海底石油管线的相控阵检测技术应用研究

杨东明　史学材

摘 要：本文首先针对相控阵技术的一些基本原理进行简单阐述，其次对相控阵技术在实际应用过程中的一系列扫描进行分析。在这一基础上，将相控阵检测技术科学合理应用到海底石油管线的检测当中，为检测效果和质量提供有效保障。

关键词：海底石油；石油管线；相控阵；检测技术

在当前科学技术不断进步和快速发展的背景下，越来越多的新型技术被广泛应用到各领域当中，其中相控阵检测技术就被科学合理应用到海底石油管线的检测当中。在海底石油管线实际检测过程中，通过这种检测技术的合理应用，不仅能够实现对海关特定的一些壁厚或者坡口形式进行有效检测，而且还能够保证这些检测数据具有真实性和有效性。除此之外，由于全自动超声波技术现阶段已经成为世界上比较成熟的一种检验技术，所以在海底石油管线检测过程中，可以将该技术与相控阵检测技术进行有效结合。在保证检测率的基础上，能够将其科学合理应用到海底石油管线的铺设检测当中。

1.相控阵技术基本原理分析

相控阵检测技术近年来被推出，并且在很多领域中被广泛应用。这种技术在实际应用过程中，其实就是对传统单晶片超声检测的一种特殊性应用方式。如果从严格的意义出发对其进行分析，那么相控阵技术本身的思想来自于“惠更斯原理的”，该原理当中提出，在一些行进的波阵面上，任何一点都可以被看作是一种新的次波源。由此可以看出，在具体操作过程中，无论是在任何一个波阵面的上，都可以对下一时刻的波阵面进行绘制。波阵面其实就是由很多不同的晶片相互组合而成，但是在具体操作过程中，其实只需要对主波自身的波阵面进行综合考量就可以。相控阵检测技术在实际应用过程中，其探头本身对一些具有相同伸展形变的压电材料能够施加相同的电压。但是本身并不是只有一个单一的晶片，而是需要由各种不同小晶片相互组合而成。所有晶片在具体应用过程中，都需要依靠导线的方式对进有效连接，同时所有的社用的晶片都需要安装在同一个的背衬上面。在具体操作过程中，如果所有的晶片在实践中都被相同的电压给激发起来的时候，那么所有晶片都会以一种一致性的方式逐渐呈现一定的形变伸展状态[1]。通过这种方式的展示，这些晶片所能够呈现出的效果与激励同一个尺寸的单一晶片之间相比，效果能够具有一致性。图1中就显示出多晶片本身的结构，以及相控阵探头在具体应用过程中的实际运作状态。

2.相控阵技术在实际应用过程中的扫描方式

相控阵检测技术在实际应用过程中，由于本身具有一定的特殊性特征，所以在实际应用时的扫描方式也会体现出一定的复杂性。相控阵在应用时会遵循聚焦法则，但是这种法则在实践中具有非常复杂的特征，几个组合在一起之后，才能够完成相对应的电子扫描。一般情况下，在针对电子扫描进行选择的时候，可以按照线性扫描、扇形、以及动态深度聚焦这几个方式对其进行选择和实现扫描。如图2所示[2]。

通过对图2中所示内容进行分析之后可以看出，一般情况下，线性的扫描基本上都是利用阵重复的方式，实现相同聚焦法则的有效落实。而扇形扫描利用相同的晶元，在这一基础上，对其进行扫描和检测，但是聚焦法则在这种状态下会发生一定的变化。最后是动态深度聚焦，这种方式在实际应用过程中，无论是发射器或者是接收器的聚焦法则都可能会由于实际情况的不同而发生相对应的变化，所以可以在特定的深度方向上，对其形成一定的优化聚集。在实践中，将这些扫描方式与自动扫查器进行有效结合，这样不仅能够是现在一些特定的路径上进行相控阵探头的有效移动，而且还能够实现对整个检测工件的检测。

3.相控阵检测技术在海底石油管线中的实际应用

为了保证相控阵检测技术海底石油管线中的应用效果，海洋石油工程公司针对这一现象进行具体操作时，利用焊缝双侧两PA的探头实现非平行扫描技术的应用，扫查角度设置在40°至70°之间。在这一基础上，对声速、灵敏度进行相对应的调试，完成之后，需要做好深度至少要2.2倍板厚的TCG曲线。除此之外，在具体操作过程中，还需要在笔记本电脑上利用ESBTOOL软件，对OMINISCAN进行有效的模拟调整，并且对其中的参数进行准确有效的设置。这样不仅能够从根本上保证PAUT的角度范围能够全部都覆盖到整个焊缝，而且还能够覆盖到一些热影响地区。在这种情况下，可以直接对模拟计算出来的步进进行偏移处理，在每一道焊口上画好需要行走的参考路线，同时使用手动扫查的方式，对其进行有效的检查。如图3所示[3]。

通过这种方式的实际应用可以看出，PAUT所检测出来的人工缺陷起始位置相互之间的平均误差大概9.4mm左右，而深度方面的平均误差能够达到0.7mm左右。由此可以看出，无论是长度或者是深度的误差都比较小，唯一的不足之处就是人工缺陷在实际检测过程中，其位置误差相对比较大，大概能够达到1cm左右。出现这一问题的原因可能是由于在实际检测过程中，由于编码器本身在校准过程中出现的偏差现象，不能够实现百分之百的精度。这样就会导致在实际扫查过程中，编码器本身在针对一些行程进行记录时，会存在一定的偏差现象。但是这种偏差现象对于海底石油管线的管道焊接以及具体使用而言，可以忽略不计，能够满足海洋石油工程公司在针对海底石油管线进行敷设时的要求。

4.结束语

综上所述，在当前计算科学技术不断进步和快速发展的背景下，海底石油管道在实现焊接的时候，對其采取有针对性的检测技术已经逐渐成为一种必然趋势。海洋石油工程公司在实践中，自从引入全自动超声波检测技术一直到今天，该技术已经逐渐成为海洋石油工程公司的核心技术。在该技术的实际应用过程中，不仅能够实现对各种不同类型项目的有效检测，而且还能够保证检测结果具有真实性和有效性。

参考文献：

[1]郭冀江.海底石油管线检漏与维修的研究和应用[J].清洗世界，2017，33（03）：1-5.

[2]李鸿飞.海底石油管线使用中的维护和检测技术探讨[J].化工管理，2013（16）：106.

[3]郭冀江. 海底石油管线检漏与维修的研究和应用[A]. 中国海洋工程学会.第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（下）[C].中国海洋工程学会：，2011：5.