挖驗(yàn)證的相關(guān)報(bào)道。

 

中海油能源發(fā)展股份有限公司技術(shù)進(jìn)展

 

2019年，中海油能源發(fā)展股份有限公司下屬的中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司提出了一種長(zhǎng)輸管道壓電超聲探傷內(nèi)檢測(cè)器，如圖8所示。

 

圖8 中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司的長(zhǎng)輸管道壓電超聲探傷內(nèi)檢測(cè)器裝置結(jié)構(gòu)示意

 

① 前部限位架；② 后部檢測(cè)臂；③ 測(cè)厚探頭；④ 探傷探頭；⑤ V型彈簧片

 

該裝置包括一個(gè)與管道內(nèi)徑適配的前部限位架和多個(gè)后部檢測(cè)臂，前部限位架和后部檢測(cè)臂均是由彈性材料制成的，后部檢測(cè)臂采用折彎結(jié)構(gòu)，所有后部檢測(cè)臂的傾向一致。

 

在每個(gè)后部檢測(cè)臂上均安裝有多個(gè)測(cè)厚探頭和多個(gè)探傷探頭，相鄰的兩個(gè)后部檢測(cè)臂的傾斜檢測(cè)段通過(guò)多個(gè)V型彈簧片連接在一起。

 

所有探傷探頭的聲場(chǎng)覆蓋管道的整個(gè)周向，所有測(cè)厚探頭的聲場(chǎng)覆蓋管道的整個(gè)周向，能夠在一次作業(yè)中完成管道壁厚損失型缺陷及裂紋缺陷的全面檢測(cè)。

 

該裝置僅作為探頭的支撐結(jié)構(gòu)部分，缺少對(duì)應(yīng)的超聲激勵(lì)電子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元及形成內(nèi)檢測(cè)裝置的成套封裝結(jié)構(gòu)，因此不具備工業(yè)化現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的能力和條件。

 

蘇州普萊瑞檢測(cè)科技有限公司技術(shù)進(jìn)展

 

2021年，蘇州普萊瑞檢測(cè)科技有限公司提出了一種輸油管道用壓電超聲檢測(cè)探頭節(jié)及管道內(nèi)檢測(cè)器，如圖9所示。

圖9 蘇州普萊瑞檢測(cè)科技有限公司的輸油管道用壓電超聲檢測(cè)探頭節(jié)及管道內(nèi)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意

 

① 探頭架；② 柔性臂；③ 陣列式探頭組件

 

探頭節(jié)由探頭架和前后兩排陣列式探頭組件構(gòu)成。探頭架上安裝有呈周向分瓣?duì)钤O(shè)置的多個(gè)柔性臂，柔性臂由柔性高分子材料加工而成，以保證探頭架緊貼管道內(nèi)壁并在通過(guò)管道彎頭部位時(shí)可彎曲變形進(jìn)行適應(yīng)。

 

探頭架內(nèi)包括兩排陣列式探頭組件，每一排的陣列式探頭組件均包括沿管道圓周方向均勻陣列分布的至少兩個(gè)超聲檢測(cè)陣列式探頭。每個(gè)超聲檢測(cè)陣列式探頭均覆蓋一定的周向檢測(cè)區(qū)域，通過(guò)搭載的所有陣列式探頭進(jìn)行組合安裝，可完成對(duì)管壁圓周方向的全覆蓋。

 

超聲檢測(cè)陣列式探頭由腐蝕檢測(cè)探頭、裂紋檢測(cè)探頭或者兩者混合組成。目前，未見(jiàn)到該內(nèi)檢測(cè)器工業(yè)應(yīng)用結(jié)果的公開(kāi)報(bào)道。

 

中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司技術(shù)進(jìn)展

 

2016年，中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“油氣管道及儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施缺陷損傷檢測(cè)技術(shù)及裝備研制”開(kāi)展了基于壓電超聲原理的管道腐蝕及裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)研究，成功研制了國(guó)內(nèi)首套適用于管徑813 mm干線原油管道的壓電超聲腐蝕內(nèi)檢測(cè)器，如圖10所示，并于2021—2023年先后完成了中緬原油管道國(guó)內(nèi)段（彌渡-祿豐段、保山-彌渡段、瑞麗-保山段）全線630 km的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并經(jīng)開(kāi)挖驗(yàn)證確認(rèn)了檢測(cè)器檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析量化的準(zhǔn)確可靠性。

 

圖10 中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司的壓電超聲腐蝕內(nèi)檢測(cè)器實(shí)物

 

截至目前，中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司已經(jīng)獨(dú)立自主掌握了壓電超聲腐蝕內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)裝備的國(guó)產(chǎn)化和適用口徑的系列化設(shè)計(jì)。

 

2022年以來(lái)，中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司開(kāi)展了壓電超聲管道裂紋檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)性研究，以及超聲波傾斜入射至管道內(nèi)壁時(shí)的，最佳折射橫波全反射的斜波入射角度分析；并利用多通道壓電超聲靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)（圖11）開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)室工況下壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的驗(yàn)證和量化模型研究。

圖11 多通道壓電超聲靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)

 

結(jié)論與展望

 

隨著壓電復(fù)合材料技術(shù)、微傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、信號(hào)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步，管道壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)裝備的檢測(cè)能力、技術(shù)指標(biāo)、智能化水平顯著提高。

 

國(guó)內(nèi)的部分高校、科研院所和技術(shù)企業(yè)雖然在壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究探索，并取得了一定的科研成果，但并未研制成功真正具備在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件下應(yīng)用的壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)裝備，與國(guó)外已經(jīng)投入商業(yè)化運(yùn)行的壓電超聲裂紋內(nèi)檢測(cè)設(shè)備相比，科研水平和技術(shù)實(shí)力還有顯著差距。

 

如何早日實(shí)現(xiàn)壓電超聲裂紋檢測(cè)技術(shù)及裝備的國(guó)產(chǎn)化研制及工業(yè)化應(yīng)用，仍然需要從壓電超聲裂紋檢測(cè)機(jī)理研究、傳感器性能優(yōu)化設(shè)計(jì)、壓電超聲裂紋檢測(cè)系統(tǒng)集成及小型化等方面入手，加大科研投入和技術(shù)開(kāi)發(fā)。

 

另外，在壓電超聲裂紋技術(shù)的基礎(chǔ)上，高精度復(fù)合檢測(cè)是壓電超聲管道檢測(cè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。內(nèi)檢測(cè)裝備將朝著模塊化、多功能集成化、智能化的目標(biāo)邁進(jìn)。

 

通過(guò)一次檢測(cè)，根據(jù)需要完成基于壓電超聲技術(shù)的幾何測(cè)徑、金屬損失檢測(cè)和裂紋檢測(cè)，同時(shí)集中心線測(cè)繪（管道彎曲應(yīng)變測(cè)量）、應(yīng)力檢測(cè)等功能于一體的技術(shù)與設(shè)備的開(kāi)發(fā)，是未來(lái)的關(guān)注重點(diǎn)。

 

同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合多種檢測(cè)數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)及人工智能分析技術(shù)，精準(zhǔn)量化管道上的各種缺陷和進(jìn)行管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)，以促進(jìn)管道完整性管理水平的不斷提高。