研究基于超声导波的埋地管道检测技术

研究基于超声导波的埋地管道检测技术

李赵 付红栓

上海市特种设备监督检验技术研究院 上海 200062

摘 要：通过试验研究的方法可以对具有不同种类防腐层的样管进行测试，主要是测试超声波在防腐层中的传播特性，同时，还会在埋地的环境中测试超声导波对不同参数的缺陷从而确定其所具有的检测能力，而最后却发现超声导波在无防腐层的管道中表现出的传播性几乎没有减弱。因此，本文将对超声导波在不同的埋地环境下，对不同防腐层的检测能力进行详细的研究，以供有关人士进行参考。

关键词：埋地管道；超声导波；防腐层；无损检测

大部分管道的材质都是钢材而且是埋在地下，在这种环境下就非常容易受到腐蚀和破坏，从而可能会引发具有不良后果的其他问题。基于此，利用涂覆防腐层可以在一定程度上提高管道的实际使用寿命，有效减少管道被腐蚀和破坏的可能性。但是管道表面所涂覆的防腐层在地下环境和介质的共同影响下，会导致其变薄或破损。因此，对管道进行有效的检测将具有重要的意义。当对管道表面的防腐层进行检测时最有效的方法就是超声导播检测技术，超声导波工作的实质就是当其遇到焊缝和缺陷等管道特征时就会返回部分能量，而这种能量就会被传感器立即的探测到。此外，由于超声导播检测技术具有检测范围大、灵敏度高等优势，使管道检测工作在开展的过程中变的更加高效和便捷。

1. 防腐层材料对超声导波传播特性的影响

1.1管道样本和研究方案

大部分埋地的钢制管道都会在表面涂覆防腐层，对不同成分的防腐层下超声导波的进行研究是检测管道内部缺陷的基本前提，管道表面的防腐层成分主要包含以下几种：沥青防腐层、环氧粉末防腐层、三层聚乙烯防腐层等，本次采取的管道样本是选用上述三种进行详细的研究，其中这三种附着在管道表面防腐层的厚度依次是0.1毫米、0.4毫米和2毫米。通过对这三种防腐层进行超声导波传播试验，记录他们导波的幅值，从而分析不同成分所构成的防腐层的超声导波衰减特性。

1.2不同防腐层的试验结果

通过试验结果发现：超声导波在无防腐层的管道下的衰减程度最低；在成分为环氧粉末和沥青的防腐层下衰减程度加剧；而在三层聚乙烯防腐层下衰减最严重。此外，防腐层的材料还会对超声导波的传播距离造成一定的影响，例如，在环氧粉末防腐层中传播的距离就会较远，而在三层聚乙烯中探测的表现就会差一些。

综上所述，由于埋地管道防腐层成分的不同，所以衰减率就会存在较大的差异，沥青和环氧粉末为主要成分的防腐层对超声导波的衰减相对较弱，而且二者之间所形成的波形也非常的相似，三层聚乙烯为成分的防腐层则会使超声导波快速的减弱。因此，可以对不同防腐层下超声导波的具体检测长度进行规定，所以经过超声导波的检测后可以确定在不同成分之间的探测长度：沥青防腐层的检测长度是30米；三层聚乙烯防腐层的构检测长度是4米；而双层环氧粉末的防腐层是45米。

2. 超声导波在不同环境中对缺陷的检测

2.1管道缺陷设置方案

埋在地下的管道有很多缺陷，任何缺陷他的主要特征表现为管道截面的减少率，超声导波的缺陷检测能力与管道截面的减少率之间有着直接关系。因此，可以利用常用管道的防腐方法和缺陷简化模拟方法去模拟管道的腐蚀和未焊透等各种管道缺陷，从而研究在不同环境下的超声导波检测埋地管道缺陷。可以选取外径尺寸不同的两根样管，设置不同的外部环境和埋深情况，同时还可以采用换能器有效的收集大部分的超声导波回波信号。

2.2数据采集方法

在进行数据采集工作时所使用的检测仪器通常都是基于磁致式伸缩式超声导波原理的超声导波检测仪。当检测距离是一个相对固定的数值时，通过多次测量后就能获得回波信号的幅值和能量并发现其所具有的细微变化。即使它们之间没有相同的定值，也会在其自身的真值范围内去进行波动，这种波动会受到很多种因素的影响，例如检测条件、样管的稳定性等。因此，为了有效的减小因单次测量所导致的不确定性，就必须保证每个换能器都能进行数据采集工作，而且采集的过程基本不存在太大的差异性，另外还需要注意的是每一组确定的数据都必须采集两次，从而确保数值的准确性。

2.3检测数据分析

经过对两个外径尺寸不同的钢制样管进行试验和研究后发现：超声导波回波的幅值降低与缺陷的位置和埋地深度都有非常直接的关联性，当出现缺陷尺寸的大小是一个固定数值时，如果缺陷距离出现增加的现象，那么回波幅值必然会降低。由于超声回波衰减对管道截面的减少率较为敏感，缺陷尺寸对回波幅值造成的影响很大，所以说外径尺寸越大，回波幅值下降的就越多。此外，该试验会在粘土和沙土两种不同的环境中分别进行，因为试验环境的不同导致回波幅值衰减的程度也不同，但都非常的强烈，最终通过分析我们发现在粘土中回波幅值衰减的幅度也会更大一些。

结束语：

首先，通过研究超声导波在不同成分的防腐层管道中所具有的传播特性后发现，超声导波在无防腐层的管道中产生的衰减是最弱的，在沥青、环氧粉末成分的防腐层管道中衰减力度较强，而在三层聚乙烯为成分的防腐层管道中衰减力度是最强的。其次，通过对超声导波信号的幅值数据经过归一化处理分析后发现：超声导波所具有的能量在无防腐层的管道中线性的衰减，而在有防腐层管道中却以反比例的形式衰减，并且衰减的速度非常大。超声导波的引入可以有效的检测出其在不同防腐层管中检测距离的能力。再次，在研究埋地管道在不同深度下的缺陷状态，超声导波能够进行有效的检测，通过检测结果发现超声导波的回波幅值和衰减程度以及缺陷的尺寸都有着紧密的联系，若缺陷尺寸越大，那么导波幅值衰减幅度就会越低。最后，在黏土和沙土两种不同的环境材料中进行试验后发现：黏土对导波幅值所具有的影响远远超过了沙土，而且能量在黏土中则会非常快速的衰减，这种衰减幅度往往是沙土的两倍。

参考文献

[1]顾福明, 吕华亭, 左延田,等. 埋地管道管体超声导波检测技术的试验研究[J]. 机械制造, 2019(06):39-40.

[2]林晓辉. 基于超声导波的内衬防腐蚀管道分层缺陷检测技术研究[J]. 华南理工大学, 2020(04):95-96.

[3]王禹钦, 王维斌, 艾慕阳,等. 埋地输气管道超声导波检测与分析技术研究[J].远东无损检测新技术论坛;中国机械工程学会;江苏省机械工程学会;南京大学;南京航空航天大学;南京工业大学, 2020(11):117-118.