CN101050953A - 一种管道壁厚的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道壁厚的检测装置及检测方法。该检测装置包括信号采集装置和超声波检测系统，其特征在于信号采集装置包括测量杆和阶梯形超声波探头，在测量杆的一端固装开有探头孔的探头定位块；探头的大直径端安装在探头孔中，并与测量杆的端面贴合；开有中心阶梯孔的探头压紧块安装在探头定位块上，探头压紧块内安装有弹簧，弹簧的一端安装在所述的中心阶梯孔内，另一端安装在探头的阶梯台上，并将探头的大直径端压紧贴合在与测量杆的接触端面上；探头的小直径端穿过弹簧，伸出在探头压紧块之外；测量杆的另一端用于安装在被检测的管道上；该检测方法特征在于它采用本发明所述的管道壁厚检测装置，且设计所述测量杆材料与被测管道的材料相同，并把该测量杆的一端直接垂直焊接在被测管道的管壁检测点上。

Description

一种管道壁厚的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及超声波检测技术，具体为一种利用超声波技术测量管道壁厚，特别是高温高压管道壁厚的检测装置及检测方法，国际专利主分类号拟为Int.Cl.G01B 7/00(2006.01)。

背景技术

管道壁厚涉及其应用的安全性，因此无论是在生产过程还是使用过程中，管道壁厚的检测都具有重要意义。相对而言，使用过程中的管道壁厚检测具有更重要的意义，且技术难度更大。

腐蚀检测是一种管道壁厚的检测方法，它可间接地实现管道壁厚的测量，例如利用化学成分分析仪检测腐蚀系统的腐蚀物的含量及累积含量，但其测量结果往往只能对应腐蚀的总量或平均量，很难对应于管道局部壁厚的变化。另外一种可间接测量管道壁厚的方法是电阻腐蚀探针法，它利用探针与管壁的等长度腐蚀并测量探针的电阻变化，进而实现管道壁厚的在线测量。然而安装探针需要在管道上开孔，而需要检测的部位又多为弯头、三通等特殊部位，开孔并安装探针多有不便，同时对于高压管道，开孔也会对其强度造成一定的负面影响。

另一类典型的管道壁厚测量方法是利用超声波技术实现在线检测的方法。该方法成熟可靠，但对于高温管道的检测则需在管道壁厚的测点位置设置保温盒，测量时打开保温盒，比较麻烦，同时为了实现高温管道壁厚的测量，还需要价格较贵的高温探头和高温耦合剂。

中国专利CN2235603Y提出了一种综合利用超声波测厚原理及腐蚀探针原理的管道壁厚测量方法，并用于高温炉衬厚度的在线检测中。该方法的金属测量杆代替探针插入高温炉衬随炉衬一同腐蚀，利用超声波探头测量测杆的长度变化，进而得到炉衬厚度的变化，然而这一方法同样不能直接应用于高温高压管道的壁厚检测上，主要原因仍然是高压管道的开孔问题。

多项美国专利(US4783997、US7080556、US5951163)提出了利用超声波缓冲杆(Buffer Rod)测量高温物体的方法。该方法主要用来检测管道或设备中的高温流体，缓冲杆主要用作超声导波杆，并提出涂层可有效减少超声波的蔓延回声(trailing echoes)，提高信噪比，同时提出具有锥度的缓冲杆具有更佳的导波性能。但这些方法提出的缓冲杆有的需要探入容器内部才能对设备内的高温流体进行监测，也涉及开孔问题；有的则需要在缓冲杆与高温物体间增加特殊的耦合装置才能实现测量，结构复杂，成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种管道壁厚的检测装置及检测方法。该检测装置结构简单，成本低廉，易于应用；该检测方法不需要在被测管道壁上打孔，既不影响管道的强度，又能利用一般超声波探头及耦合剂进行管道壁厚检测，特别是高温高压管道壁厚的检测，且检测准确，操作方便，成本低廉。

本发明解决所述检测装置技术问题的技术方案是：设计一种管道壁厚的检测装置，它包括信号采集装置和超声波检测系统，其特征在于所述的信号采集装置包括测量杆和阶梯形超声波探头，在测量杆的一端用螺钉固装有探头定位块，探头定位块开有探头孔；超声波探头的大直径端安装在所述的探头孔中，并与测量杆的端面贴合；探头压紧块采用螺纹方式安装在探头定位块上，探头压紧块开有中心阶梯孔，其内安装有弹簧，弹簧的一端安装在所述的中心阶梯孔内，另一端安装在超声波探头的阶梯台上，并将探头的大直径端压紧贴合在与测量杆的接触端面上；超声波探头的小直径端穿过弹簧，伸出在探头压紧块之外；所述测量杆的另一端用于安装在被检测的管道上。

本发明解决所述检测方法技术问题的技术方案是：设计一种管道壁厚的检测方法，该方法采用超声波检测技术，包括使用测量杆和超声波探头，其特征在于该检测方法采用本发明所述的管道壁厚检测装置，且设计所述检测装置的测量杆材料与被测管道的材料相同，并把该测量杆的一端直接垂直焊接在被测管道的管壁检测点上。

与现有技术相比，本发明管道壁厚的检测装置使用的零部件少，测量杆无需特殊材料，因此结构简单，成本低廉，便于推广应用；本发明管道壁厚的检测方法因为无需在管道检测部位开孔，因此工艺简单，易于实现；因为不开孔，不会影响管道的强度，也无需设置保温盒、无需高温探头与高温耦合剂，因此特别适用于高温高压管道壁厚的检测，并且成本低廉，操作方便，益于工业化使用。

附图说明

图1是本发明(高温高压)管道壁厚的检测装置一种实施例的整体形状结构示意图；它也部分表示了本发明(高温高压)管道壁厚的检测方法；

图2是本发明(高温高压)管道壁厚的检测装置一种实施例的探头压紧块形状结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明做进一步说明：

本发明设计的管道壁厚检测装置(简称检测装置，参见图1、2)，它包括信号采集装置和超声波检测系统，其特征在于所述的信号采集装置包括测量杆5和阶梯形超声波探头(简称探头)10，在测量杆5的一端用沉头螺钉8固装有探头定位块7，探头定位块7开有探头孔14；超声波探头10的大直径端安装在所述的探头孔14中，并与测量杆5的一个端面(图1所示为上端面)贴合；探头压紧块9采用螺纹方式安装在探头定位块7上，探头压紧块9开有中心阶梯孔15，其内安装有弹簧11，弹簧11的一端安装在所述中心阶梯孔15内的阶梯台上，另一端安装在所述探头10的阶梯台上，并将探头10的大直径端压紧贴合在与测量杆5的接触端面上；所述探头10的小直径端(即引线端)穿过弹簧11，伸出在探头压紧块9之外；所述测量杆5的另一端用于安装在被检测的管道上。所述测量杆5实施例采用圆柱体设计。本发明的测量杆5也可以采用圆锥台体设计。这种测量杆5根据现有技术的提示，会有较好的检测效果。

本发明的检测装置的进一步特征在于所述测量杆5的中部外套有冷却组件，包括一个套筒4及与其两端配套的端盖2和压盖1，在压盖1和端盖2之间放置密封圈3，端盖2与套筒4焊接，拧紧压盖1可实现冷却组件的密封及轴向定位；套筒4的筒壁上设置冷却水的进水管接口6和出水管接口6’；冷却组件与外接的冷却水管路循环系统(图中没画出)组成测量杆5的冷却装置。所述的冷却水循环使用，利用循环冷却水对测量高温高压管道时的测量杆5进行冷却。外接的冷却水管路循环系统为现有技术。这种带有冷却装置的检测装置特别适用于高温高压管道壁厚的检测。

本发明所述的冷却装置为可拆结构设计，且可根据被测管道13的温度高低、循环冷却水的温度等，更换适当长度的套筒4，以使冷却装置获取适当的传热面积。当然，所述测量杆5也应在满足在测厚范围的前提下适当加长。此外，所述冷却装置的安装位置可沿测量杆5的轴向适当调整，以适应管道保温层12厚度的需要。

本发明的冷却装置由于需从测量杆5端部装入，因此测量杆5端部与探头10的贴合，不能直接采用螺纹压盖压紧探头(如CN2235603Y文献中描述的那样)，因此增加了探头定位块7。探头定位块7先与测量杆5端部靠沉头螺钉8定位固定连接，然后再利用探头压紧块9及弹簧11压紧探头10。

本发明同时设计了一种管道壁厚的检测方法，该检测方法采用超声波检测技术，包括使用测量杆5和超声波探头10，其特征在于该检测方法采用本发明所述的管道壁厚检测装置，且设计所述检测装置的测量杆5材料与被测管道13的材料相同，并把该测量杆5的一端(没有安装探头定位块7等零部件的光头端)直接垂直焊接在被测管道13的管壁检测点上。所述的利用超声波检测管道的厚度本身为现有技术。

本发明检测方法采用本发明检测装置时，所述测量杆5的下端(光头端)是直接焊接在被测管道的管壁检测点或部位的，焊接材料及焊接工艺应保证测量杆5与被测管道管壁部位全焊透，尤其是测量杆5的中心部位。由于测量杆5选用的材料与被测物体相同，因此焊接质量易于保证。

本发明检测方法在检测时，在所述探头10与测量杆5的贴合面上要涂覆高粘度耦合剂。所述的高粘度耦合剂是指凡士林、黄油和甘油等。这些高粘度的耦合剂是为了壁厚在线检测时便于探头10与测量杆5端面长期耦合而选用的，均是常用耦合剂，并非特殊的耦合剂(如高温耦合剂)，因此成本低，适应性好，易于应用。此外，选用高粘度耦合剂还便于本发明检测方法在不同空间位置测量管道壁厚的需要。

为了提高测量杆5的信噪比，本发明可在测量杆5的表面喷涂覆层材料。所述的覆层材料是指在测量杆5表面用热喷涂的方式喷涂一层功能材料，该覆层材料与测量杆5材料应具有相近的声阻，不同的声速，如碳钢测量杆5的表面可喷涂不锈钢涂层。

本发明方法的设计原理是使不易直接接触的被测物体(特别是高温高压管壁)产生突出物，且使突出物成为被测物体的一部分；该突出部分厚度(长度)已知，同时该突出部分又能被冷却并成为易于接触的表面。为此本发明检测方法设计测量杆5的材料与被测管道材料相同，并直接焊接在高温高压管道13的管壁检测部位上，且对测量杆5进行同时冷却，因此本发明检测方法就可以利用一般的超声波探头及耦合剂较好地实现特别是对高温高压管道壁厚的测量(包括在线检测)。

还应当指出，在常温管道检测时，本发明装置及方法同样可行。此时，不需设置冷却装置。此外，本发明还适用于温度虽然不高但压力很大等危险及不易近距离接触的管道在线检测场合。

本发明检测方法与所述测量杆5选择的材料有关，因为超声波的传播速度取决于测量杆5选择的材料。在检测时，通过测量仪器对本发明制作的测量杆5的材料进行标定，定出超声波的速度后，在测量仪器上即可直接测出被测量对象的总长度(即总厚度)。

(高温高压)管道13的壁厚H可按下述公式(1)计算：

                    H＝L-h

其中，L为测量杆5的长度与被测管道13壁厚的总厚(长)度h为测量杆5的长度。

很明显，将总长度L去掉已知的测量杆5的长度h之后，所得到的就是所需要的被测管道13的壁厚。

本发明未述及之处适用于现有技术。

下面给出本发明的具体实施例，但本发明不受实施例的限制。

实施例1

将测量杆5的下端部焊接在一块平面圆板(模拟管道)上，测量杆5与圆板均采用20钢为原料制作，测量杆5的直径19mm，长度150mm，表面喷涂1Cr18Ni9Ti不锈钢涂层，涂层厚度0.5mm。经过标定，选定超声波的速度为5800米/秒；采用精密卡尺测量所选用的圆板厚度为15.7毫米，用相同材质的焊条将测量杆5焊在圆板上，焊后测量杆上端面至圆板上表面的距离为151.4mm(含1.4mm的焊缝)。用沉头螺钉8将探头定位块7固定在测量杆5端部的4～6毫米处，探头10放在探头定位块7的中心阶梯孔15中，并与测量杆5的上端部贴合。探头压紧块9采用螺纹固定在探头定位块7上，固定在探头压紧块9上的弹簧11将探头10压紧贴合在测量杆5的上端面上。

采用超声波测厚仪测得总长度L为167.2mm，而测量杆5的长度h已知为151.4mm，根据公式(1)，因此可得知圆板厚度(管道壁厚)H为15.8毫米，与原始测量数据仅误差0.1mm。

实施例2

以实施例1为基础，并在测量杆5的中部安装冷却组件；其套筒5为外径57mm，壁厚3.5mm的无缝钢管，配置端盖2和压盖1，并在套筒5的筒壁上设置冷却水的进水管接口6和出水管接口6’，且外接冷却水循环系统，冷却长度设计50mm；通入冷却水后，利用电加热将所述圆板加热至500℃，冷却水流量25m³/h，此时测得测量杆5的端面温度为40℃；为了标定该温度环境下系统的声速，调定声速，使所测的H值为15.7mm(余同实施1)。然后对具有相同尺寸焊接的测量杆，但圆板厚为19.5mm的另一套检测装置等同地安装水循环冷却系统及加热系统，实施过程和条件同上，测得圆板厚度为19.6mm，与原始测量数据也仅误差0.1mm。

Claims (5)

1.一种管道壁厚的检测装置，它包括信号采集装置和超声波检测系统，其特征在于所述的信号采集装置包括测量杆和阶梯形超声波探头，在测量杆的一端用螺钉固装有探头定位块，探头定位块开有探头孔；超声波探头的大直径端安装在所述的探头孔中，并与测量杆的端面贴合；探头压紧块采用螺纹方式安装在探头定位块上，探头压紧块开有中心阶梯孔，其内安装有弹簧，弹簧的一端安装在所述的中心阶梯孔内，另一端安装在超声波探头的阶梯台上，并将探头的大直径端压紧贴合在与测量杆的接触端面上；超声波探头的小直径端穿过弹簧，伸出在探头压紧块之外；所述测量杆的另一端用于安装在被检测的管道上。

2.根据权利要求1所述的管道壁厚的检测装置，其特征在于所述测量杆的中部外套有冷却组件，包括一个套筒及与其两端配套的端盖和压盖，在压盖和端盖之间放置密封圈，端盖与套筒焊接，拧紧压盖可实现冷却组件的密封及轴向定位；套筒的筒壁上设置冷却水的进水管接口和出水管接口；冷却组件与外接的冷却水管路循环系统组成测量杆的冷却装置。

3.根据权利要求1或2所述的管道壁厚的检测装置，其特征在于所述测量杆为圆柱体。

4.一种管道壁厚的检测方法，该检测方法采用超声波检测技术，包括使用测量杆和超声波探头，其特征在于该检测方法采用权利要求1或2所述的管道壁厚检测装置，且设计所述检测装置的测量杆材料与被测管道的材料相同，并把该测量杆的一端直接垂直焊接在被测管道的管壁检测点上。

5.一种管道壁厚的检测方法，该检测方法采用超声波检测技术，包括使用测量杆和超声波探头，其特征在于该检测方法采用权利要求3所述的管道壁厚检测装置，且设计所述检测装置的测量杆材料与被测管道的材料相同，并把该测量杆的一端直接垂直焊接在被测管道的管壁检测点上。

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