基于声发射技术的管道腐蚀与泄漏检测研究
本文关键词：基于声发射技术的管道腐蚀与泄漏检测研究
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【摘要】：管道作为运输介质的载体,具有经济、安全、占据空间小、不间断性、运输量大等多重优势,实现了自动控制,提高了运输效率。在提供便利的同时,由于管道铺设线路长、环境恶劣,造成巡检效率低下,且运输的介质多数处于易燃易爆剧毒状态,因腐蚀、老化或人为破坏等因素的影响,一旦发生泄漏事故,后果颇为严重,损坏国民经济甚至威胁生命安全。因此,寻求并研究能对管道进行实时监测并及时发现管道早期异常缺陷的方法,已引起全球各国的高度重视。声发射技术(AE)作为一种具有在线动态监测特点的新型检测技术,可以及时发现管道的早期缺陷,提高检测效率,具有良好的工程实际应用价值。本文从管道实时监测的角度出发,以运输的载体——管道的腐蚀与泄漏的动态监测为研究主旨,对实验数据进行有效的理论分析和软件处理,分析了X60管线钢的腐蚀以及管道泄漏平台的典型声发射信号,讨论了采用声发射技术监测管道安全状态的可行性。针对管道易受腐蚀的特点,对X60钢在10%Fe Cl3·6H2O溶液中的腐蚀过程进行了在线监测,通过AE信号特征参量分析、波形分析和小波分析相结合的方法处理信号,分析了X60钢在10%Fe Cl3·6H2O溶液中的声发射信号的变化规律及不同阶段的信号特征。结果表明,X60钢在10%Fe Cl3·6H2O溶液中的腐蚀过程可以分为初始腐蚀期、加速腐蚀期和平稳腐蚀期三个阶段;不同腐蚀阶段的AE信号类型不同,信号频谱特征和能量比例也存在明显差异;三个腐蚀阶段的频率呈现低频-高频-低频的发展规律。结合AE信号的三种分析方法可以判定不同的腐蚀阶段,进而为X60管线钢腐蚀状态的安全性评价提供依据。针对因未及时发现早期缺陷而发生泄漏的情况,搭建了管道泄漏实验模拟平台,对管道泄漏AE信号的影响因素和初步定位技术进行了分析研究。探讨了传播距离、泄漏孔径、压力与AE信号之间的关系,通过相关分析法实现管道泄漏的定位。结果表明:AE信号频谱幅值随传播距离的增大呈衰减趋势;随着压力的增大,泄漏信号的能量与幅值递增,频率由低频向高频扩展;随着孔径的增大,高频成分逐渐减少,低频成分有明显分布;经小波分解后的能量比例可以作为表征信号差异性的特征值,对频谱图进行补充判断;传感器间距较小时,互相关分析法能够得出理想的定位结果。
【关键词】：声发射技术(AE) 管道 腐蚀 泄漏 小波分析
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U178
【目录】：
- 摘要7-8
- Abstract8-10
- 第1章 绪论10-18
- 1.1 研究背景和研究意义10-13
- 1.2 管道的几大常规无损检测技术13-15
- 1.2.1 超声波检测13-14
- 1.2.2 涡流检测法14
- 1.2.3 漏磁检测法14
- 1.2.4 磁粉检测和渗透检测14
- 1.2.5 管道腐蚀检测技术的确立14-15
- 1.3 声发射检测技术的发展历程和研究现状15-17
- 1.4 研究内容17-18
- 第2章 声发射检测技术原理18-26
- 2.1 声发射技术概述18
- 2.2 声发射波的传播18-19
- 2.2.1 横波19
- 2.2.2 纵波19
- 2.2.3 表面波19
- 2.2.4 Lamb波19
- 2.3 声发射技术的特点19-20
- 2.4 声发射检测系统20-22
- 2.4.1 传感器20-21
- 2.4.2 中间处理环节21
- 2.4.3 记录、分析与处理21-22
- 2.4.4 声耦合剂22
- 2.5 声发射信号的分析方法22-25
- 2.5.1 声发射信号的分类22-23
- 2.5.2 参数分析23-24
- 2.5.3 波形分析24-25
- 2.5.4 人工神经网络分析法25
- 2.6 本章小结25-26
- 第3章 管道腐蚀的声发射检测技术研究26-41
- 3.1 管道腐蚀的成因26
- 3.2 管道腐蚀的分类26-28
- 3.2.1 氧腐蚀26-27
- 3.2.2 二氧化碳腐蚀27
- 3.2.3 硫化氢腐蚀27-28
- 3.2.4 土壤腐蚀28
- 3.3 腐蚀实验的目的28
- 3.4 腐蚀实验系统与实验方案28-31
- 3.4.1 实验材料与设备28-30
- 3.4.2 实验方案30-31
- 3.5 腐蚀声发射信号分析31-39
- 3.5.1 腐蚀过程与时间关系31-32
- 3.5.2 腐蚀过程AE信号特征分析32-35
- 3.5.3 小波分析的原理35-37
- 3.5.4 腐蚀过程AE信号小波分析37-39
- 3.6 本章小结39-41
- 第4章 管道泄漏的声发射检测技术研究41-56
- 4.1 实验目的41
- 4.2 管道声发射泄漏信号的特点41
- 4.3 基于声发射检测的管道泄漏定位原理41-42
- 4.4 实验材料与设备42-44
- 4.5 管道泄漏声发射信号影响因素的研究44-52
- 4.5.1 传播距离对声发射信号的影响44-46
- 4.5.2 泄漏孔径大小对泄漏声发射信号的影响46-49
- 4.5.3 压力变化对泄漏声发射信号的影响49-52
- 4.6 管道泄漏声发射源定位52-54
- 4.6.1 相关分析方法定位的原理52-53
- 4.6.2 管道泄漏的定位53-54
- 4.7 本章小结54-56
- 结论56-58
- 参考文献58-63
- 致谢63-64
- 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录64
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，本文编号：1129685
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