使用相控陣技術(shù)檢測(cè)壁厚大于50.8毫米的管道

引言

在會(huì)引起腐蝕的環(huán)境中或惡劣條件下使用的管道，例如深海石油鉆鋌或在高壓下輸送液體，需要有很厚的壁厚（WT）或很高的壁厚/直徑比。這些管道由于使用環(huán)境特殊，也需要一種可靠的、高質(zhì)量的檢測(cè)方法來(lái)進(jìn)行質(zhì)量控制，這點(diǎn)與極薄壁厚管道類似。

為了保持在石油國(guó)家管狀商品（OCTG）和海上鉆井市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，管材制造商需要對(duì)厚壁管材的質(zhì)量進(jìn)行控制，同時(shí)還要保持高水平的生產(chǎn)力。用于檢測(cè)厚壁和高壁厚/直徑比管材的解決方案，可以滿足管材制造商的這些需求。

圖1：重型厚壁管

使用超聲（UT）技術(shù)檢測(cè)厚壁管道的挑戰(zhàn)

在檢測(cè)厚壁管道時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的超聲檢測(cè)方法有時(shí)不起作用或效率低下。在某些情況下，聲束在內(nèi)壁（ID）上的反射會(huì)產(chǎn)生特別長(zhǎng)的聲程，使信噪比 (SNR）降低（參見圖2）。相反，由于管道的壁厚/直徑比太高而沒有內(nèi)壁反射時(shí)，超聲檢測(cè)也很難進(jìn)行（參見圖3）。有時(shí)可以使用較低的探頭角度，但是當(dāng)管道的壁厚或壁厚/直徑比超出了一定的值時(shí)，這種解決方案就會(huì)顯露出局限性。由于管壁很厚，需要很高的水層，因此會(huì)使總聲程長(zhǎng)度增加。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)壁反射法時(shí)，較長(zhǎng)的聲程會(huì)影響檢測(cè)質(zhì)量，減慢檢測(cè)速度，降低檢測(cè)效率。

圖2：超聲波在重型厚壁管道的內(nèi)壁發(fā)生反射，產(chǎn)生了較長(zhǎng)的聲程

圖3：超聲波在高壁厚/直徑比的厚壁管道中沒有在內(nèi)壁上得到反射

使用相控陣超聲檢測(cè)（PAUT）技術(shù)對(duì)厚壁管道進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)管材檢測(cè)解決方案

在檢測(cè)壁厚在50.8毫米以上的管道時(shí)，這種管材檢測(cè)解決方案可以使用在水楔內(nèi)以不同角度安裝的兩個(gè)探頭，探測(cè)到內(nèi)壁和外壁的縱向刻槽缺陷。

· 入射角為8度的聲束用于探測(cè)內(nèi)壁缺陷。

· 入射角為25度的聲束，可產(chǎn)生直接到達(dá)外壁的聲程，用于探測(cè)外壁缺陷。

圖4：相控陣技術(shù)掃查示意圖

兩個(gè)水楔用于檢測(cè)每個(gè)缺陷的兩端：

· 一個(gè)水楔以順時(shí)針?lè)较驒z測(cè)內(nèi)壁缺陷，以逆時(shí)針?lè)较驒z測(cè)外壁缺陷。

· 第二個(gè)水楔以順時(shí)針?lè)较驒z測(cè)外壁缺陷，以逆時(shí)針?lè)较驒z測(cè)內(nèi)壁缺陷。

在檢測(cè)壁厚從50毫米到75毫米的管道時(shí)，這種方案提供了到缺陷更小的聲程，使水層厚度減少到60毫米。

結(jié)果

徑直入射到缺陷減少了超聲波傳播的距離，有助于增加厚壁管道中縱向缺陷的檢出率（POD）。在檢測(cè)具有很高壁厚/直徑比的管道時(shí)，這種技術(shù)解決了為探測(cè)外壁缺陷而在內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)有效反射的難題。

圖5和圖6顯示了一個(gè)管道掃查的示例。在圖5的滾動(dòng)視圖中，X軸表示管道的軸向長(zhǎng)度，Y軸表示內(nèi)壁和外壁缺陷的探測(cè)波幅。在滾動(dòng)視圖的下方是一張映射圖，也顯示了管道周向的完整二維（2D）結(jié)果。圖6中示例管道的壁厚為75毫米，探測(cè)到內(nèi)壁刻槽和外壁刻槽的信噪比（SNR）分別約為15 dB和22 dB。

圖5：縱向內(nèi)壁缺陷的檢測(cè)結(jié)果

圖6：縱向外壁缺陷的檢測(cè)結(jié)果

結(jié)語(yǔ)與厚壁管道解決方案的主要優(yōu)勢(shì)特性

使用這種簡(jiǎn)單的相控陣（PA）解決方案，對(duì)管壁非常厚的管道或具有很高壁厚直徑比的管道進(jìn)行檢測(cè)，可以非常可靠地探測(cè)到內(nèi)壁和外壁表面上的縱向缺陷。可重復(fù)性和信噪比都不會(huì)因?yàn)檩^短的聲程及用于探測(cè)內(nèi)壁和外壁缺陷的檢測(cè)而受到影響。

我們?cè)诒诤裰睆奖瘸^(guò)30%和壁厚為75毫米的管道上進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證了這種方法的可行性。厚壁和高壁厚/直徑比管材的檢測(cè)解決方案擴(kuò)展了超聲檢測(cè)的能力，可以對(duì)以前被認(rèn)為很難檢測(cè)或具有挑戰(zhàn)性的一系列管道進(jìn)行輕松檢測(cè)。需要厚壁管道檢測(cè)解決方案的制造商，可以采用這個(gè)解決方案來(lái)提高生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量控制的可靠性