Page 93 - 无损检测2021年第三期

吴文强, 等:

基于云平台的管道腐蚀远程在线监测系统

、 、 侧、 三通等结构。( 3 )传感器固定。管道腐蚀监测系
式中: λ 2 为单频超声波在介质( II ) 中的波长; Z 1 Z 2
分别为压电晶片、 耦合层、 被测工件的声特性阻 统需要长期工作, 而井口装置在流体作用下会产生震
Z 3

6 · 动, 压裂井口装置震动更为严重, 因此需要对传感器
抗。其中, 复 合 材 料 压 电 晶 片 Z 1 =3.3×10 k g

-2
-1
6
-2
-1
m · s , 被测钢管Z 3=46×10 k g m · s 。 进行固定, 避免传感器松动导致耦合不良。
·
冲刷腐蚀一般在弯管外侧、 变径、 三通等位置较
为消除耦合层对测厚数值和精度的影响, 回波 -
回波的超声测厚模式比较适合管道壁厚的检测。理 为严重, 文章的侧重点在于提供一种腐蚀监测方法,
想透射系数 T ≈0.25 , 根据式( 1 ), 计算得到干耦合 对上述位置进行监测, 管道冲刷腐蚀严重位置如图 4
。因此, 在研制干耦合 所示。在传感器定位方面, 提出了一种基于磁吸附定
材料声特性阻抗 Z 2 接近 Z 1
材料时, 可以以压电晶片声特性阻抗为参考。另外, 位并结合钢扎带固定的传感器安装方法( 见图 5 )。
当d 远小于波长的时候, d 越小声强损失越小。经 在设计过程中, 需要实现传感器的小型化与轻量化,
试验对比, 笔者所使用的耐候干耦合剂与传统耦合 以满足狭窄空间的安装需求。另外, 该方式不需要进
剂甘油的耦合效果相当。在数字式超声测厚仪超声 行焊接即可固定, 保证了油气站场的安全。

波接收电路增益固定为 16.5dB 的条件下, 使用干
耦合剂的超声回波脉冲幅值稍低于采用传统耦合剂
甘油的超声回波脉冲幅值, 信噪比良好, 使用不同耦
合剂的数字式测厚仪波形显示如图 3 所示。

图 3 使用不同耦合剂的超声测厚仪波形显示
1.2 传感网络布局与传感器安装方法
图 4 管道冲刷腐蚀严重位置
探头安装状态是决定声波是否能够有效进入管

道的关键。传感器安装的 3 个关键如下所述。( 1 )
布点选取。只有获得最易腐蚀的布点位置, 才能够全
面获得管道的健康状态。针对此问题, 一般通过有限
元仿真法获得在不同流体速度、 颗粒含量、 颗粒直径、
管道结构等条件下的管道腐蚀速率与关键位置, 同时
结合实际管道腐蚀检测的工程经验, 获得整个装置的

最佳布置点。( 2 )传感器定位。只有精确的传感器
图 5 干耦合超声监测探头安装现场
定位, 才能使超声波传播路径适应小管道、 90° 弯管外
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2021 年 第 43 卷 第 3 期
无损检测