超声导波管道检测中导波模态及频率的选择

长距离管道超声导波检测技术是一种新的管道无损检测技术,可以对常规方法无法接近的管道进行快速检测,工程应用前景非常广阔．本文对管道超声导波检测过程中传感器的数量和布置间距对榆出导波信号的影响进行了讨论,并以纵向轴对称导波L(0,2)为例,就导波模态及频率的选择对检测效果及一次性检测长度的影响进行了研究．综合多方因素选择的最优试验频率即可作为现场管道试验的检测频率．     

基于反射的L(0,1)导波的分段式管道腐蚀定量监测方法研究

腐蚀导致管道壁厚减薄，进而降低管道的强度和完整性，威胁管道的运行安全.提出了一种基于反射的L(0,1)导波的分段式管道腐蚀定量监测方法.通过分析不同壁厚下管道中L(0,1)导波的变化规律，提出使用反射的L(0,1)导波走时变化作为壁厚损失敏感特征，建立了反射波走时变化与壁厚损失的理论关系，根据实测的反射波走时变化和该理论关系量化管道壁厚损失.开展了实验研究，在管道上激发L(0,1)导波，使用实测的反射波走时变化评价管道壁厚损失，并结合理论关系得到对应的壁厚损失.结果表明：通过反射波走时变化可以灵敏识别和准确量化管道壁厚损失，由反射波走时变化评估的壁厚损失与超声测试值较为一致.与已有的导波方法相比，所提方法提高了对管道壁厚损失的分辨率和量化精度.而且，该方法克服了超声测试只能逐点扫描，检测精度受多种因素影响，无法远程实时在线定量监测管道壁厚损失的不足.     

基于双流体模型的人工煤气管道腐蚀预测

人工煤气管网中广泛存在的多相流动腐蚀是造成人工煤气管道减薄的主要原因。针对现有检测技术难以检测输送复杂介质管道的剩余壁厚的问题,以昆明市燃气管网为例,基于双流体模型进行人工煤气管网的多相流动分析,采用实验与理论研究相结合的方法,确定了人工煤气管道的腐蚀特征,计算得到管道的腐蚀情况,结果表明：管道腐蚀程度主要与持液率和CO₂分压相关;采用多相流动仿真模型平均腐蚀速率为0.054 3 mm/a,全动态多相流模拟的腐蚀预测结果存在明显误差;建立的人工煤气管网腐蚀速率预测模型误差平均值为8.9%,优于全动态多相流模拟多相流腐蚀预测结果。     

多模态超声导波管道检测技术的研究

目前管道检测技术尚难实现大面积、长距离和复杂状态管道的早期裂纹快速检测。而多模态超声导波管道检测技术,利用超声导波,基于小波分析、遗传算法和随机理论,研究激励的方法、信号的采集、分析和管道状态判别的理论和技术,可以实现这一目标。     

压力管道超声导波检测技术应用研究

介绍了超声导波检测技术的工作原理,通过比较实验室模拟管道和现场压力管道的检测结果,提出实际检测中需重点解决的技术问题。     

基于超声导波的管道缺陷量化评估仿真研究

超声导波是近年新兴的无损检测技术,相比超声检测和漏磁检测等传统方法,它可提供大范围、全面高效的检测,因此受到越来越多的关注。在基于超声导波的管道缺陷检测中,普遍采用脉冲回波方法,即根据反射回波信号的分析结果获取缺陷信息,目前此技术已可实现管道缺陷的识别和定位。但由于实际管道缺陷形态不规则,产生的反射回波信号往往很复杂,目前还不能实现管道缺陷的量化检测。本文针对此问题,通过有限元仿真方法研究超声导波与管道缺陷的交互过程,提出利用缺陷前后边界分别产生的两个反射信号进行缺陷轴向尺寸的量化评估方法,并进一步通过有限元仿真验证了结论。     

管道中面积型缺陷超声导波检测技术运用研究

根据导波产生的原理,研究分析超声导波对金属管道面积型缺陷的检测,实验结果与其他常规无损检测手段相互印证,得出当前超声导波检测技术具有较高的准确性和高效性,最后指出了导波检测运用于管道中的弊端,对导波检测技术的发展有一定的指导作用。     

土壤对管道纵模导波传播特性的影响

针对超声导波技术在不同地理环境下埋地管道的缺陷检测问题,对埋地管道中纵向模态的频散和衰减特性进行了分析。建立了埋地管道的三维有限元模型,分析了激励频率和土壤类型对纵模导波传播的影响。在埋地管道中粘贴压电陶瓷片激励和接收L(0,2)模态。研究结果表明:随着激励频率增加,L(0,2)模态能量衰减也逐渐增大,而在激励频率为40 k Hz时,弹性模量较小的硬黏土对纵模导波的衰减相对较小,表明采用低频纵向模态超声导波对较低弹性模量土壤覆盖的管道检测效果较好,可有效提高导波在该类埋地管道中的检测距离。     

土壤对管道纵模导波传播特性的影响

针对超声导波技术在不同地理环境下埋地管道的缺陷检测问题,对埋地管道中纵向模态的频散和衰减特性进行了分析。建立了埋地管道的三维有限元模型,分析了激励频率和土壤类型对纵模导波传播的影响。在埋地管道中粘贴压电陶瓷片激励和接收L(0,2)模态。研究结果表明:随着激励频率增加,L(0,2)模态能量衰减也逐渐增大,而在激励频率为40kHz时,弹性模量较小的硬黏土对纵模导波的衰减相对较小,表明采用低频纵向模态超声导波对较低弹性模量土壤覆盖的管道检测效果较好,可有效提高导波在该类埋地管道中的检测距离。     

土壤对管道纵模导波传播特性的影响

针对超声导波技术在不同地理环境下埋地管道的缺陷检测问题,对埋地管道中纵向模态的频散和衰减特性进行了分析。建立了埋地管道的三维有限元模型,分析了激励频率和土壤类型对纵模导波传播的影响。在埋地管道中粘贴压电陶瓷片激励和接收L(0,2)模态。研究结果表明:随着激励频率增加,L(0,2)模态能量衰减也逐渐增大,而在激励频率为40kHz时,弹性模量较小的硬黏土对纵模导波的衰减相对较小,表明采用低频纵向模态超声导波对较低弹性模量土壤覆盖的管道检测效果较好,可有效提高导波在该类埋地管道中的检测距离。     

磁致伸缩超声导波的包覆层轻烃管道检测试验分析

采用磁致伸缩传感器(Ms S)超声导波检测系统,对带包覆层轻烃管道进行在线检测。研究了不同检测频率、管道直径对管道缺陷检测定位精度的影响,并分析了带有黏弹性包覆层环氧树脂对超声导波信号的影响。对114 mm和80 mm两类管道,以三通、弯头等近似为缺陷,分别使用32 k Hz和64 k Hz探头进行检测。检测结果表明:不同检测频率时管道缺陷检测精度不同,频率越高,定位精度越高。管道的直径对导波信号缺陷检测精度有重要影响,采用32 k Hz频率对80 mm管道的定位精度为9.3 cm,远高于114 mm管道的定位精度(17.6 cm)。黏弹性包覆层对检测信号有强烈的衰减,平均衰减速率约为1 d B/m。     

埋地金属管道腐蚀的瞬变电磁响应特征分析

将瞬变电磁法应用到埋地金属管道腐蚀缺陷的在役无损检测中,利用Ansys有限元软件对埋地金属管道腐蚀模型的瞬变电磁场进行仿真,采用方形多匝小回线中心方式进行激励和接收,在发射线圈上施加一定关断时间的电压激励,采用边长较小的共中心回线接收感应二次场,并根据实际检测情况设置模型相关参数.仿真结果表明:管体发生腐蚀时,随着壁厚的不断减薄,即腐蚀量的增加,感应电动势的绝对值减小,即瞬变响应减弱;仪器关断时间宜控制在60μs以内,以保证100μs附近的观测数据有效;相邻两测点曲线首支的剧烈变化可作为判断管道埋深变化的依据.通过和实测模型对比,验证了仿真结果的正确性,因此,当管道发生一定范围的腐蚀时,选取合适的观测时间,就能够获得管道腐蚀信息.     

高含水原油集输管道内腐蚀预测及监测方法

针对高含水原油集输管道内腐蚀穿孔事故日趋严重的工程实际问题,对高含水原油集输管道内腐蚀高风险点预测及内腐蚀缺陷监测方法进行了综合研究。基于原油集输管道管内介质的液滴携带机理,给出了该类管道内腐蚀高风险点的预测和判定方法;基于场指纹腐蚀监测原理,研究了代表腐蚀缺陷深度的指纹系数的空间分布规律,给出了其与管道壁厚减薄量的对应关系曲线,建立了高含水原油集输管道内腐蚀状况的评估模型。研究可为高含水原油集输管道科学管理及保障原油集输管道安全运营提供技术支撑。     

管道内检测技术在鲁宁线上的应用

长距离埋地管道运输是目前石油天然气资源的主要输送方式,由于埋地管道运行环境复杂,各种原因造成的管壁腐蚀直接影响管道的使用寿命.如何了解管道的腐蚀状况,有针对性地对管道进行维修,确保管道的安全运行,延长管道的服役时间,是进行管道内检测的根本目的.我们对鲁宁输油管线共检测了647公里,获取了第一手检测资料库,为进一步分析鲁宁管线腐蚀情况和安全评估提供了科学依据.     

利用压电导波层状管道结构的损伤识别

目的绘制层状管道结构导波的频散曲线,提出一种利用压电超声导波层状管道结构损伤识别方法.方法利用Navier方程及边界条件建立频散方程并进行数值求解,分别绘制出空管和充液两种情况下的导波频散曲线.为了验证理论分析结果,利用压电导波试验方法,对一个长2 m的层状空管和层状充液管道中的人工周向缺陷进行识别.结果导波的频散和衰减程度较弱的L(0,1)模态适合于层状充液管道中的损伤识别.随着导波频率的增加,频散效应逐渐增加,损伤识别能力也逐渐下降.对于充液管道,导波能量会通过液体中传播,降低损伤识别的精度.结论在对层状充液管道进行损伤识别时,应根据频散、衰减和导波结构等传播特性选取合适的纵向模态.利用压电导波进行层状管道结构损伤识别是十分有效的.     

超声导波在管道缺陷成像中的发展与挑战

回顾了超声导波在管道缺陷检测中的发展历程,阐述了管道导波的传播模态,调研了管道缺陷成像技术的研究现状.对超声导波在管道缺陷成像的应用展开了评述,介绍了相控阵成像法、时间反转法、层析成像法、偏移成像法、延迟叠加法,并比较了各种方法的特点与适用范围.最后总结了当前超声导波在管道缺陷成像中面临的机遇与挑战.     

基于导波模态分析的高强钢丝腐蚀评估

为提高桥梁缆索损伤声发射监测的精度和可靠度,将小波变换的用于导波模态分析,提出了基于导波模态特征的高强钢丝腐蚀评估方法。通过有限元方法模拟多模态导波在索内单根高强钢丝中的传播过程,采用小波变换对节点振动加速度信号进行模态分析,并与柱波导理论时频曲线对比。通过在不同腐蚀程度高强钢丝上进行导波传播实验,分析了腐蚀损伤对导波模态特征的影响,并根据导波模态的频率分布特征构建评估指标,进行腐蚀评估。结果表明：有限元节点不同方向振动所包含的模态存在差异,数值计算结果与理论值吻合较好。高阶纵向导波频率更高,能量衰减更快,波形在反射过程中迅速消失。随腐蚀程度增加,高频高阶导波衰减严重,导波模态逐渐向低频低阶转移。基于导波模态特征的评估指标随腐蚀程度的增加单调上升,理想情况下,腐蚀率在7.6%以内的高强钢丝腐蚀损伤均可被有效识别。可见小波变换能够有效提取导波模态特征,基于导波模态特征构建评估指标可有效识别腐蚀损伤。     

基于模态分离算法的管道焊缝缺陷模拟

在温度、压力、介质腐蚀、振动等影响下,在役工业管道焊缝内部的小缺陷易发展成裂纹,对管道安全运行产生危害。在模态对称分离算法检测单焊缝管道缺陷的基础上,基于L(0,2)模态导波进行数值模拟,分别以前焊缝缺陷对称面、弯管对称面为纵坐标建立新的笛卡尔直角坐标系,根据对称原理,易于提取缺陷特征。模拟结果表明,非对称幅值与裂纹深度呈指数函数关系,该方法可以实现双焊缝和弯管焊缝缺陷的识别和定量。     

天然气集输场站管线弯头冲蚀磨损数值模拟研究

集输管线中,颗粒冲蚀磨损常对管道内壁造成破坏。即使颗粒尺寸较小,累积的颗粒冲蚀磨损依然会对管壁造成严重的壁面减薄,甚至引发管线泄漏。为了研究天然气集输场站内管线的弯头冲蚀磨损,针对某集气场站站内管线弯头冲刷腐蚀减薄案例,通过机理分析和流体动力学(CFD)仿真分析方法,研究了站内管线直角弯头、圆弧形弯头及不同锥角直角弯头内壁冲蚀磨损规律。结果表明:集气场站管线内常存在冲蚀敏感区,使得管道、设施内壁易受颗粒冲蚀磨损影响;利用流体动力学仿真分析方法,可以有效预测弯头内冲蚀磨损位置分布并优化弯头结构设计;直角弯头的耐冲蚀磨损性能优于常规圆弧形弯头。可见研究石油天然气集输管线内冲刷腐蚀规律,对寿命预测、管道检测及运行安全防护都有重要的指导意义。     

层状管道结构频散曲线绘制及试验验证

目的推导层状管道结构中超声导波的频散方程,利用频散方程绘制其频散曲线,并通过试验来验证频散曲线的正确性.方法基于Navier波动方程并根据边界条件建立了层状管道结构的频散方程.从理论上分析了层状管道结构中三种模态超声导波的传播特性.根据推导出超声导波的频散方程,通过数值方法绘制出了超声导波在层状管道结构中的频散曲线.对超声导波的频散曲线和位移特点进行了分析,并选出适合激励的超声导波频率.构建与数值计算层状管道模型相同的试验系统并进行试验研究,利用试验验证了所建立的频散曲线的正确性.完成了层状管道结构纵向波动试验,激励频率在1~9 k Hz,对试验结果与理论值进行对比和误差分析.结果L(0,1)在管道结构中传播速度与理论值最大误差值为1.5%,可以发现两者相似度较高.结论笔者所绘制的频散曲线能够较为理想的反映出超声导波在层状管道中传播的真实情况,这对实际检测中激发信号的频率和模态的选择具有重要意义.