[發(fā)明專利]一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測方法

無效

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• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103063170A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高炳軍;富陽;石永亮;權(quán)紅恩;馬文蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟(jì)群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無損檢測技術(shù)，具體為一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測方法。

背景技術(shù)

流體輸送管道尤其是含固體顆粒的流體輸送管道經(jīng)常會受到介質(zhì)的腐蝕、沖蝕與磨蝕，導(dǎo)致其壁厚減薄。由于流體流動特性的差異，管道不同部位的壁厚減薄是極不均勻的，彎頭、三通、設(shè)備的進(jìn)出口等部位通常是壁厚減薄較為嚴(yán)重的部位。而這些部位往往又是管道的高應(yīng)力區(qū)。對于高壓管道，這些部位無疑會成為最薄弱的環(huán)節(jié)，一旦壁厚減薄至低于承載所需最小壁厚，將會在這些部位首先產(chǎn)生裂紋并破裂，進(jìn)而造成災(zāi)難性事故。為此，對由于各種原因壁厚減薄嚴(yán)重的高壓管道進(jìn)行壁厚監(jiān)測是非常必要的。國內(nèi)外石油、化工、核電等行業(yè)都非常重視此類管道的壁厚監(jiān)測，以保證生產(chǎn)的安全。而對于磨損等原因造成的壁厚減薄特別嚴(yán)重的部位甚至提出在線實(shí)時監(jiān)測及安全評估的要求。

目前，管道壁厚監(jiān)測方法主要有腐蝕檢測法、電阻腐蝕探針法和超聲波法。腐蝕檢測法是利用化學(xué)成分分析儀檢測腐蝕系統(tǒng)的腐蝕物的含量及累積含量，從而間接地實(shí)現(xiàn)管道壁厚測量，其測量結(jié)果往往只能對應(yīng)腐蝕的總量或平均量，很難對應(yīng)于管道局部壁厚的變化。電阻腐蝕探針法是利用探針與管壁的等長度腐蝕并測量探針的電阻變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)管道壁厚的在線測量。然而安裝探針需要在管道上開孔，而需要檢測的部位又多為彎頭、三通等特殊部位，開孔并安裝探針很不方便，同時對于高壓管道，開孔也會對其強(qiáng)度造成一定的負(fù)面影響。盡管超聲波壁厚測量在管道檢測中應(yīng)用很廣，但高溫管道的檢測需在管道壁厚的測點(diǎn)位置設(shè)置保溫盒，測量時打開保溫盒，比較麻煩，同時為了實(shí)現(xiàn)高溫管道壁厚的測量，還需要價格較貴的高溫探頭和高溫耦合劑,且操作人員需近距離接觸高溫構(gòu)件，易發(fā)生燙傷，勞動條件差。

中國專利CN2235603Y提出了一種綜合利用超聲波測厚原理及腐蝕探針原理的壁厚測量方法。該方法用于高溫爐襯厚度的在線檢測技術(shù)中，金屬測量桿代替探針插入高溫爐襯隨爐襯一同腐蝕，利用超聲波探頭測量測桿的長度變化，進(jìn)而得到爐襯厚度的變化，然而這一技術(shù)同樣不能直接應(yīng)用于高溫高壓管道的壁厚檢測上，主要原因仍然是高壓管道的開孔問題。

多項美國專利（US4783997、US7080556、US5951163）提出了利用超聲波緩沖桿（Buffer?Rod）測量高溫物體，主要用來檢測管道或設(shè)備中的高溫流體，此時緩沖桿主要用作超聲導(dǎo)波桿，并提出涂層可有效減少超聲波的蔓延回聲，提高信噪比，同時提出具有錐度的緩沖桿具有更佳的導(dǎo)波性能。

中國專利CN100483069C提出了一種高溫高壓管道的超聲波壁厚在線監(jiān)測方法。該方法在需要進(jìn)行管道壁厚檢測的部位焊接與高溫高壓管道材料相同的測量桿，測量桿端部設(shè)置冷卻裝置，以降低與超聲波探頭接觸端的溫度。從而可以利用一般的超聲波耦合劑和探頭較好的實(shí)現(xiàn)壁厚測量，實(shí)現(xiàn)高溫高壓管道的超聲波壁厚在線監(jiān)測。然而該方法需要測量導(dǎo)波桿的溫度分布，并對試件及導(dǎo)波桿內(nèi)的聲速進(jìn)行修正，才能推算出被測構(gòu)件的厚度，操作復(fù)雜，不利推廣。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是：提供一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測方法。該檢測方法操作容易，計算簡便，既不影響高溫壓力管道的強(qiáng)度，又能利用一般超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行高溫壓力管道壁厚的檢測，成本低廉，適于工業(yè)化實(shí)施。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：設(shè)計一種高溫壓力管道壁厚的超聲檢測方法，該檢測方法采用以下工藝：

（1）在高溫壓力管道的外壁沿法線方向采用非焊透的方式焊接一個與高溫壓力管道同材質(zhì)的階梯導(dǎo)波桿，并在階梯導(dǎo)波桿端部的中心區(qū)保留足夠的未熔合面積，使階梯導(dǎo)波桿階梯部位的圓環(huán)面積、焊接區(qū)圓環(huán)的圓環(huán)面積以及中心區(qū)未熔合的圓面積盡可能相等；

（2）在高溫壓力管道的外壁覆蓋保溫層，保溫層厚度大于階梯導(dǎo)波桿的階梯段長度；

（3）在階梯導(dǎo)波桿的中上部安裝冷卻裝置，工作時通過冷卻裝置使階梯導(dǎo)波桿的上端部冷卻至60℃以下，所述冷卻裝置為水冷夾套或風(fēng)冷翅片；

（4）使用常溫超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行超聲測量，利用數(shù)字超聲波探傷儀，測量各界面的反射波聲程，計算出階梯導(dǎo)波桿的導(dǎo)波階梯面與階梯導(dǎo)波桿和被測管道接觸界面之間的聲程差L₁、管道內(nèi)壁面與階梯導(dǎo)波桿和被測管道接觸界面間的聲程差L₂，已知階梯段長度為l₀,則被測高溫壓力管道的厚度h由下式（1）給出：