声发射技术在输气管道泄漏内检测中的应用

发布日期：2023-02-07 08:42　　　浏览次数：次

1前言

天然气作为一种重要的战略能源，一直居于各国能源结构的核心。天然气的物理性质决定了管道输送是最经济的输送技术之一。到2010年，我国拥有长输管道8万多公里、集输管道30万余公里、城市燃气管道约25.8万公里，我过得天然气骨干管网发展到了4.4万公里。这些管道一旦破裂造成的后果极为严重，对人民生命、财产、周边环境会造成极大的危害，甚至造成严重的社会和政治影响。

因此实用可靠的检测技术，对在役输气管道进行检测，保障其安全运行，尤其对已泄漏管道的泄漏源进行快速准确的定位，成为人们关注的焦点。

2国内外现有泄漏检测方法

我国对长距离输气管道的泄漏检测多采用管道外检测技术，这类方法虽然能够实现在不开挖，不影响正常工作的情况下对管道进行检测，但得到数据往往需要经验丰富的工作人员进行分析和校验，有的管道外检测技术还不适于检测公路、铁路、海洋等区域下的管道，无法实现对管道的全面检测。针对管道外检测技术存在的问题，国外一些发达国家先后开发出了一些可行的管道内检测技术。英国、德国、美国、日本和加拿大在这方面起步较早，且已结合此项技术研制出了各种智能检测猪，且其管道猪产品已基本上达到了系列化和多样化［1]

管道内检测技术一般有漏磁法、超声法、电磁超声法、涡流法、激光法、电视法等。目前，在国内外使用较为广泛的管道内检测方法是漏磁检测法和超声检测法。

2.1漏磁检测方法

漏磁检测的原理是将被测件磁化，通过霍尔探头阵列捕捉被测件内磁场在缺陷处发生的畸变，确定缺陷的信息。漏磁式检测器可以覆盖管道的整个圆周，且对管道输送的介质不敏感，可以用于气体、液体或多项流体管道中。

但漏磁检测器也有如下缺点：

（1）漏磁式检测器产生的信号与管道缺陷的几何形状有关，使得腐蚀不严重但边缘陡峭的局部腐蚀所产生的信号比腐蚀严重但边缘平滑的腐蚀所产生的信号强。

（2)漏磁检测器的检测精度随管壁厚度的增加而减少，且检测出的缺陷不能精确地确定缺陷的大小。

（3）漏磁检测器对像裂纹一类的轴向缺陷则检测不到［2]

2.2超声检测方法

超声检测技术原理类似于传统超声波检测，传感器通过液体耦合与管壁接触，通过超声波在缺陷处的异常反射波测出管道缺陷。

基于超声的内检测设备具有较好的检测精度，但对于检测环境及运行条件的要求较严格。在超声检测时要求再探头和管壁间有液体以耦合信号，所以普通的超声波检测器不适合用于检测输气管线，现在使用的气管道超声在线检测装置在传感器等方面都进行了特殊设计，使之可以应用于气管道的在线检测，但也只适用于10英里以下长度管道的检测，应用范围较窄［3]

3声发射原理简介

材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射。材料在应力作用下的变形余裂纹扩展，是结构失效的重要机制，这种直接与变形和断裂机制有关的源，被称为声发射源。

自上世纪七十年代初声发射仪器问世以来，声发射仪已经更新换代多次，在结构、功能和数字化程度上均有很大改进.现有应用的第三代声发射检测仪器一般有传感器、前置放大器、信号参数测了、数据分析、记录和显示等基本单元构成。它主要适用于检测裂纹、腐蚀等缺陷产生的突发性声发射信号。

4声发射泄漏检测的优势

声发射是一种动态检测方法，声发射探测到的能量来自被测试物体本身，而不是像超声货射线探伤方法一样由无损检测仪器提供，这使得声发射检测方法在许多方面不同于其他常规无损检测方法，其优点主要表现为：

（1）不同于漏磁检测方法，声发射检测方法对线性缺陷较为敏感；

（2）声发射检测方法检测的精度较高。它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号，降低误报率；

（3）可根据声发射信号强度判断缺陷的严重等级，方便检修；

（4）由于对被检件的接近要求不高。在输气管道中传感器不需与管壁进行耦合，仅通过管内天然气的声音传到就可捕捉到缺陷信号；

（5）由于对被测管道的几何形状不敏感，适用于任何尺寸的管径、管壁［4.5]

5可行性试验与结论

问了验证声发射是否能应用于气体管道内检测，我们设计了一个实验。将声发射系统装在一个套管内，传感器固定在套管内壁。之后将套管置于实验管道之内，管道内充满常压空气。用高压空气魔方泄漏源，冲击实验管道外壁。