用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無損檢測領(lǐng)域，具體涉及用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測裝置及方法，適用于管線管道在役檢查，以測評管道內(nèi)壁腐蝕程度，了解和監(jiān)測其腐蝕減薄的量值，以便在線監(jiān)測控制了解管線管道服役情況或腐蝕程度、及時更換等。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，用于石油化工管線的腐蝕測量儀，主要是采用漏磁方法和超聲法，它們都因探頭不同而各具特點(diǎn)?；诿}沖漏磁以及超聲導(dǎo)波檢測的管道內(nèi)腐蝕缺陷，因其原理決定不能快速測量。有的油田處理廠近年曾連續(xù)發(fā)生兩起因管道焊縫腐蝕導(dǎo)致的泄漏。運(yùn)用超聲檢測發(fā)現(xiàn)管道焊縫腐蝕，是管道在役檢測急需解決的問題。超聲檢測對缺陷定性主要依賴于檢測人員的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)水平，是通過超聲檢測回波在焊縫上的水平和深度位置、回波的波高、波形等特點(diǎn)來判斷。檢查時間實(shí)在太長。超聲導(dǎo)波是沿著管道徑向纏上一圈磁致伸縮元件，形成傳感器環(huán)，此元件的特點(diǎn)是在其兩端加高壓時伸縮，而受到壓力時也產(chǎn)生電壓，這樣在元件兩側(cè)施加高頻寬帶窄脈沖電壓，使磁致伸縮元件產(chǎn)生高頻振動，沿著管路的軸向發(fā)出超聲扭轉(zhuǎn)波，縱波或橫波，超聲波如遇到裂紋，焊縫缺陷及壁厚加大減小都會影響超聲波的特征，通過測量反射波的頻率變化，干涉波形變化，衰減變化等監(jiān)測腐蝕，不太適合于石化裝置，測量距離是沿傳感器雙向的，理想狀態(tài)測30米左右，比較適合于埋地管道等人為不容易到達(dá)的地方，受管路上焊件，裝夾件、彎頭等影響較大，信號衰減很大，實(shí)際很難測到30米。而漏磁方法分辨率受到的影響比較嚴(yán)重，依靠儀器補(bǔ)償。這樣，只有在同介質(zhì)環(huán)境條件下，標(biāo)定后才能保證儀器的指標(biāo)，這對變幻莫測和很難預(yù)料的環(huán)境，是很難進(jìn)行儀器刻度的，這樣的儀器現(xiàn)場使用無法保證結(jié)果的正確性，且套管、工具等對電磁場影響很大，精度不高，實(shí)際很難使用。上述的方法只有漏磁法在忽略了金屬本身對電磁場的影響，在油氣田中有選擇的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測裝置及方法，其可方便快速地確定管道減薄量，有效地確定腐蝕程度的大小。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測裝置，包括管眼傳感器、高頻信號收發(fā)處理器、短路器和頻譜分析儀器；所述管眼傳感器包括轉(zhuǎn)換器和探頭；
所述探頭與被測管道一端管口對接，被測管道另一端管口接短路器；
所述高頻信號收發(fā)處理器與轉(zhuǎn)換器連接，所述高頻信號收發(fā)處理器輸出導(dǎo)行波掃頻信號;
所述轉(zhuǎn)換器與探頭連接，所述轉(zhuǎn)換器將導(dǎo)行波掃頻信號轉(zhuǎn)換后通過探頭向被測管道內(nèi)發(fā)射導(dǎo)行波信號；
所述轉(zhuǎn)換器還與頻譜分析儀器連接，所述轉(zhuǎn)換器將被測管束返回的導(dǎo)行波信號傳輸?shù)筋l譜分析儀；
所述頻譜分析儀顯示出接收的導(dǎo)行波信號的頻域諧振頻幅響應(yīng)曲線。
[0005]本發(fā)明還提供一種用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測方法，根據(jù)諧振腔體模型的原理，將被測管道當(dāng)作圓柱同軸諧振腔進(jìn)行腐蝕減薄量檢測；測定電磁導(dǎo)行波在被測管道中的諧振頻率，然后根據(jù)諧振頻率與同軸諧振腔軸向尺寸的線性關(guān)系，通過頻譜分析儀顯示的諧振曲線族測定管道內(nèi)壁腐蝕減薄的量值。
[0006]優(yōu)選的，上述用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測方法，包括如下步驟: 將與被測管道管口口徑相匹配的傳感器探頭插入被測管道管口；
高頻信號收發(fā)處理器輸出導(dǎo)行波掃頻信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后利用探頭向被測管道內(nèi)發(fā)射導(dǎo)行波信號，同時轉(zhuǎn)換器將被測管束返回的導(dǎo)行波信號傳輸?shù)筋l譜分析儀；
頻譜分析儀顯示出接收的導(dǎo)行波信號的頻域諧振頻幅響應(yīng)曲線。
[0007]優(yōu)選的，測量管道減薄量的公式為:2R=(2n-l)c/4f，式中2R為圓柱同軸諧振腔內(nèi)徑尺寸，f為諧振頻率。
[0008]本發(fā)明將電磁導(dǎo)行波技術(shù)應(yīng)用于管道腐蝕監(jiān)測領(lǐng)域中，解決了漏磁和超聲方法測量范圍有限、測量精度差、檢測速度慢、易受環(huán)境制約和被測介質(zhì)干擾的技術(shù)瓶頸。當(dāng)儀器置于管道中時圓波導(dǎo)的工作模式被改變，管道與傳感器構(gòu)成了同軸波導(dǎo)。而在同軸波導(dǎo)中有TEM波存在的同時也有可能存在TE波及TM波，在有兩種或三種模式的電磁波同時存在時，通過圓柱同軸腔檢測出與腔體徑向尺寸有關(guān)的電磁波諧振信號曲線或諧振點(diǎn)。充分利用了柔性制造技術(shù)(FMS)，將理論分析和設(shè)計(jì)、制造、仿真等技術(shù)結(jié)合生產(chǎn)出了諧振傳感器探頭，并確定出了檢測模式和激勵頻率；該探頭獨(dú)立完成和被測管道相關(guān)的諧振頻率的檢測，不受環(huán)境壓力、溫度，套管、工具等的影響。探頭只有插入和管道內(nèi)壁接觸，在信號處理上，采用頻譜分析方法和諧振的模式，使地面測控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對等互動，高效通訊，克服了傳統(tǒng)儀器采集遲滯，實(shí)效性差，數(shù)據(jù)傳輸緩慢等問題?？傊?，經(jīng)多次充分的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和理論研究，利用導(dǎo)行波檢測技術(shù)解決了目前管道腐蝕減薄的技術(shù)問題，研制出了電磁導(dǎo)行波檢測裝置，該產(chǎn)品不受被測介質(zhì)和環(huán)境的影響，可將測量范圍擴(kuò)大到壁厚的5-80%，測量精度達(dá)0.5%，有效解決了管道腐蝕的測量問題。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0011]本發(fā)明具體實(shí)施的技術(shù)方案是:
如圖1所示，一種用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測裝置，包括管眼傳感器、高頻信號收發(fā)處理器2、短路器和頻譜分析儀器3 ;所述管眼傳感器包括轉(zhuǎn)換器11和探頭12 ；所述探頭12與被測管道一端管口對接，被測管道另一端管口接短路器；
所述高頻信號收發(fā)處理器2與轉(zhuǎn)換器11連接，所述高頻信號收發(fā)處理器2輸出導(dǎo)行波掃頻信號； 所述轉(zhuǎn)換器11與探頭12連接，所述轉(zhuǎn)換器11將導(dǎo)行波掃頻信號轉(zhuǎn)換后通過探頭12向被測管道內(nèi)發(fā)射導(dǎo)行波信號；
所述轉(zhuǎn)換器11還與頻譜分析儀器3連接，所述轉(zhuǎn)換器11將被測管束返回的導(dǎo)行波信號傳輸?shù)筋l譜分析儀；
所述頻譜分析儀顯示出接收的導(dǎo)行波信號的頻域諧振頻幅響應(yīng)曲線。
[0012]本發(fā)明還提供一種用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測方法，根據(jù)諧振腔體模型的原理，將被測管道當(dāng)作圓柱同軸諧振腔進(jìn)行腐蝕減薄量檢測；測定電磁導(dǎo)行波在被測管道中的諧振頻率，然后根據(jù)諧振頻率與同軸諧振腔軸向尺寸的線性關(guān)系，通過頻譜分析儀顯示的諧振曲線族測定管道內(nèi)壁腐蝕減薄的量值。
[0013]上述用于檢測管道內(nèi)壁腐蝕減薄的導(dǎo)行波檢測方法，包括如下步驟:
將與被測管道管口口徑相匹配的傳感器探頭12插入被測管道管口 ；
高頻信號收發(fā)處理器2輸出導(dǎo)行波掃頻信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換器11轉(zhuǎn)換后利用探頭12向被測管道內(nèi)發(fā)射導(dǎo)行波信號，同時轉(zhuǎn)換器11將被測管束返回的導(dǎo)行波信號傳輸?shù)筋l譜分析儀；頻譜分析儀顯示出接收的導(dǎo)行波信號的頻域諧振頻幅響應(yīng)曲線。
[0014]測量管道減薄量的公式為:2R=(2n-l)c/4f，式中2R為圓柱同軸諧振腔內(nèi)徑尺寸，f為諧振頻率。
[0015]本發(fā)明電磁導(dǎo)行波檢測(Guided Travel Wave Testing)裝置,利用導(dǎo)行波技術(shù)巧妙完成了管道腐蝕減薄量的測量問題。電磁導(dǎo)行波檢測技術(shù)是應(yīng)用射頻電磁波來探測隱蔽介質(zhì)的分布和目標(biāo)物。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑——波形將隨所通過的介質(zhì)(空氣)的電磁性質(zhì)及參數(shù)而變化，根據(jù)同軸諧振腔的諧振頻率或頻率響應(yīng)曲線變化數(shù)據(jù)，可以確