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超声波在役金属管线壁厚测量方法

来源:中泽检测网
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超声波在役金属管线壁厚测量方法

超声波在役管线壁厚测量是一种利用超声波技术进行的无损检测方法,它能够在不破坏管道材料的情况下,测量管道的壁厚,这项技术对于监控管道的腐蚀状况、评估剩余壁厚以及预防潜在的泄漏或破裂至关重要。

超声波测厚仪通过向管道发射高频声波,并测量这些声波在管道材料中传播并反射回来所需的时间来工作,声波的传播时间与管道壁厚成正比,通过计算可以得到壁厚的数值。这种方法可以应用于各种材料的管道,包括金属和非金属管道。

在实际操作中,测量人员会在管道表面涂抹耦合剂以确保超声波探头与管道表面之间有良好的声学接触,然后,探头放置在管道上,发射和接收声波,测量系统会根据声波的传播时间计算出壁厚,一些高级的超声波测厚仪还具备其他功能,比如连续监测、数据记录、报警系统等,这些功能可以提高测量的效率和准确性。此外,超声波测厚仪可以与不同的探头配合使用,以适应不同直径和壁厚的管道,确保测量结果的精确性,如果管道的内壁或外壁受到严重腐蚀,可能需要使用特殊的探头,比如双晶探头来进行测量。对于直径较小的管道,可能需要使用高频超声测厚仪和相应的探头来获得准确的测量结果。

根据介质特性及工艺条件的不同,金属管道在使用过程中,其整体或局部可能受到腐蚀、冲蚀、磨损等破坏性作用,使管壁逐渐减薄。缓慢的均匀减薄对管道的安全运行影响不大,但局部的非均匀减薄会影响管道的强度,严重的局部减薄则会对管道的安全运行构成威胁。因此对在役金属管道、尤其是压力管道进行定期检测时均把壁厚检测作为主要的检测项目之一。

对在役金属管道进行壁厚检测的主要目的为了探测管道在使用过程中壁厚的减薄程度,并依此推测壁厚减薄速度、在一定时期内的减薄总量,通过计算分析判定剩余壁厚能否满足强度及使用寿命的要求。

常用方法:

随着专业人员对各种无损检测方法应用性的开发,壁厚检测的方法也在增加,相应的检测仪器也品种繁多,但是对于金属管道的壁厚检测仍以超声波测厚方法最为常用。

3.1采用超声波测厚仪进行壁厚测定

脉冲反射式超声波测厚仪是利用超声波脉冲在材料中的往返传播时间与声速、声程的关系来求得被检工件的厚度。因超声波测厚仪具有轻便、小巧、测量速度快、数字管直接显示厚度值、精度高、电池供电等优点而被广泛应用于工业检测领域。在登高作业及需要进行大量数据采集的场合,测厚仪的优点更是会明显的体现出来。

采用超声波测厚仪测量管壁厚度时,应注意双晶探头的放置要使其隔声层垂直于管道轴线,并使其与管壁正交,这样才能获得稳定准确的厚度指示。测厚时,当读数与预想值相差较大时,应分析是出现了成倍读数还是缺陷反射,必要时可采用其他仪器进行辅助分析。

当现场检测遇到未知声速的材质时,可在与管壁材质相同且厚度已知的法兰及其他部件上进行声速校验。

当检测结束后发现仪器声速与被检材质实际声速不一致时,可利用公式进行数据校正:   

实际壁厚 T=T'×(C/C')

式中:T’:在仪器设定声速下测得的壁厚值,mm

C:管材实际声速,m/s

C’:仪器设定声速,m/s

尽管超声波测厚仪具有很多优点,但其并不能检出所有形式的壁厚减薄。因为 测厚仪接收被检工件底面反射的脉冲信号具有一个可被仪器识别处理的下限值,并不是任意一个较小的界面反射回波都可被检波放大、予以计算形成显示。如管子内壁较小的点腐蚀或对声波构成发散的形状缺陷,当采用超声波测厚仪进行检测时,检出灵敏度将会受到很大的影响。试验证明:无论何种形式的壁厚减薄,其反射声能如不大于Φ2mm当量缺陷的反射声能则都很难检出。

在对金属管道进行壁厚检测时,很可能在靠近测点附近存在较深的局部减薄,但因测厚仪对该类缺陷的检测局限性而未能发现该缺陷,这种局限性需要通过其他适用的检测方法来弥补。

3.2采用超声波探伤仪进行壁厚检测

采用超声波探伤仪进行测厚一般选用高频小晶片纵波直探头,在工件表面耦合状况不好的情况下,采用超声波探伤仪进行测厚可获得较理想的检测效果。超声波探伤仪测厚没有测厚仪测厚显示快速、读数直接。但采用超声波探伤仪配合适当晶片尺寸的探头扫查管壁,检测人员可以通过波形特点定性的了解管壁状况,判断管壁处于均匀(减薄)状态还是存在非均匀减薄缺陷,并可通过扫查分析确定较严重的减薄区域,超声波探伤仪的这些特点是测厚仪所不具备的。

当管子内壁均匀光滑,无减薄或呈均匀减薄状况时,超声波扫查内壁反射回波等间距且波幅呈线性递减,相邻回波间距即为管壁厚度(采用数字式超声波探伤仪可方便准确的读取壁厚值)。当管子内壁存在严重点状腐蚀、磨损凹槽等缺陷时,超声波扫查内壁反射回波较乱,包络线形状不规则、波形随探头的移动变化较大。

 管壁状况检测可根据管壁厚度和管径大小选用Ф24mm~Ф34mm纵波直探头,实际检测时,以完好均匀的管壁处调节检测灵敏度,使内壁一次回波高度达80%f.s左右,此时多次底波应成有规律的均匀递减形式,在不改变增益值的情况下,扫查管壁,观察管壁反射动态波形变化,通过波形幅值、间距、包络线形状等因素判定管壁减薄形式。

3.3采用射线照相法辅助分析管壁状况

对于反射当量不大但深度值较大的点腐蚀、局部磨损类缺陷,无论是超声波测厚仪还是超声波探伤仪都很难发现,而这类缺陷在管道使用过程中很可能快速发展形成漏点,影响管道的安全使用,对该类缺陷进行确认最有效的方法就是射线照相法。

射线照相法不能直接对管壁厚度进行定量,但可以直观的获得内壁缺陷的形状、尺寸、密集程度,通过管壁减薄形式,分析减薄成因。通过采用沟槽对比试块,可以判断管壁减薄深度、管道局部磨损减薄的严重程度,推断管壁在一定时期内是否存在磨穿及泄露的可能性。

射线照相工艺较复杂、所需检测时间较长、检测费用较高,因此,射线检测作为在役金属管道壁厚检测的辅助手段,一般用于已采用超声波检测法,检测判断可能存在非均匀减薄或难以获得准确判定,认为有必要进行减薄形式确认的情况。

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