超声导波B 扫成像技术在压力管道腐蚀检测中的应用

许 波 张子健 柴军辉 沈建民 吴家喜 张小龙

（1.宁波市特种设备检验研究院；2.宁波市劳动安全技术服务有限公司）

超声导波检测技术是无损检测新技术中的一种，具有一次性检测距离长、检测效率高、可不拆除管道包覆层、可检测架空或附塔等检测人员无法接触到的管线等优点［1，2］。目前国内使用较为广泛的两种导波主要是压电导波和磁致伸缩导波，主要应用于压力管道的定期检验、化工企业的委托检测等， 理想状态下可实现一次性检测200 m 直管段的能力， 该项技术受到众多企业的青睐［3］，但常规的长距离超声导波也存在众多局限性，主要体现在：回波信号解释难度较大、无法确定缺陷周向位置、管道支吊架附近存在较大盲区。 针对以上问题，笔者采用超声导波B 扫成像技术， 实现了对管道缺陷周向位置的精准定位，降低了常规导波信号解释的难度，可作为常规导波检测的辅助手段， 提高缺陷检出率与识别度，具有一定的工程应用价值［4，5］。

1 超声导波B 扫检测原理与检测设备

1.1 检测原理

MRCS 超声导波B 扫检测成像技术是国产UG30 超声导波检测仪的扩展功能，主要由UG30超声导波检测仪、笔记本上位机和中距离周向扫查器组成。 导波线圈安装在中距离周向扫查器内， 通过编码器记录沿管道周向行走的距离，每次行走一段距离后，暂停短暂一段时间，进行导波激发与数据采集，逐步完成管道周向360°的扫查。 可对管、板及螺旋焊管等结构件实现B 扫描可视化数字成像，直观显示有效检测区域内的特征，可实现扫频A 扫信号、DAC 分析等功能，其检测原理如图1 所示。

图1 超声导波B 扫成像检测原理与系统组成

1.2 检测设备

超声导波B 扫检测与常规长距离导波检测在设备方面最大的不同是：B 扫检测采用型号为MRCS10 的中距离周向手动扫查器， 配合UG30超声导波检测仪进行检测，MRCS10 扫查器主要由扫查器支架、扫查器声波感应单元和导磁轮组成， 其中扫查器声波感应单元有3 种类型（MGZS064、MGZS128、MGZS180），每种类型的扫查器声波感应单元相关参数和可扫频范围见表1。 导磁轮带有磁性，可吸附在铁磁的金属管道上行走。 图2 为中距离周向扫查器的结构示意图。

图2 MRCS10中距离周向扫查器结构示意图

表1 超声导波B 扫探头类型规格列表

2 对比试管检测验证

2.1 对比试管

对比试管外径200 mm，壁厚6 mm，材料为碳钢，无缝钢管。 试管长2.5 m，加工预制缺陷6处，包含：360°环槽一处，深度2.4 mm；通孔3 处，直径3 mm；平底孔2 处，深度2.4 mm。

2.2 检测工艺

检测设备为国产磁致伸缩UG30 超声导波检测仪与MRCS10 中距离周向扫查器， 检测频率180 kHz，检测波形为T（0，1）波，波速3 250 m/s，扫查器步进角度20°，即周向扫查器每次走过20°后，进行数据采集，直到完成360°行走，检测范围为正向3 m，负向1 m。

2.3 检测与结果分析

采用周向扫查方式， 可以将每20°步进值内的A 扫信号合成为B 扫图，B 扫图中横坐标代表距离，纵坐标代表周向角度，图中信号颜色深浅代表回波波幅大小，通过B 扫图可以直接判断缺陷在压力管道轴向和周向的具体位置，通过信号颜色判断缺陷大小，对比试管B 扫检测数据如图3 所示。

图3 对比试管超声导波B 扫检测结果

从图3 可以看出， 对比试管的6 个缺陷在B扫图内均清晰显示，周向角度定位为120°，其余周向角度范围内，除了环槽、始波、端部回波外，无任何缺陷显示，轴向距离也基本对应，其中环槽回波波幅最大，其次是通孔，最后是平底孔，这一点符合超声导波检测回波信号大小与横截面积损失率相对应这一原理。 从对比试管超声导波B 扫结果可以看出，相比于长距离超声导波检测，B 扫具有较高灵敏度，数据分析难度较低，缺陷定位较准。

3 现场检测应用

3.1 所检管道概述

本次现场所检管道为某化工企业PTA 装置工艺管线，管道外径200 mm，壁厚6 mm，介质为醋酸，材料为304 不锈钢，操作温度60 ℃，在定期检验过程中，通过常规超声测厚和大面积快速长距离导波检测后，发现一段长2 m 左右的直管段存在大面积醋酸腐蚀的倾向，随即采用超声导波B 扫成像技术对该段管线进行精细扫查，对缺陷轴向和周向位置进行精确定位。

3.2 检测与分析

采用MRCS10 中距离周向扫查器对该直管段进行精细扫查，主要检测工艺为：频率128 kHz，扫查步进20°，检测波形为T（0，1）波，由于现场压力管道检测结果信噪比低于对比试管， 所以需采用合成孔径聚焦（B Scan-SAFT）对B 扫结果进行处理， 合成孔径聚焦是一种对回波信号进行相位加权的处理方法， 该方法可提高超声导波B 扫检测的横向分辨力，但会造成一定的延迟时间，数据评定时需注意，检测和处理结果如图4 所示。

从图4 可以看出，B Scan-SAFT 结果具有较高的信噪比，在管道周向280°处，出现了大面积腐蚀，且回波波幅均较高，基本呈现出一条直线状；其次在靠近轴向距离2.2 m 的法兰端面处，周向0～160°范围内出现了轻微腐蚀，采用超声导波B 扫技术，大幅降低了导波信号分析的难度，且对于小缺陷也有较高回波，原因是当导波检测主机输出的功率固定时，在周向一定范围角度上加载的激励能量比在整个周向同时激励的能量要大。管道直径越大时，这种优势就越明显，对于缺陷的识别率就越高。

图4 现场管道超声导波B 扫检测结果

对于腐蚀原因的分析如下：该长度为2 m 左右的直管段处于水平位置，平时在工艺生产中存在醋酸堆积在304 不锈钢管道内部的情况，这个堆积位置与导波所确定的周向位置基本吻合，长期的醋酸堆积造成不锈钢的醋酸腐蚀，故可采用更高级别的不锈钢 （例如316L、321 等） 进行防护，同时还应避免醋酸工艺介质长时间堆积在管道内。

4 结束语

针对传统长距离超声导波在压力管道腐蚀检测应用中存在的众多局限性，提出了基于超声导波B 扫成像的腐蚀检测技术，通过对比试管和现场压力管道的检测验证。结果表明：超声导波B扫成像技术可以在一定程度上弥补长距离超声导波的不足，主要体现在，可对缺陷进行周向定位，激发能量更为集中，对于小缺陷和大直径管道更有优势，现场可采用长距离超声导波粗扫加超声导波B 扫成像技术精扫组合使用来开展检测工作。