CN110006376A - 管道壁厚测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种管道壁厚测量方法，包括如下步骤：将探测器安装于待测量的管道上，并使探测器与主控器建立连接；使用探测器探测管壁面获取回波信号，并将回波信号发送给主控机；而主控机根据回波信号确定该管道的腐蚀区域；将相控阵探测组件安装于腐蚀区域上，并使得相控阵探测组件与上位机建立连接，通过相控阵探测组件扫描腐蚀区域获取缺陷情况，并将扫描结果传送给上位机，上位机接收扫描结果而成像；而上位机根据成像情况计算腐蚀区域的最小壁厚。该方法使用了导波粗扫与相控阵检测精确测量的结合，可以实现快速、高效地测量消防水管道壁厚情况，并且测量数据准确可靠。

Description

管道壁厚测量方法
技术领域
本发明涉及核电站管道检测技术领域，尤其提供一种管道壁厚测量方法。
背景技术
核电站中消防水管道分布较广，存在穿墙管、埋地管等等，部分管道高度 10米以上且分布在核安全重要系统设备区域。管道表面具有较厚的油漆涂层，检查这些管道是否存在减薄，工作难度、工作量及核安全意义都很大。
对于管道腐蚀的检测，主要通过测量管道剩余壁厚来评价可用性及寿命。对于管道壁厚的测量，传统的方法有超声波法、涡流法、渗透法、射线法、工业CT法等。其中涡流法主要是测量薄壁管，而射线法、工业CT效率低，并且射线对人体有害，大规模使用受限，因此各行各业主要采用超声波法进行壁厚测量。目前，国内外核电厂是采用打磨油漆后进行普通的超声测厚检查核电站消防水管道壁厚是否存在减薄。然而由于管瘤腐蚀会导致核电站消防水管内表面形成密集型凹坑，普通超声测厚时管道内壁回波散乱，难以获得稳定数据。另外，超声测厚是根据人为确定的测点开展检测，效率低下，且消防水管道内壁腐蚀坑的分布并非均匀分布，这种检测有可能会漏掉减薄更严重的位置。
发明内容
本发明的目在于提供一种管道壁厚测量方法，旨在解决现有技术中管道腐蚀检测效率低、漏测的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种管道壁厚测量方法，包括如下步骤：
准备：将探测器安装于待测量的管道上，且所述探测器与主控器建立连接；
初步测量：所述探测器探测所述管道壁面以获取回波信号，并将所述回波信号发送给所述主控机；
确定腐蚀区域：所述主控机根据所述回波信号确定该管道的腐蚀区域；
精确测量：将相控阵探测组件安装于所述腐蚀区域上，并使得所述相控阵探测组件与上位机建立连接，所述相控阵探测组件扫描所述腐蚀区域、以获取该腐蚀区域的缺陷情况，并将扫描结果传送给所述上位机，所述上位机根据接收的所述扫描结果进行成像；
计算腐蚀区域的最小壁厚：所述上位机根据所述成像情况计算所述腐蚀区域的最小壁厚。
进一步地，在所述精确测量步骤之前还包括标记步骤：根据所述主控器中确定的所述腐蚀区域的信息，在所述管道上依次标记出所述腐蚀区域。
进一步地，所述回波信号包括回波振幅和回波位置。
进一步地，所述初步测量步骤之前还包括清理步骤，清洁所述管道上的杂质、污迹。
进一步地，所述初步测量步骤中还包括判断步骤：若所述管道的测量区域上无遮挡，则进行步进检测步骤；若所述管道的测量区域上有遮挡件，则进行周向检测步骤；
步进检测步骤：所述探测器沿着所述管道的轴向螺旋向前滑动，并使该探测器沿该管道周向扫描探测所述管道壁面；
周向检测步骤：将所述探测器置于所述管道与所述遮挡件的连接处，再沿该管道周向移动所述探测器，并使该探测器沿该管道的轴向扫描探测所述管道壁面。
进一步地，所述遮挡件为设于所述管道上的法兰盘、或套装于所述管道上的挡块、或外部装置。
进一步地，所述导波为高频率电磁波。
进一步地，所述主控器包括用于接收处理所述回波信号的处理模块、用于将所述回波信号进行模数转换的数据采集模块以及存储所述回波信号的存储模块。
进一步地，所述相控阵探测组件包括用于探测所述管道的若干探头和用于推动所述探头往复运动的滑动机构。
进一步地，在所述计算腐蚀区域最小壁厚步骤之后还包括修补步骤：若所述腐蚀区域的所述最小壁厚小于或等于所述管道壁厚的下限值，修补所述腐蚀区域。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过导波粗扫与相控阵检测精确测量的结合探测管道，其中探测器与主控器配合，利用探测器探测管壁面获取回波信号，主控机通过分析回波信号确定腐蚀区域，而通过采用相控阵探测组件扫面腐蚀区域，且上位机接收扫描结果而成像，并根据成像情况计算腐蚀区域的最小壁厚，该方法可以实现快速、高效地测量消防水管道壁厚情况，并且测量数据准确可靠；另外相比超声波法，减少了人为确定的测点的工作量，大大缩短了检测时间，同时提高了检测数据的可靠性和精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的第一种管道壁厚测量方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的第二种管道壁厚测量方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的主控器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请一并参阅图1，本发明实施例中提供的一种管道壁厚测量方法进包括如下步骤：
准备S1：将探测器安装在待测量的管道上，并使得探测器与主控器建立联系，在这里为了方便探测器探测管道，因此探测器与主控器通过无线连接；
初步测量S2：利用探测器探测管道壁面以获取回波信号，并将回波信号发送给主控机；
确定腐蚀区域S3：主控机根据回波信号确定该管道的腐蚀区域；
精确测量S5：将相控阵探测组件安装于管道的腐蚀区域上，并使得相控阵探测组件与上位机建立连接，相控阵探测组件扫描腐蚀区域、以获取该腐蚀区域的缺陷情况，并将扫描结果传送给上位机，上位机根据接收的扫描结果进行成像；
计算腐蚀区域的最小壁厚S6：上位机根据成像情况计算腐蚀区域的最小壁厚。
在本发明中通过探测器和主控器配合，使用探测器探测管壁面以获取回波信号，并将回波信号发送给主控机，而主控机根据回波信号确定该管道的腐蚀区域，可以快速地锁定管道的腐蚀区域；再通过将相控阵探测组件与上位机的配合使用，通过相控阵探测组件扫描腐蚀区域获取缺陷情况，并将扫描结果传送给上位机，上位机接收扫描结果而成像并根据成像情况计算腐蚀区域的最小壁厚。该方法使用了导波粗扫与相控阵检测精确测量的结合，可以实现快速、高效地测量消防水管道壁厚情况，并且测量数据准确可靠。另外相比超声波法，减少了人为确定的测点的工作量，大大缩短了检测时间，同时提高了检测数据的可靠性和精度。
现有技术中核电站消防水管主要通过检测剩余管道壁厚来评价可用性及寿命，其中国内外核电厂是通过普通的超声测厚检查核电站消防水管道壁厚是否存在减薄，其测量方式主要通过打磨油漆，利用预先制定好的策略在管道上划网格线，通过测量网格线上的一个个点进行测量，而取点密度对检测工作影响较大，取点密度小的情况下工作量较小，成本低，但有可能漏掉腐蚀及缺陷；取点密度大的情况下工作量较大，成本高，检测速度慢；另外由于管瘤腐蚀会导致核电站消防水管内表面形成密集型凹坑，普通超声测厚时管道内壁回波散乱，难以获得稳定数据。而在本发明中将导波粗扫与相控阵检测精确测量结合探测管道的方法应用到核电站内的消防水管中，能够及时发现核电厂内消防管道减薄的安全隐患，为后续采取改进措施提拱了准确数据，提高了核电机组安全；相比与常规的超声波检测手段，本技术方法减少了搭制架子的工作量，大大缩短了检测时间，同时有提高的检测数据的可靠性和精度。
在准备S1步骤中，为了提高管道的检测效率，可以使用多个探测器探测管道的各处。
具体地，在本实施例中使用相控阵C扫描的方式检测管道的腐蚀区域。例如该腐蚀区域为100mm的范围，先通过上位机设置相控阵探测组件的扫查角度范围、聚焦深度和焦点尺寸，再通过相控阵组件在该管道腐蚀区域的外表面进行100％全覆盖扫描，并将扫描结果发送给上位机，其中上位机为电脑集成化的器件，可以根据所选择的扫描参数得到缺陷在层面各个方向上的尺寸及分布范围等，而利用计算机图像处理技术或几何作图法将不同深度层面上的C扫描图像进行叠加，便可以得到腐蚀区域的二维声学图像，从而通过观察不同深度层面上的二维声学图像，来确定最小壁厚的位置、大小及确定腐蚀范围，实现了快速识别腐蚀坑位置和尺寸，且该扫描方法可实现管道本体和焊缝100％腐蚀减薄扫查，受管道结构形状限制小，检测精度高达0.02mm。相对于直接采用相控阵进行全部管道进行扫描，而本发明所采用的导波粗扫与相控阵检测精确测量的结合探测管道的方法不需要全覆盖管道进行100％扫描，大幅度地减少扫描工作量、扫描数据量，提高了检测效率，降低了探测成本。
进一步地，在精确测量步骤S5之前还包括标记步骤S4：根据主控器中确定的腐蚀区域的信息，在管道上依次标记出腐蚀区域，避免在精确测量时漏测某处腐蚀区域，提高管道检测的准确性。
进一步地，探测器所获取的回波信号包括回波振幅和回波位置，而回波信息在主控器上以波形图的形式显示，便于探测者在主控器上快速地确定腐蚀区域的位置。
进一步地，初步测量步骤S1之前还包括清理步骤S0，清洁管道上的杂质、污迹。设置清理S0步骤，清除管道上的杂质和污迹，便于探测器安装在管道的外表面上，同时也避免管道上杂质和污迹对探测器探测结果的影响。
进一步地，请参阅图2，初步测量S2步骤中还包括判断S20步骤：若管道的测量区域上无遮挡，则进行步进检测S21步骤；若管道的测量区域上有遮挡件，则进行周向检测S22步骤。
若管道的测量区域并不存在遮挡物，则对管道进行步进检测S20。具体地，将探测器沿着管道的轴向螺旋向前滑动，并使该探测器沿该管道周向激励产生导波而扫描探测管道壁面。其中在步进检测S20检测管道时，主控器通过分析回波信号中的波幅衰减来判断管道的腐蚀区域。若波幅大幅度衰减，便可以确定该区域为管道的腐蚀区域。
若管道的测量区域并不存在遮挡物，则对管道进行周向检测S21。具体地，将探测器置于管道与遮挡件的连接处，再沿该管道周向移动探测器，并使该探测器沿该管道的轴向扫描探测管道壁面。其中在周向检测S21中，探测器沿着管道的轴向方向激励产生导波，而在导波传递过程中遇到缺陷或者边界之时会产生回波信号，若主控器接收到回波信号便可确定该管道存在腐蚀坑。
当然对于管道中无法采用探测器检测的管段，直接采用相控阵进行全面扫查。
进一步地，管道上的遮挡件包括设于管道上的法兰盘、或套装于管道上的挡块、或外部装置，而对于管道中的遮挡件可以直接采用相控阵进行扫描，以检测该遮挡件的腐蚀情况。
进一步地，导波为高频率电磁波，即频率大于或者等于1MH的电磁波。通过采用高频导波探测管道，一次可扫查几米，最高检测灵敏度能够可达到管道截面积的1％，可靠灵敏度为截面积的3％，灵敏度高，基本能够检测出局部点状腐蚀，理论上无盲区，定位精度高，可达毫米级别。
进一步地，请参图3，主控器包括处理模块、数据采集模块和存储模块，其中当探测器将回波信号传送给主控器中的处理模块后，处理模块对回波信号进行处理；而数据传输模块对信号调理模块处理后的信号进行模数转换，采集回波信号并将回波信号传送至存储模块存储。通过将管道的回波信号进行存储，从而使得探测者可以根据多次的回波信号分析管道的腐蚀趋势，便于确定管道的探测周期。
进一步地，相控阵探测组件包括探头和滑动机构。其中滑动机构滑动安装在管道内，探头的一端固定于滑动机构上，另一端紧贴在管道上，则当滑动机构沿着管道往复运动时，便会带动探头沿着管道往复运动以探测管道的腐蚀情况。另外通过设置滑动机构使得探头可以匀速地在腐蚀区域做往复运动，便于提高检测的准确性，另外也避免了人工来回移动探头的麻烦，提高了检测的效率。
进一步地，在计算腐蚀区域最小壁厚步骤S7之后还包括修补步骤S8：若所述腐蚀区域的所述最小壁厚小于或等于管道壁厚的下限值(管道壁厚的下限值为管道满足其正常压力要求所需要的最小壁厚以及满足抗震要求所需的最小壁厚)，修补该腐蚀区域。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道壁厚测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
准备：将探测器安装于待测量的管道上，且所述探测器与主控器建立连接；
初步测量：所述探测器探测所述管道壁面以获取回波信号，并将所述回波信号发送给所述主控机；
确定腐蚀区域：所述主控机根据所述回波信号确定该管道的腐蚀区域；
精确测量：将相控阵探测组件安装于所述腐蚀区域上，并使得所述相控阵探测组件与上位机建立连接，所述相控阵探测组件扫描所述腐蚀区域、以获取该腐蚀区域的缺陷情况，并将扫描结果传送给所述上位机，所述上位机根据接收的所述扫描结果进行成像；
计算腐蚀区域的最小壁厚：所述上位机根据所述成像情况计算所述腐蚀区域的最小壁厚。
2.如权利要求1所述的管道壁厚测量方法，其特征在于，在所述精确测量步骤之前还包括标记步骤：根据所述主控器中确定的所述腐蚀区域的信息，在所述管道上依次标记出所述腐蚀区域。
3.如权利要求1所述的管道壁厚测量方法，其特征在于，所述回波信号包括回波振幅和回波位置。
4.如权利要求1所述的管道壁厚测量方法，其特征在于，所述初步测量步骤之前还包括清理步骤，清洁所述管道上的杂质、污迹。
5.如权利要求1所述的管道壁厚测量方法，其特征在于，所述初步测量步骤中还包括判断步骤：若所述管道的测量区域上无遮挡，则进行步进检测步骤；若所述管道的测量区域上有遮挡件，则进行周向检测步骤；
步进检测步骤：所述探测器沿着所述管道的轴向螺旋向前滑动，并使该探测器沿该管道周向扫描探测所述管道壁面；
周向检测步骤：将所述探测器置于所述管道与所述遮挡件的连接处，再沿该管道周向移动所述探测器，并使该探测器沿该管道的轴向扫描探测所述管道壁面。
6.如权利要求5所述的管道壁厚测量方法，其特征在于，所述遮挡件为设于所述管道上的法兰盘、或套装于所述管道上的挡块、或外部装置。
7.如权利要求1-6任一项所述的管道壁厚测量方法，所述导波为高频率电磁波。
8.如权利要求1所述的管道壁厚测量方法，其特征在于，所述主控器包括用于接收处理所述回波信号的处理模块、用于将所述回波信号进行模数转换的数据采集模块以及存储所述回波信号的存储模块。
9.如权利要求8所述的管道壁厚测量方法，其特征在于，所述相控阵探测组件包括用于探测所述管道的若干探头和用于推动所述探头往复运动的滑动机构。
10.如权利要求9所述的管道壁厚测量方法，其特征在于，在所述计算腐蚀区域最小壁厚步骤之后还包括修补步骤：若所述腐蚀区域的所述最小壁厚小于或等于所述管道壁厚的下限值，修补所述腐蚀区域。
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