摘要：随着国内经济飞速发展，人们对清洁能源的需求越来越多。自20世纪80年代以来，天然气进入了大发展阶段，截至目前天然气管道总长接近10×104km。城市燃气管网是将门站的天然气输送到各调压站，直至输送至各个用户。城市地下管道错综复杂，管道长时间埋在地下，经受化学腐蚀、电化学腐蚀，将会导致管道腐蚀与泄漏，因此对天然气管道进行检测成为保障管道安全运营的重要举措。本文就燃气管道超声波内检测技术展开分析。
关键词：燃气管道；超声波内检测；技术
1、管道内检测技术
1.1内检测原理
内检测是将检测器放入燃气管道内部，在输送燃气压力的驱动下，在管道内做匀速运动，扫描检测管道的基本尺寸、直度、内外腐蚀状况、焊缝缺陷以及裂纹等情况，对管道泄漏做到提前预判，再将管道腐蚀情况进行分类，将相关信息传输至终端设备，将漏气防患于未然。
1.2内检测技术对比
①激光检测：优点为效率和精度高、采样点密集、空间分辨率高、非接触式检测，能直观显示被检管道，提供定量检测结果。缺点为只能检测物体表面。
②电视检测：优点为影像直观。缺点为需要与其他方法配合。
③涡流检测：优点为对宽深比较小的线性缺陷检测灵敏度高，无须任何耦合介质。缺点为只能检查表面腐蚀。
④电磁超声检测：优点为无须任何耦合介质。缺点为有较大的插入损耗，转换效率低，易受噪声污染，接收信号质量较差。
⑤漏磁通检测：优点为不需耦合剂，不会发生漏检。缺点为只限于表面检测，抗干扰能力差，空间分辨率低，检测数据需要校验，会出现虚假数据。
⑥超声波检测：优点为可检测厚壁管道，壁厚无限制；能测出管道腐蚀缺陷深度和位置、管道的变形；检测简单，数据准确，无须校验。缺点为需传播介质，如气体或水等。
⑦超声导波检测：优点为速度快、检测距离长、成本较低、简便实用、经济高效、精确可靠。缺点为对有严重缺陷的管道，检测的长度大大缩短。
1.3超声波检测方法
超声波检测是管道腐蚀缺陷深度和位置的直接检测方法，测量数据精度高，被测对象范围广，检测简单，腐蚀缺陷定位准确且无须校验，周期性检测多组数据准确性高，检测数据非常适合于管道最大允许输送压力的计算，为检测后确定管道的使用期限和维修方案提供了极大的方便。适用于大直径、厚管壁管道的检测。因此超声波检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展最快的一种无损检测技术。超声波检测是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况、穿透时间、能量损耗变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。
2、超声波内检测器在燃气管道中的应用
2.1设计难点及解决措施
2.1.1探头控制问题
传统工业相控阵定量方法不具有角度、声程、晶片增益修正技术，采用单一入射点校准方式与常规修正，造成的扇形扫查区域中能量分布不均匀及测量误差等问题未能有效解决，所以需要相控阵设备具有角度补偿功能。为更好地达到效果，可以选择超声相控阵AUT技术，相控阵探头有多个小晶片，每一个晶片都会被独立激发，并施加不同的时间延迟，以实现声束的角度和聚焦可在很大范围内变化，但它与常规超声检测不同的是能精确地以电子方式控制声束的角度和焦点尺寸。管道天然气虽然在使用前经过净化，但在输送中会产生杂质，例如萘的凝华，焦油尘的沉降，腐蚀产物的产生等，这也就是调压站内设置过滤器并定期清理的原因。
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2.1.2检测器保持匀速运动的问题
首先是摩擦系数，流体的重要特点在于它的流动性，流体流动时都要克服内部摩擦力作功，确定流体流动时摩擦力大小的这种物理性质称为黏性，衡量流体黏性大小的物理量称为黏度，因此确保管道内的天然气黏度不变是重要因素之一。当然不同管段的天然气黏度存在差异，那么需要采取速度补偿方式弱化这一扰动因素。其次是体积流量，天然气管道根据压力级制不同等条件，管径会发生变化，这使变径的边界区内的流体会发生倒流，同时产生旋涡，其结果是造成流体的能量损失，这种现象称为边界层的分离，它是边界层的一个重要特点。在设计检测器过程中，需要将旋涡导致的能量损失进行补偿，才能保证其匀速运动。
2.1.3变压处理
在管道内检测时，界定是由于压力级制不同还是管道内壁缺陷导致回波高度不同，对于缺陷准确尺寸评定至关重要。在检测器设计过程中，除了探头部分进行信号发射外，还应该在超声检测单元中增加对管道内气体压力进行监测的功能，以保证缺陷定量时的探头压力与探伤灵敏度校准时一致。
2.1.4信号传输、数据分析系统建设
在目前的燃气管道监控技术里，这部分类似SCADA系统功能，但由于采集的数据类型和所需的结果不同，因此分析技术选择略有差异。SCADA系统的作用是正确掌握系统运行状态、加快决策、快速诊断出系统故障状态等。而检测器后台支持系统需要分析腐蚀程度并加以分类，但是由于管道内检测的特殊要求，在多通道、小型化、数据处理、压缩、解释、扫描成像等方面还存在很多技术难点，可以采用多类支持向量机分类器，鉴于其在机器学习、数据挖掘、信号处理与分类领域的优越性能，可以将多类支持向量机分类器应用于处理超声波内检测的回波信号。多类支持向量机是寻找一个最优分类超平面，使得样本中的两类样本点能被无错误地分开，并且要使两类的分类间隔最大；而对线性不可分问题，通过核函数将低维输入空间的数据映射到高维空间，从而将原低维空间的线性不可分问题转化为高维空间上的线性可分问题，然后在这个新空间中求取最优分类面。
2.2可行性分析
超声波检测器在国内也有应用实例，西气东输工程是国内第一个将全自动超声波技术应用到工程实际中的重大工程，但由于对先进技术原理的缺乏，目前还无法解决工程中的一些实际困难。国内经过燃气大发展，目前地下燃气管道有一部分使用已经超过20年，尤其是城镇燃气管网，较发达城市的燃气管网已经步入了“老龄化”，而目前对管道的监管处于漏气修复状态，缺失对管道还未漏气但出现腐蚀情况的预判。国外对旧管道的认识观点有一个转变，以前认为管道到了设计寿命就理所当然地报废，但是目前越来越多的管道公司认为，即使运行多年的管道，只要基本状况良好，仍应继续使用，对其薄弱环节使用某些修复技术进行整治，可使其继续发挥良好作用。在燃气管道安全管理过程中，超声波检测器能更好地预判管道情况，提高管道检测技术水平，节约人工成本，同时能够有效地提高人工技术水平，将管道运行这种重复性简单劳动交给设备，将人力投入到操作、分析、检修等工作中。
结束语
不断打造高精尖技术始终是燃气未来发展的方向，应不断加大研发力量的投入，让研发沉入一线，使研发做到研以致用；让研发得到普及，提高燃气行业的整体水平；使研发成为保障安全、提高效益的有力推手，确保燃气管道运行安全、可靠。
参考文献
[1]周燕.油气管道内检测技术[J].石油工程技术，2010.
[2]姚红星.在役管道和管状工件探伤技术及应用概况[J].无损探伤，2014.
[3]薛宁静.多类支持向量机分类器对比研究[J].计算机工程与设计，2011.
论文作者:郑世荣
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/30
标签：管道论文; 超声波论文; 燃气论文; 检测器论文; 缺陷论文; 天然气论文; 流体论文; 《建筑学研究前沿》2018年第13期论文;