脈沖渦流不拆包覆層檢測技術淺析

　承壓設備在長期運行過程中很容易發生金屬壁減薄，這主要是由于內部介質或者外部環境作用的結果，而腐蝕、沖蝕和磨損是導致金屬壁減薄的主要機理。據統計，以上因素是造成承壓設備失效乃至事故的主要原因，也是造成國家重大經濟損失的重要因素之一。

 

　　傳統的金屬減薄檢測手段是采用常規超聲波測厚技術，但該技術有以下幾點局限性：

 

　?。?）需要和金屬本體進行良好的耦合，以使超聲波能夠實現在傳感器與金屬本體之間的傳播和接收，而在高低溫環境下，很難實現耦合。

 

　?。?）在線檢測和監測比較困難，而且檢測效率低。目前，石油、石化、燃氣、電力、冶金等行業在用的承壓設備很多帶有覆蓋層（包括防腐層、保溫層和保護層）結構，當采用常規超聲波測厚技術時，不可避免地要去除覆蓋層并進行必要的表面處理，檢測完畢又要恢復覆蓋層，這種做法會對企業造成很大的經濟損失和時間上的浪費。

 

　　近年來，國內外研究機構都在不斷開展不拆包覆層或者少拆除包覆層壁厚檢測技術的研究。除脈沖渦流檢測技術外，已經展開研究和應用的檢測技術還有先進的數字射線檢測技術（DR）、智能內檢檢測技術、超聲導波技術。其中，數字射線檢測技術，可以在包覆層外利用射線檢測，由于其存在現場風險和工作量巨大的原因，目前主要應用在焊縫檢測上。智能內檢技術是將內檢儀器放置于管道內部，依靠流體壓力差的作用，驅動儀器隨介質移動進行檢測，或者依靠其他動力實施檢測，這種方法也不需要拆除包覆層，但這種方法僅適用于較大管徑而且結構簡單的管道中，同時不適用于壓力容器檢測。這兩項檢測手段就不再此贅述。有很多客戶對脈沖渦流和導波的區別不是很清楚，今天主要分析一下脈沖渦流和超聲導波檢測技術。這兩種技術各有優缺點，各有適用的領域，只從原理及應用范圍加以對比分析。希望能讓您對這兩項檢測技術有一定的認知，分析內容的不足之處還望大家多多批評指正。

超聲導波，就是波導中的彈性波。頻率通常低于超聲體波探傷頻率（<1MHz），超聲導波頻率一般為 20～100 k Hz。導波是由聲波在介質中的不連續交接面間產生多次往復反射 ,并進一步產生復雜的干涉和幾何彌散而形成的。當介質的幾何尺寸小于波長時，邊界條件不能視為無限大，超聲波在邊界處發生多次模式轉換和幾何彌散，形成沿著介質幾何結構傳播的超聲頻彈性導波。主要分為圓柱體中的導波以及板中的 SH 波、SV波、蘭姆波等。根據 Silk 和 Bainton的理論 ,圓柱體中的導波分為軸對稱縱向模式、軸對稱扭轉模式和非軸對稱彎曲模式。在實際工業管道檢測中使用的是軸對稱扭轉 (曲) 模式。
 

導波主要沿管道軸向傳輸，當導波傳輸過程中遇到缺陷 (缺陷需在環狀截面有一定的面積缺損)時 ,會在缺陷處返回部分反射波 ,因此可根據反射波來發現缺陷位置和判斷缺陷的大小。

 

 

 

導波分類及特點

 

　　

 

 

導波分類

 

 

 

　　按照頻率大小和激發特性可分為高頻導波、低頻導波、磁致伸縮導波、壓電導波。高頻導波，檢測精度可達到截面積損失比的1%，檢測距離單方向最大可達到探頭兩側各三米左右。高頻導波的檢測盲區較小，定位準確，檢測結果以C掃形式展現，適合檢測一些場站級管道和穿墻管之類的；低頻導波，檢測精度可到達截面積損失比的3%左右，檢測距離單方向可達幾十甚至是上百米。適合檢測一些長輸管線、架空管道及一些穿馬路的相對短距離的管道。磁致伸縮導波，檢測時需要在管道上涂上耦合劑并貼一個特殊的鐵磁性帶材，信號通過帶材導入到被檢母材內，高頻導波的帶材價格較高，但可以反復使用多次。壓電式導波需要使用具有氣囊的管道卡具的，內部含有壓電式的探頭來實現信號的導入母材，卡具及壓電探頭需要根據管徑進行匹配，由于檢測范圍往往需要配很多卡具工裝且價格不菲，便攜性較差且更換效率較低。

 

 

 

導波特征

 

 

 

　

優勢

 

1. 長距離檢驗—在理想狀態下（架空、內部沒有粘稠介質、沒有彎頭和法蘭），探頭單側就能達到上百米的檢驗距離；

 

2．全覆蓋檢測，利用導波可以覆蓋整個管道，而不是個別區域；

 

3. 接觸受限—對于保溫管，能夠最小范圍的移除保溫層;對管道支撐下的腐蝕，無需升起管道;對高空的檢驗，腳手架的需求能簡化到最低限度;可檢測穿越公路的埋地管道;

 

4. 完整的自動化數據收集且數據能被完全記錄。

 

 

劣勢

 

1. 數據的解釋高度依賴于操作人員;

 

2. 很難發現小的點蝕缺陷或者是均勻減?。◤濐^沖蝕）;

 

3. 存在較大的盲區，探頭附近位置是始波區；

 

4. 通過管道彎頭后，能量衰減嚴重；

 

５.軸向定位有較大偏差且無周向定位。

 

 

 

脈沖渦流檢測技術原理及特點

 

 

 

 

 

 

 

 

脈沖渦流檢測技術原理

 

 

 

 

渦流檢測基本原理

 

 

正弦激勵波

 

 

脈沖激勵波 

 

圖1-1

 

 

　　脈沖渦流技術是利用瞬態激勵磁場穿透保溫層和母材，并利用渦流磁場在不同壁厚下衰減時間的變化來進行腐蝕判斷和量化分析。

 

　　如圖1-1所示給激勵線圈加上激勵電流，產生變化的磁場，磁場在工件上感應出渦流，在工件上成漩渦狀分布，形象地稱為渦流。傳統的渦流加的是正弦激勵電流，由于發熱的問題，一般所加激勵電流較小，通常被應用在檢測工件表面近表面的缺陷。脈沖渦流加的是脈沖激勵，脈沖激勵是瞬態激發的可以施加幾十安培的激勵電流，所以它可以穿透較厚的包覆層（最大200mm左右）和較厚的工件（最大50mm左右）。瞬態激發有一發一收的過程，所以脈沖渦流可以用來測工件腐蝕壁厚。

 

圖1-2

 

　　如圖1-2所示，探頭分別在帶有包覆層的完好的和有腐蝕缺陷的區域進行檢測，從圖中可知壁厚越大感應電壓衰減為零的時間越長，衰減時間和厚度的平方成正比，所以說實際檢測中厚度越大，單次檢測時間越長?，F有進口脈沖渦流設備就是根據厚度和衰減時間的單一變量關系研發出來的，這樣就容易受到外界的震動和包覆層的厚度變化的影響。我們的設備是通過大量的計算，把渦流的整個電磁場求解出來，受外界影響很小而且還可以檢測非鐵磁性材料，應用范圍更廣。

 

　　如圖1-3前邊是檢測模型，整個母材周圍的電磁場全部求解出來了，后邊是母材內渦流的分布及擴散過程。由這個模型圖可以知道母材外邊的包覆層不導電不導磁，所以說脈沖渦流可以允許提離。包覆層外的鐵皮或者鋁皮在測量前通過標定被排除了干擾，管體內介質的電導率、磁導率和金屬母材相比較相差很大基本可以忽略，所以脈沖渦流可以用來檢測在役的帶包覆層的母材的厚度?！　　　　?/p>

 

 

管道脈沖渦流檢測模型

 

管壁內渦流的分布及擴散過程

圖1-3

 

　　如圖1-４所示根據不同的母材厚度和提離，選定合適的探頭，檢測的厚度是探頭足底面積下的母材的平均厚度。在被檢工件上選定標定點，然后進行檢測。儀器有三種檢測結果的顯示，左上角的曲線重合度越高，母材厚度變化量越小。同時曲線也是判斷檢測數據是否有效的依據，曲線平滑無毛刺代表檢測數據真實可靠。我們也可以通過右上角的厚度變化量來直觀的判斷母材的厚度變化趨勢，還可以通過下邊的c掃圖的顏色變化來判斷母材的厚度變化，顏色越深變化量越大。

 

圖1-４

 

 

 

 

 

脈沖渦流檢測技術特點

 

 

 

 

 

優勢

 

 

在役情況下，無需破拆保溫層即可判斷母材是否存在腐蝕減??；

 

易操作，可快速精準判斷剩余壁厚和缺陷位置；

 

可實現B掃、C掃顯示，母材腐蝕狀況一目了然；

 

對材料的性質和腐蝕形態不敏感，測厚結果穩定性好。

 

 

劣勢

 

 

檢測結果是檢測線圈投影面積下的平均剩余壁厚值，

難以檢出管壁內小體積比缺陷；

 

屬于點檢而不是全覆蓋檢測，

更適合針對易沖蝕或腐蝕部位進行篩查。

 

 

 

 

綜合對比

 

 

 

　　上邊簡單的介紹了導波和脈沖渦流的原理及各自的優缺點，本人近幾年剛好前后接觸了這兩種技術并多次帶著相關設備進行了實際檢測?，F把兩種技術綜合在一起對比一下，認識不足之處還請大家指正。

 

1、導波技術和脈沖渦流技術都是非常有價值的技術，它們特點鮮明，檢測目的各不相同，我們可以針對不同的檢測目標和現場工況來選擇不同的檢測方式，以達到最佳的效果。

 

2、導波技術的主要精髓在于全覆蓋檢測，因此如果管道存在不規則的局部腐蝕，根本無法利用點檢手段排查。而導波技術是快速全覆蓋篩查的必要手段。

 

3、導波技術同時也受限于管道布局、腐蝕面狀況等因素。因此在場站管道縱橫交錯，法蘭、彎頭眾多，且主要管道內部介質為非腐蝕性流體（以大面積沖蝕為主）的情況下，導波就很難發揮出其價值。

 

4、脈沖渦流技術屬于點檢手段，不能做到全覆蓋檢測，但由于其具有無需拆裝保溫層，對于彎頭、三通等大面積沖蝕非常敏感等特點，因此可以作為在役狀態下的管道沖蝕、流體加速腐蝕的最佳篩查手段。

            

　　針對包覆層下的管道檢測，通過對導波和脈沖渦流技術的介紹和分析，大家可以看到每項技術都有它優缺點和適用范圍，不能簡單的說哪項技術好或者不好，重要的在于現場的環境以及檢測目的和要求。

 

　　北京德朗公司脈沖渦流技術通過多年的積累沉淀，產品已經達到國外同類先進技術水平，在某些重要指標上還要優于國外產品，目前已經得到大量的實際應用，整體性價比最好，產品服務與升級更為方便，而且可以根據用戶使用需求提供靈活的合作方式。

 

　　檢測技術在不斷進步，更好、更快、更強是我們永遠追求的目標。北京德朗公司一直在努力前行，期待您的支持與相伴。