基于超声导波的内衬防腐蚀管道分层缺陷检测技术研究

发布时间：2020-04-01 09:35

【摘要】：内衬防腐蚀管道是由内衬塑管和外层钢管复合而成,具有优异的输送性能、耐蚀性能和较高的机械强度,广泛地应用于石油化工行业、流体运输系统及各种工程设备中。内衬塑管在正常运行情况下能够阻止管道发生腐蚀,避免事故的发生,然而内衬防腐蚀管道在生产过程和使用过程中容易产生分层缺陷,若没能及时检测,可能导致管道失去防腐功能进而发生破裂,分层缺陷目前没有有效的无损检测手段。超声导波方法是近年来出现的新型无损检测技术,具有检测范围大,检测效率高等优点。本文以“基于超声导波的内衬防腐蚀管道分层缺陷检测技术研究”为题,分析超声导波在内衬防腐蚀管道中的传播特性,提出分层缺陷检测方法,并开展实验进行验证,本文为内衬防腐蚀管道分层缺陷的检测提供一种新思路和新方法,具有较高的学术价值和工程应用价值。论文主要工作包括:(1)根据内衬防腐蚀管道的生产使用过程和结构特性,确定分层缺陷的检测需求,基于超声导波的传播特性,理论分析超声导波在管道,特别是双层管道中的传播规律,通过建立仿真模型,探索单一导波在单-双层界面的传播规律,进一步研究在管道表面激励下,分层缺陷对超声导波的透射信号和反射信号的影响。(2)基于仿真分析中超声导波透射信号对分层缺陷的反映,提出了基于反射信号的分层缺陷定位方法。该方法通过在管道表面激励汉宁窗调制正弦信号,在适当的位置采集信号,进而对比透射信号的幅值来评估分层缺陷损伤程度。(3)开展了基于反射信号的仿真分析,根据缺陷回波与正常回波混叠的情况,通过对比有无缺陷损伤状态下的反射回波信号,提出了基于EMD和匹配追踪算法的缺陷回波提取方法,该方法结合缺陷回波信号的时域位置和波速,实现对分层缺陷的定位。(4)将非线性超声调制技术引入内衬防腐蚀管道分层缺陷的损伤程度研究,首先理论研究内衬防腐蚀管道的非线性现象,探讨单一频率激励下和高低频调制信号激励下管道的非线性系数,根据不同非线性分量的产生条件提出了基于高次单一谐波和基于旁瓣分量的两种非线性分量测量方法,基于离散傅里叶变换和小波包分析,提出了基于幅值和基于小波能量值的非线性分量评估方法,并将小波能量值引入非线性系数,利用基于小波能量值的非线性系数评估分层缺陷损伤。(5)搭建内衬防腐蚀管道分层缺陷检测实验平台,开展基于超声导波反射信号和透射信号的实验,验证了所提出的透射信号幅值法评估分层缺陷的有效性,对比无缺陷和有缺陷的反射信号,通过匹配追踪提取缺陷回波,证明该方法能较好地定位分层缺陷,定位误差低于5%;进行基于非线性分量的分层缺陷损伤评估实验,分别激励单一频率的超声和高低频超声,提取对应的非线性分量,采用傅里叶变换和小波能量值法进行分析,结果表明三次谐波的基于小波能量值的非线性系数随着缺陷宽度的增大而减小,基本呈线性关系,能较好地反映分层缺陷损伤情况;和频分量的基于小波能量值的非线性系数大致随着分层缺陷宽度的增大而减小。因此可以利用这两种非线性特征量来衡量分层缺陷损伤程度。
【图文】：

提出了基于超声导波和非线性超声的分层缺陷检测方法防腐蚀管道防腐层界面损伤分析防腐蚀管道结构及生产过程腐管道又叫衬塑管道，属于钢塑复合管道的一种，这种管道是通涂敷粘接剂后套入尺寸匹配的钢管内，通过一系列的加热、加压层钢管与内衬塑管粘结在一起而得到的。内衬防腐蚀管道以外层，具有较高的机械强度，运输的流体则与内衬塑管相接触，避免腐蚀的情况，内衬防腐蚀管道特殊的结构性能使其被广泛应用于、气体、矿浆及各种化工原料的输送中，如果内衬的塑料层是食于食品加工厂等行业。衬塑钢管的工艺流程如图 2-2 所示：

两者粘结在一起，保持压力对管道进行喷淋冷却，，使管道定型，下压修整检验后，即得到符合规格的内衬防腐蚀管道。一般要求内衬塑管各个位置的壁厚偏差最大不超过14%。生产内衬防腐蚀管道过程中的主要工艺参数包括温度设置、加热及冷却时间设定、压力设定，同时还需根据加热炉结构、保温效果、塑管性能等对上述参数进行适当调整。内衬防腐管道中的内衬塑管根据使用用途一般采用环氧树脂（Epoxy）、聚乙烯（PE）、交联聚乙烯（PEX）、硬聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚乙烯（CPVC）、聚丙烯（PP）、ABS、PP-R 等高分子材料。钢管则一般选用普通的镀锌钢管，焊管或无缝管皆可。粘接剂一般采用性能稳定可靠且在高温下不易发生老化的改性 PE 等高分子材料，要求材料在加热温度下具有较好的粘结效果，与外层钢管和内衬塑管均具有较高的结合度。由于粘结剂厚度一般为 0.2-0.28mm，远远小于内外层厚度，且材料参数与内衬塑管较为接近，因此在缺陷检测中可以将粘结剂与内衬塑管视为一体，即认为内衬防腐蚀管道由内层塑管与外层钢管组成。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE65;TQ050.9

【参考文献】

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本文编号：2610278