CN103018328A - 一种埋地管道管体超声导波检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道检测技术领域，具体的说是一种利用超声导波对埋地管道的管体进行检测的方法，其特征在于所述的检测方法步骤如下：a.管道上设有探头，在探头安装处打磨，将铁钴条带磁化，用环氧树脂胶涂上并贴在管道上，在铁钴条带上装MsS探头；b.探头连接超声波检测仪，超声波检测仪内设信号采集装置，信号采集装置连接计算机；c.打开计算机及检测仪，设置参数开始检测；d. 用数据分析软件装置得到分析结果。本发明利用MsS超声导波检测技术在对管道进行检测，可以检测到管壁横截面积损失量仅为0.7%的缺口，证明了MsS超声导波系统灵敏度极高；通过对轴向实际测得数据值和分析数据所得值的误差计算，证明了MsS超声导波系统的轴向位置精度可达±2cm，有着极高的精确度。

Description

一种埋地管道管体超声导波检测方法

[技术领域]

本发明涉及管道检测技术领域，具体的说是一种利用超声导波对埋地管道的管体进行检测的方法。

[背景技术]

埋地管道主要包括长输(油气)管道和公用燃气管道，上海的埋地管道主要包括900多公里长输(油气)管道、及几千公里的城市埋地燃气管道。城市燃气管道是城市建设的重要基础设施之一，是城市能源供应的重要组成部分，城市燃气系统由气源生产装置、输配管网和应用设备三部分组成，城市埋地燃气管道属于其中的输配部分。

随着我国经济的高速发展，我国的城市燃气已经得到普遍应用，我国大约有300多个城市铺设了燃气管道，目前上海市的煤气和天然气管道长度达2000公里，管径大多为φ159mm、φ219mm、φ350mm、φ500mm、φ800mm，表1.1为上海市安装工程有限公司近期负责安装的部分燃气管道列表:

表1.1 上海市部分燃气管道列表

由于我国埋地燃气管道的材质在设计压力低于0.6MPa时使用10号、20号钢，在设计压力高于0.6MPa时一般采用Q235-B镀锌管、煤气钢管，导致在城市燃气管道中，铸铁管约占39.86%、钢管约占38.49%、镀锌管约占20.76%、水泥管占0.19%、聚乙烯管占0.7%，埋地管道的故障原因从统计分析的结果来看，约有三分之一与管道金属腐蚀有关，为了保证埋地管道的安全运行、延长使用寿命，一般按防护和检修两步走：

在防护方面，一般设有外防腐层和阴极保护组成的腐蚀防护系统，外防腐层的破损会引起阴保电流的消耗，使外加电流的阴极保护效果降低甚至失效，因此外防腐层在其中起着主要作用，准确把握外防腐层的状况，对于管道的管理者有着极大的前瞻性意义；

在日常检修方面，目的在于及早发现外防腐层的破损，避免事故的发生。埋地钢质管道的外防腐层一般有石油沥青、聚乙烯防腐胶带、环氧煤沥青、聚乙烯热塑外防腐层、氯磺化聚乙烯涂料等，当管道埋于地下后，经过多年的运营，管道的外防腐层不可避免要发生老化。但是在检测方法方面，国内外仍处于研发的理论阶段，在具体实践上仍处于空白。

[发明内容]

本发明的目的在于填补现有埋地管道检测方法在具体实践上的空白，提出一种采用常规无损检测和超声导波技术对埋地管道管体检测的方法，无需开挖，即可检测采集的到大量有效的数据，参考（ECDA）管道外腐蚀直接评价方法对管道外腐蚀进行评价。

为实现上述目的，设计一种埋地管道管体超声导波检测方法，其特征在于所述的检测方法步骤如下：

a.管道上设有探头，在探头安装处用钢刷将锈迹打磨干净，然后剪下一段铁钴条带，其长度小于管道的周长，中间留3mm的间隙，通过导磁装置将其磁化，再用5分钟快速环氧树脂胶均匀的涂在铁钴条带上，将涂完胶的铁钴带粘贴在管道上，用橡胶带缠绕在铁钴带上，10分钟后，将橡胶带取下，然后装上MsS探头；

b.所述的MsS探头通过信号线连接超声波检测仪，所述的超声波检测仪内设信号采集装置，所述信号采集装置通过信号线连接计算机，计算机内设存储器及数据分析软件装置；

c.打开计算机主机及超声波检测仪，设置仪器参数，开始检测数据；

d.探头检测到的数据信号通过信号线传输到计算机存储器中；

e.打开数据分析软件装置，提取数据信息，通过参考信号计算导波速率和衰减，校准信号振幅，并设置相位检查参考值和阀值，完成校验后，进行数据分析，得到分析结果。

需要设置的仪器参数包括发射频率、脉冲循环数、接收信号增益、时间控制增益；所述的超声导波发射频率为32KHz或64KHz或128KHz。

超声导波发射频率的选用具有先后顺序，先采用32KHz的低频甚至小于32KHz超声导波对管体进行快速扫查，当发现有缺陷信号时，再采用高点的频率如64KHz、128KHz进行检测，这种检测顺序可较好的检出管道横截面损失面积大于9％的缺陷。

本发明利用MsS超声导波检测技术在对管道进行检测，可以检测到管壁横截面积损失量仅为0.7%的缺口，证明了MsS超声导波系统灵敏度极高；通过对轴向实际测得数据值和分析数据所得值的误差计算，证明了MsS超声导波系统的轴向位置精度可达±2cm，有着极高的精确度。

[附图说明]

图1为实验室光管的缺陷示意图；

图2为实验室光管检测分析数据图；

图3为现场光管的缺陷示意图；

图4为现场光管MsS1检测位置32KHz频率检测分析数据图；

图5为现场光管MsS1检测位置64KHz频率检测分析数据图；

图6为现场光管MsS1检测位置128KHz频率检测分析数据图；

图7为现场带防腐层管MsS3检测位置32KHz频率检测分析数据图；

图8为现场带防腐层管MsS3检测位置64KHz频率检测分析数据图；

图9为现场带防腐层管MsS3检测位置128KHz频率检测分析数据图。

图中  1.MsS探头安装 2.钻孔1  3.钻孔2  4.横向切槽1 5.横向切槽2 6.自然缺陷。

[具体实施方式]

为使本发明设计的目的、原理及方法更清楚，现结合附图、表格及实施例作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是可以实现的。

本发明的发明点在于如何将超声波检测技术应用到埋地管道腐蚀检测中，对此作了三组实验，分别为实验室光管试验、现场光管试验及现场带防腐层管试验。

1.实验室光管试验

(1) 试验管道及状况

如图1所示，选用的试验管道是一根长2.5m，外径为φ114mm，壁厚为φ6mm，此管道在室外有两年的时间，管道的两端都有不同程度的自然腐蚀，可以模拟现场产生的腐蚀，在管道上又制作了四个人工缺陷，包括两个钻孔和两个横向切槽，从管道的左端起55cm处安装MsS探头，从探头处到钻孔1的距离为89cm，从探头处到横向切槽1的距离为110cm，从探头处到钻孔2的距离为140cm，从探头处到横向切槽2的距离为160cm，从探头处到自然缺陷的距离为135cm，具体数值如表5.2.1及表5.2.3所示：

表5.2.1  缺陷与MsS探头的距离

表5.2.3 缺陷的尺寸

(2) MsS导波检测技术的试验步骤

a.安装探头，探头安装步骤为：先在探头安装处用钢刷将锈迹打磨干净，然后剪下一段铁钴条带，其长度是略小于管道的周长，中间留3mm的间隙，通过导磁装置将其磁化，再用5分钟快速环氧树脂胶均匀的涂在铁钴条带上，将涂完胶的铁钴带粘贴在管道上，用橡胶带缠绕在铁钴带上，10分钟后，将橡胶带取下，然后装上MsS探头；

b.所述的MsS探头通过信号线连接超声波检测仪，所述的超声波检测仪内设信号采集装置，所述信号采集装置通过信号线连接计算机，计算机内设存储器及数据分析软件装置；

c.打开计算机主机及超声波检测仪，设置仪器参数，开始检测数据，2分钟之内就可采集完数据；所述的仪器参数包括发射频率、脉冲循环数、接收信号增益、时间控制增益，如表5.22所示，

表5.2.2仪器设置参数

d.探头检测到的数据信号通过信号线传输到计算机存储器中；

e.打开数据分析软件装置，提取数据信息，通过参考信号计算导波速率和衰减，校准信号振幅，并设置相位检查参考值和阀值，完成校验后，进行数据分析，得到分析结果，通过计算机处理得到的图像如图2所示，

（3）对计算机处理得到的图像进行分析，得到如表5.2.4 所示的结论：

表5.2.4 检出缺陷说明表

a.MsS超声导波检测技术在管道检测中的可以检测管壁横截面积损失量的0.7%，证明了MsS超声导波系统对缺陷检测的灵敏度极高；

b.通过对轴向实际测得数据值和分析数据所得值，证明了MsS超声导波系统的轴向位置精度可达±2cm，有着极高的精确度。

2. 现场光管试验

(1) 试验管道及状况

如图3所示，试验用的管道是一根长20.14m，外径为φ133mm，壁厚为φ6mm，人工缺陷段管道外径为φ159mm，壁厚为φ8mm，在管道上又制作了六个人工缺陷，包括三个钻孔和三个个横向切槽，在管道上有三个MsS导波测试点，具体位置见图3，缺陷的具体尺寸详见表5.2.5及表5.2.6：

表5.2.5 缺陷的尺寸和距离

表5.2.6 人工制作缺陷的尺寸

(2) MsS导波检测技术的试验步骤

a.在MsS1测试位置安装探头，探头安装步骤为：先在探头安装处用钢刷将锈迹打磨干净，然后剪下一段铁钴条带，其长度是略小于管道的周长，中间留3mm的间隙，通过导磁装置将其磁化，再用5分钟快速环氧树脂胶均匀的涂在铁钴条带上，将涂完胶的铁钴带粘贴在管道上，用橡胶带缠绕在铁钴带上，10分钟后，将橡胶带取下，然后装上MsS探头；

b.所述的MsS探头通过信号线连接超声波检测仪，所述的超声波检测仪内设信号采集装置，所述信号采集装置通过信号线连接计算机，计算机内设存储器及数据分析软件装置；

c.打开计算机主机及超声波检测仪，设置仪器参数，开始分三组频率检测数据，2分钟之内就可采集完数据；

① 首先在MsS1处采用32KHz的探测频率对管道管体进行100％的快速检测，仪器的设置参数如表5.27所示，

表5.2.7 仪器设置参数

通过采集软件采集信号并保存，然后打开分析软件对数据进行分析，通过参考信号计算导波的速率和衰减，校准信号振幅，设置相位检查参考值和阀值，设置完以后，通过计算机处理得到如图4所示，分析数据如表5.2.8所示：

表5.2.8 检出缺陷说明表

② 在MsS1处采用64KHz的探测频率对管道管体进行100％的快速检测，仪器的设置参数见表5.2.9：

表5.2.9 仪器设置参数

通过采集软件采集信号并保存，然后打开分析软件对数据进行分析，通过参考信号计算导波的速率和衰减，校准信号振幅，设置相位检查参考值和阀值，设置完以后，通过计算机处理得到如图5所示，分析数据如表5.2.10所示：

表5.2.10 检出缺陷说明表

③ 在MsS1处采用128KHz的探测频率对管道管体进行100％的快速检测，仪器的设置参数见表5.2.11：

表5.2.11 仪器设置参数

通过采集软件采集信号并保存，然后打开分析软件对数据进行分析，通过参考信号计算导波的速率和衰减，校准信号振幅，设置相位检查参考值和阀值，设置完以后，通过计算机处理得到如图6所示，分析数据如表5.2.12所示：

表5.2.12 检出缺陷说明表

按上述步骤依次对MsS2测试位置及MsS3测试位置用32KHz、64 KHz、128KHz进行检测分析。

(3) 通过以上试验数据得出以下结论：

a. MsS超声导波检测技术能较好的运用到了管道的腐蚀性检测中，32KHz频率可检测较长的范围内的管道腐蚀情况；

b. 32KHz能在管道检测中的能够检测管壁横截面损失量的2％，证明了MsS超声导波系统对缺陷检测的灵敏度极高；

c.在用32KHz检测的基础上，用相对高频的超声导波如64、128KHz检测可提高管道相邻缺陷的检出率，也能对32KHz的超声导波检测进行确认；

d.通过对轴向实际测得数据值和分析数据所得值，证明了MsS超声导波系统的轴向位置精度可达±20cm，有着较高的精确度。

3.现场带防腐层管试验

在上述管道外表涂上PE胶带防腐层进行试验，试验步骤同上，探头安装位置如上，

 (1) 数据分析处理

① 在MsS3处采用32KHz的探测频率对管道管体进行100％的快速检测，仪器的设置参数见表5.2.25：

表5.2.25 仪器设置参数

获得的数据如图7所示，分析数据如表5.2.26所示，

表5.2.26 检出缺陷说明表

② 在MsS3处采用64KHz的探测频率对管道管体进行100％的快速检测，仪器的设置参数见表5.2.27：

表5.2.27 仪器设置参数

获得的数据如图8所示，分析数据如表5.2.28所示，

表5.2.28 检出缺陷说明表

③ 在MsS3处采用128KHz的探测频率对管道管体进行100％的快速检测，仪器的设置参数见表5.2.29：

表5.2.29 仪器设置参数

获得的数据如图9所示，分析数据如表5.2.30所示，

表5.2.30 检出缺陷说明表

在上述管道外表涂上PE胶带防腐层试验，通过以上试验数据得出以下结论：

a.MsS超声导波检测技术在涂有防腐层的管道上传播的距离较近，大大的限制了检测范围；

b.32KHz能在管道检测中的能够检测管壁横截面损失量的5％，证明了MsS超声导波系统可以用于对有PE胶带防腐层管道的缺陷的检测；

c.宜采用较低的检测频率如32KHz及以下，不宜采用较高的检测频率；

d.通过对轴向实际测得数据值和分析数据所得值，证明了MsS超声导波系统的轴向位置精度可达±20cm，有着较高的精确度。

Claims (4)

1.一种埋地管道管体超声导波检测方法，其特征在于所述的检测方法步骤如下：

a.管道上设有探头，在探头安装处用钢刷将锈迹打磨干净，然后剪下一段铁钴条带，其长度小于管道的周长，中间留3mm的间隙，通过导磁装置将其磁化，再用5分钟快速环氧树脂胶均匀的涂在铁钴条带上，将涂完胶的铁钴带粘贴在管道上，用橡胶带缠绕在铁钴带上，10分钟后，将橡胶带取下，然后装上MsS探头；

b.所述的MsS探头通过信号线连接超声波检测仪，所述的超声波检测仪内设信号采集装置，所述信号采集装置通过信号线连接计算机，计算机内设存储器及数据分析软件装置；

c.打开计算机主机及超声波检测仪，设置仪器参数，开始检测数据；

d.探头检测到的数据信号通过信号线传输到计算机存储器中；

e.打开数据分析软件装置，提取数据信息，通过参考信号计算导波速率和衰减，校准信号振幅，并设置相位检查参考值和阀值，完成校验后，进行数据分析，得到分析结果。

2.如权利要求1所述的一种埋地管道管体超声导波检测方法，其特征在于所述的仪器参数包括发射频率、脉冲循环数、接收信号增益、时间控制增益。

3.如权利要求2所述的一种埋地管道管体超声导波检测方法，其特征在于所述的超声导波发射频率为32KHz或64KHz或128KHz。

4.如权利要求3所述的一种埋地管道管体超声导波检测方法，其特征在于超声导波发射频率的选用具有先后顺序，先采用32KHz的低频甚至小于32KHz超声导波对管体进行快速扫查，当发现有缺陷信号时，再采用高点的频率如64KHz、128KHz进行检测。

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