使用相控阵技术检测壁厚大于50.8毫米的管道

引言

在会引起腐蚀的环境中或恶劣条件下使用的管道，例如深海石油钻铤或在高压下输送液体，需要有很厚的壁厚（WT）或很高的壁厚/直径比。这些管道由于使用环境特殊，也需要一种可靠的、高质量的检测方法来进行质量控制，这点与极薄壁厚管道类似。

为了保持在石油国家管状商品（OCTG）和海上钻井市场上的竞争力，管材制造商需要对厚壁管材的质量进行控制，同时还要保持高水平的生产力。用于检测厚壁和高壁厚/直径比管材的解决方案，可以满足管材制造商的这些需求。

图1：重型厚壁管

使用超声（UT）技术检测厚壁管道的挑战

在检测厚壁管道时，标准的超声检测方法有时不起作用或效率低下。在某些情况下，声束在内壁（ID）上的反射会产生特别长的声程，使信噪比 (SNR）降低（参见图2）。相反，由于管道的壁厚/直径比太高而没有内壁反射时，超声检测也很难进行（参见图3）。有时可以使用较低的探头角度，但是当管道的壁厚或壁厚/直径比超出了一定的值时，这种解决方案就会显露出局限性。由于管壁很厚，需要很高的水层，因此会使总声程长度增加。当使用标准内壁反射法时，较长的声程会影响检测质量，减慢检测速度，降低检测效率。

图2：超声波在重型厚壁管道的内壁发生反射，产生了较长的声程

图3：超声波在高壁厚/直径比的厚壁管道中没有在内壁上得到反射

使用相控阵超声检测（PAUT）技术对厚壁管道进行检测的旋转管材检测解决方案

在检测壁厚在50.8毫米以上的管道时，这种管材检测解决方案可以使用在水楔内以不同角度安装的两个探头，探测到内壁和外壁的纵向刻槽缺陷。

· 入射角为8度的声束用于探测内壁缺陷。

· 入射角为25度的声束，可产生直接到达外壁的声程，用于探测外壁缺陷。

图4：相控阵技术扫查示意图

两个水楔用于检测每个缺陷的两端：

· 一个水楔以顺时针方向检测内壁缺陷，以逆时针方向检测外壁缺陷。

· 第二个水楔以顺时针方向检测外壁缺陷，以逆时针方向检测内壁缺陷。

在检测壁厚从50毫米到75毫米的管道时，这种方案提供了到缺陷更小的声程，使水层厚度减少到60毫米。

结果

径直入射到缺陷减少了超声波传播的距离，有助于增加厚壁管道中纵向缺陷的检出率（POD）。在检测具有很高壁厚/直径比的管道时，这种技术解决了为探测外壁缺陷而在内壁实现有效反射的难题。

图5和图6显示了一个管道扫查的示例。在图5的滚动视图中，X轴表示管道的轴向长度，Y轴表示内壁和外壁缺陷的探测波幅。在滚动视图的下方是一张映射图，也显示了管道周向的完整二维（2D）结果。图6中示例管道的壁厚为75毫米，探测到内壁刻槽和外壁刻槽的信噪比（SNR）分别约为15 dB和22 dB。

图5：纵向内壁缺陷的检测结果

图6：纵向外壁缺陷的检测结果

结语与厚壁管道解决方案的主要优势特性

使用这种简单的相控阵（PA）解决方案，对管壁非常厚的管道或具有很高壁厚直径比的管道进行检测，可以非常可靠地探测到内壁和外壁表面上的纵向缺陷。可重复性和信噪比都不会因为较短的声程及用于探测内壁和外壁缺陷的检测而受到影响。

太阳成tyc7111cc在壁厚直径比超过30%和壁厚为75毫米的管道上进行检测，验证了这种方法的可行性。厚壁和高壁厚/直径比管材的检测解决方案扩展了超声检测的能力，可以对以前被认为很难检测或具有挑战性的一系列管道进行轻松检测。需要厚壁管道检测解决方案的制造商，可以采用这个解决方案来提高生产力和产品质量控制的可靠性