相控阵检测技术在储罐内腐蚀检验方面的应用
相控阵检测技术在压力容器内壁点腐蚀检测中的应用
相控阵检测技术在压力容器内壁点腐蚀检测中的应用摘要：目前，依托相控阵检测技术来实现超声波的发射和接受的常见方法。
该技术主要运用电子方式来控制相控阵探头合成的声束的方式来实现。
此项技术的主要原理是，通过对阵列换能器各阵元发射或者接受的相位延迟，由此实现合成声束在一定范围内达到聚焦、偏转的目的。
采用该检测技术最显著的优点为：灵敏度更高、重复性能好、能够实现实时显示、检测结果更直观。
在运用相控阵检测技术时，要充分利用相阵检测的优势，探讨压力容器在不开罐的状态下完成内壁点腐蚀检测工作。
关键词：相控阵检测技术；压力容器；内壁点腐蚀检测；应用压力容器内壁点腐蚀又被称为孔腐蚀，腐蚀孔径大小、深度不同，即可独立存在，又能连成片集中在一起，形成粗糙的表面，它的危害主要由两个方面，一是蚀孔程度过深时导致设备穿孔。
二是在蚀孔连片的情况下，造成设备部分区域厚度减小，这两个方面都极有可能造成危害性极大的严重后果。
一、相控阵检测技术原理及应用情况相控阵检测技术的含义是通过电子方式掌控相控阵探头合成的声束来实现超声波接收、发射的方式，相控阵检测基本原理是为了使合成声束在一定范围内形成聚焦、偏转的效果，来调整阵列换能器的阵元发射或者接受的相位延迟。
探头性能和常规超声检测受仪器的功能，对于自身深度较大的点腐蚀在判断缺陷的位置时，仅从波形显示入手，对于靠近内壁的面积型点不容易分辨，但是，相关专业人员不能区分蚀内壁延伸性点腐蚀缺陷还是其他原因，通常情况下，到压力容器发生泄漏的情况下才发现。
阵列式能够为确定的不连续性的大小方向和形状提供比单个或多个换能器系统更便捷的条件，它是多个换能器晶片的合理组合。
在我们国家，这项技术的研究是在近几年才开始的，但现在，相控阵检测技术，在我国应用范围逐渐扩大，尤其是在锅炉压力容器的焊缝检测和常输管道焊缝检测，这两个方面中得到逐步应用。
二、相控阵检测技术应用在压力容器内壁点腐蚀检测中可行性分析一是压力容器内壁点腐蚀的特点、形态简介。
相控阵检测技术在球罐检验中的应用
吴焕 利 。祝加 轩 李 ，
公 司 炼油 厂 ， 疆 独 山子 新 ８３０ ） ３６０
军。 ８３０ ；． 国石 油 独 山子 石 化 ３６０ ２ 中
（． １ 中国石油 独 山子石 化分公 司 压 力容 器 检 验所 ， 疆 独 山子 新
摘 要： 通过对 某装 置氧 气球罐 焊缝 中埋 藏缺 陷的返修 ， 助相控 阵检 测技 术对缺 陷进 行定 量复查 ， 借
中 图 分 类 号 ：Ｈ１５ Ｔ ３２ ５ Ｔ ６ ；Ｂ ０ ． 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ １— ８ ７ ２ １ ）８— ０ ９— ５ １０ ４ ３ （０ ２ ０ ０ ６ ０ ｄｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １０ ４ ３ ．０ ２ ０ ． １ ｏ：０ ３６ ／． ｓ．０ １— ８７ ２ １ ．８ ０４ ｓ
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相控阵超声检测技术在焊接储罐上的应用
TOFD 技术局限性 ：（1）工件上、下表面存在盲区。
在缺陷，如裂纹、未熔合、气孔等。
（2）难以准确判断缺陷性质。（3）图像识别和判读比较难，
1.1 传统射线检测与超声检测比较
数据分析需要丰富的经验。（4）对粗晶材料检测比较困
射线检测的优点和局限性 ：（1）可以直接记录，底片 难，信噪比较低。（5）横向缺陷检测比较困难（焊缝余
0 引言
通过比较，超声检测在成本、效率、安全、便捷方面
通过相控阵检测技术的应用实践，有效解决了焊接储 具有明显优势，只是需要解决记录和体积型缺陷检出率的
罐在制作、安装中射线检测的安全问题和效率问题，证明 问题。而随着数据采集技术和计算机技术的发展，自动超
了相控阵超声检测代替射线检测完全可行，效益明显，前 景广阔。在孟加拉国 S4 项目中，设计了 2 台 11000m3 的 燃油罐，4 台 2000m3 的水箱，按照 API 650 标准，其壁板
形和结构会影响检测。
在的上下表面盲区、图像识别与评判困难、难以准确判定
42 2019.5 设备监理
技术工艺 Technological Process
缺陷性质等问题。所以，相控阵超声检测技术代替射线检 测应用无论从检测质量还是检测成本方面都是最优方案。
2 相控阵超声技术优势
2.1 技术先进性分析 传统和自动超声波检测是针对 45°、60°、70°的固
定角度进行的，相控阵技术可同时覆盖 40°～ 75°范围内 的所有角度。因相控技术可以实现电子声束的形成和偏转， 从而可从单一阵列探头中生成大量不同的超声束的束流剖 面，而且这种声束偏转可被动态编程配置以创建电子扫查。 利用通常被称为扇形扫查的声束偏转，可以适当的角度生 成被测工件的映射图像。焊缝检测一般用扇形扫查，电子 聚焦可在会出现缺陷的位置处优化声束的形状和大小，从 而可进一步提高检出率。在多个深度位置聚焦的能力，还 可提高体积检测中定量关键性缺陷的能力。这种聚焦特点 可以显著改进应用中的信噪比，而且沿多组晶片进行的电 子扫查还可以迅速生成 C 扫描图像。与 AUT 或手动 UT 相 比，PAUT 只需要更小的表面距离进行检测，可以从单个 探头位置覆盖被测工件的大横截面，使用单个探头以多个 角度检测焊缝的能力极大地提高了检测焊缝异常状态的概 率，极大地简化了检测几何形状较为复杂的工件的过程。 2.2 标准符合性分析
油品储罐的腐蚀检测与腐蚀防护
( 2) : 3 王国璋等. 钢制油罐底板外侧腐蚀与防 护. 石油化工设 备技术.
1996, 17( 3) :
Corrosion Testing of Oil Storage Tanks and Corrosion Protection Li Chunshu
Machinery Research Institute of Tianj in Petrochemical Company ( Tianjin, 300271)
Abstract The corrosion and corrosion causes of the oil storage tanks were analyzed. It was pointed that the magnetic leakage examination technique could more accurately reveal the true nature of the corrosion of the bottom plates of the tanks than the conventional ultrasonic method. The combined coating and electrochemical protection was the optimal approach for controlling the corrosion of the bottom plate of the tanks. Keywords Storage tank, corrosion, testing , coating - electrochemical protection
储气井小面积腐蚀的超声相控阵检测试验
储气井小面积腐蚀的超声相控阵检测试验王恩和;程江辉【摘要】随着国内储气井服役时间的增长,近几年储气井套管小面积腐蚀缺欠逐渐增多,针对传统超声检测方法不能实现对此类缺欠可靠识别的问题,提出了一种利用弧形超声波相控阵探头组的检测方法,并开发出相应的检测系统.检测结果表明,该超声相控阵检测系统能识别套管上直径2 mm的腐蚀缺欠,实现了储气井套管的全覆盖、高灵敏度的壁厚检测.【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2018(035)009【总页数】4页(P66-69)【关键词】超声相控阵;储气井;套管;腐蚀;缺欠【作者】王恩和;程江辉【作者单位】安徽省特种设备检测院,安徽合肥 230041;安徽省特种设备检测院,安徽合肥 230041【正文语种】中文【中图分类】TH49;TB5590 引言近年来，在国家能源环保政策引导下，天然气作为清洁能源在我国能源消费结构中的比例大幅度增长，预计到2030年，我国天然气年消费量将达到4 000亿m3。
伴随着天然气需求的持续旺盛，压缩天然气(CNG)汽车加气站也迅速发展起来。
高压地下储气井(以下简称储气井)作为加气站内的主要储气设备，目前全国在用数量约10 000口，且多建于人口较密集的城市。
储气井工作压力高达25 MPa，一般埋地总深度为50～200 m，由于地层电化学、化学腐蚀等原因，会造成井筒局部区域壁厚减薄甚至穿孔，存在极大的安全隐患，所以对储气井进行定期检验显得至关重要。
国外对石油井与天然气井的检测系统与保护方法主要有：套管电磁扫描系统、光纤温度传感系统、漏磁检测系统、井下成像系统、阴极保护法等[1-4]。
目前，常规超声检测法是国内各检验检测机构对储气井套管进行壁厚检测的主要方法，已经投用的检测系统包括内置旋转式超声检测系统和超声阵列式检测系统[5-6]。
上述两种检测系统均采用常规超声直探头，不能形成周向的自动电子扫描，导致其检测灵敏度远低于聚焦探头[7]。
另外，通过近几年的检测实践已经证明，内置旋转式超声检测系统的不稳定性大大降低了现场检验效率；超声阵列式检测系统的检测覆盖能力取决于探头的数量，不可避免地存在检测盲区。
试析相控阵检测技术在管道腐蚀检测中的应用
试析相控阵检测技术在管道腐蚀检测中的应用摘要：远程电线作为石油、化工等领域的专用设备，得到了广泛的应用，但如果延长使用寿命，某些管道会出现一些问题，这是基于对管道安全运行的认识和改进，本文对管道的腐蚀检测和修复技术进行了简要的分析比较，指出长输管道在天然气行业应用广泛，氧气和自来水工程。
由于聚乙烯材料的声学再现特性，传统脉冲反射法的回波信号很弱，噪声增大，信噪比降低。
另外，传统的超声检测方法对电熔复合材料中的线信号的干扰，使得聚乙烯电熔复合材料的检测变得困难，相控超声检测以其直观、快速、准确的特点解决了这一问题。
关键词：长输管道；相控阵；超声电熔；安全；检测长输管道常埋在地下。
使用时主要是室内外环境生锈，因此，由于腐蚀原因的不同，检测技术形成了两个分支：内部检测技术和外部检测技术（表面检测技术）。
管道内部控制是指应用不同的检测技术，真实地识别和记录管道的基本配置、管道的基本状况、管道内外的腐蚀状况、焊接缺陷和裂纹。
配备无损检测设备和数据采集、处理和存储系统，操作完成对管体的逐步扫描，最常用的内部检测方法是漏磁腐蚀检测和超声波腐蚀检测。
漏磁检测的原理是应用于铁磁管道在磁场检测过程中，一些磁力线会从管道缺陷附近的管道表面漏出来，通过对磁传感器测量结果的分析，可以得到缺陷的相关信息。
检测技术主要用于检测管道因腐蚀或磨损而产生的金属损耗缺陷。
有时它也能检测出裂纹缺陷、凹痕和皱纹。
超声检测是最适合发现裂纹的动态整体无损检测技术。
他使用敏感的设备来接收和处理超声波控制的波。
通过分析和检测声发射源的特性，可以推断出活性内部材料或结构缺陷的位置、变化程度和趋势。
它可以同时检测管道的内部缺陷和外部缺陷。
管道外检测方法主要是在没有地下井作业的情况下，对埋地钢管外防腐层和阴极保护的影响进行检测和评价。
管道外防腐层常用的检测方法有：标准管道（P/ground（P/s））电位测试、电位近距离测量（CIPS）、皮尔逊试验、直流电压梯度测试（DCVG）和多频管道（PCM）管道识别的专用PCM方法应主要使用以下内容：将从管道控制点（或阴极保护点）接收到的特定频率或多次激励信号应用于管道控制点，激励信号从传输点向管道两侧传播，当前管道信号强度随着管道距离的增加而增大。
科技成果——大型储罐罐底腐蚀检测系统
科技成果——大型储罐罐底腐蚀检测系统
成果简介
为保障我国石油供应安全，一批国家石油战略储备基地正在规划和建设中，进而我国大型立式金属储罐数量将随之激增。
作为一种特种设备，储油罐一旦发生泄漏等事故，后果非常严重，因此加强储油罐的安全监控和维护管理是储备基地建成之后的重要工作。
技术原理
声发射检测原理如图所示，将声发射传感器均匀布置在储罐罐壁周围，在一定时间内接收罐底因腐蚀而产生的声发射信号，通过各传感器接收到声发射信号的时间差计算声源位置，进而了解罐底各区域的腐蚀状况。
在大型罐底腐蚀检测过程中，无需倒罐和清罐，在1天之内即可完成检测并根据罐底腐蚀情况对储罐分类，列出维修计划，防患于未然。
应用前景
相对传统检测方法极大的降低了检测费用。
造价超过亿元的大型储罐，检测费用只需数十万元。
并已在全国20余个不同尺寸和类型
的大型储油罐中得到应用，获得了数百G的实测声发射数据，建立了宝贵的数据库并研制了相应的数据处理软件。
合作方式技术服务。
储罐腐蚀检测技术
一、储罐清罐检测期间检测方法较为常用的有外观检查、超声波测厚、漏磁检测相结合的技术方法。
1. 超声测厚技术利用超声测厚技术检测罐底板腐蚀是一种传统的检测方法，其检测原理是将储罐停产、清空后，由工作人员进入罐内，利用超声波测厚仪对储罐罐底板逐点进行板厚的测量，然后根据板厚的变化情况评估罐底板腐蚀情况。
超声测厚将超声脉冲透过耦合剂垂直发射至罐底板，接收由罐底板反射的回波，根据测得的超声波往返时间和波速，计算出被测处的厚度，如图1所示。
图1 超声测厚原理图超声波测厚检测技术使用方便、灵活，成本低，对局部区域的检测精度高，但只能进行点的测量，整体检测效率低，对被测物体的表面状况要求较高，需要在检测前进行清洗和打磨，劳动强度大、检测时间长、费用高，对工作人员身心健康有不良影响，另外该方法漏检率较高，一些微小的裂纹、点蚀坑容易被漏掉，而这些缺陷是最容易发展为致使储罐罐底失效的缺陷。
2. 涡流检测技术涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，只适用于导电材料。
其检测原理如图2所示，把通有交流电的线圈接近储罐罐底，由线圈建立的交变磁场通过罐底板，并与之发生电磁感应作用，在罐底板内产生涡流，而涡流也会激发自己的磁场。
当罐底板表面或近表面存在缺陷时，会影响涡流的强度和分布，涡流的变化又引起检测线圈电压和阻抗的变化，从而间接获得缺陷的位置及大小等信息。
涡流检测的优点是重量轻，操作方便，无需耦合剂，对被检罐底板要求不高，无需打磨，进而节省大量时间和维修成本。
另外可通过双频技术区分上下表面缺陷，进而可以对背面缺陷进行检测。
涡流检测的缺点包括在罐底支架、喷淋管连接处干扰较大；受集肤效应的影响，探伤深度与检测灵敏度相互矛盾，很难两全；对缺陷很难做出定量分析，只能定性判断，因此对检测人员的检测经验要求较高。
图2 涡流检测原理3. 磁粉检测技术磁粉检测是一种比较传统的检测方法，主要用于检测铁磁性材料表面或近表面缺陷，其检测原理是先将储罐罐底被检部分磁化，在被检测部位及周围产生磁场，若有裂纹等缺陷，则缺陷处由于存在空气或其他磁阻较铁磁材料大得多的物质，磁力线会产生弯曲绕行现象。
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相控阵检测技术在储罐内腐蚀检验方面的应用摘要：相控阵技术是一种通过电子激发的时间不同而改变探头性质的多声束扫描技术。
探头性质改变是通过相控阵探头单个晶片在脉冲发射和接收信号时引入时间变换来完成的，从而实现聚焦点和声束方向的变化，然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方式实现图像成像。
相控阵探头含有多个性质相同的晶片，可以控制聚焦深度，偏转角度和波束宽度。
和常规的超声波探头比较，它的灵敏度和分辨力高，有效探伤深度范围大，探测结果准确，高效。
采用相控阵 C 扫的模式可以在开罐情况下下，实现储罐的内部检验。
对于内部孔蚀性缺陷，检验效果更加明显。
关键词：金属材料无损检测相控阵储罐在役检验
石油工业高度关注对环境的保护, 除了员工和公众的身体健康, 油罐泄露事故的发生也是石油工业里的头等大事。
例如，由于油罐小孔服饰或其它原因导致的泄露就可能产生巨大的危害，从这些小孔泄露的可燃气体能导致严重的后果。
尽管泄露的量可能不大，但油罐内的蒸气也可能因周围的高温作业环境，闪电或其它原因而被点燃，从而导致严重的爆炸事故。
储罐检测的目的是为了防止泄露, 减少缺陷, 降低损失, 同时减少对人身的伤害和对空气、地下水和水渠的污染以及对其它设备的破坏[1]。
本文着重介绍相控阵技术在储罐内腐蚀检测方面的应用和传统的超声波测厚技术相比，相控阵检测技术在缺陷判定，检测效率方面具有无可比拟的优越性，可在不开罐情况下，对
储罐重点区域和可疑区域进行腐蚀检测，为储罐安全性能的判定提供重要依据。
1 概念
相控阵超声无损检测（U P A - N D T）是近年来超声无损检测领域发展起来的新技术，以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的重视[2]。
相控阵技术是一种通过电子激发的时间不同而改变探头性质的多声束扫描技术。
探头性质改变是通过相控阵探头单个晶片在脉冲发射和接收信号时引入时间变换来完成的，从而实现聚焦点和声束方向的变化，然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方式实现图像成像[3]。
超声相控阵检测技术已有2 0 多年的发展历史。
初期主要应用于医疗领域。
自2 0世纪9 0 年代起，超声相控阵检测成像技术开始在欧美等国家逐步应用于工业无损检测。
目前，国内无损检测工作者不断吸取国外工业无损检测经验，特别是大量超声相控阵设备的引进，使相控阵技术开始在国内无损检测领域崭露头角。
2 与常规的的超声波探头比较
超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。
换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。
同样，在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式
显示。
2.1 常规超声探头发射的波束控制( 如图1)[4]声束产生原理是惠更斯原理；
角度楔块引入适当延时在发射期间产生角度波束
2.2 使用常规超声探头接收的波束控制
（如图2）
声束在楔块内产生的原理是惠更斯原理；
在接收期间角度楔块引入延时, 所以在有机玻璃上波形相位产生结构干涉。
2.3 使用相控阵探头发射的波束控制( 如图3) 声束的产生原理是惠更斯原理；引入适当的电子延时发射时产生波束角度。
2.4 使用相控阵探头接收的波束控制( 如图4)
在接收期间引入适当的电子延时；延时法则在同相和有用信号累加后产生另人满意的信号。
超声相控阵换能器的独特设计，信号处理手段（如图5）使得相控阵技术主要包括以下几个特点。
1) 一个探头有多个性质相同的晶片；2）可以控制聚焦深度；3) 可以控制偏转角度；4) 可以控制波束宽度；5) 能够分别控制，形成几个不同的虚拟探头。
3 优势
相控聚焦与单探头在信噪比上有很大差别。
因为相控聚焦各阵元发射的超声波频率相同, 是相干波, 当在焦点处各阵元超声波同相位时, 焦点处的声强为各阵元声强和的平方, 而系统噪声信号却是频率和相位都无序的杂波, 当它们在焦点处叠加时具有平均降噪的作用。
所以相控阵无损检测比传统的单探头探伤有更高的信噪比。
3.2 超声束更窄
在超声声束尺寸上, 线性相控阵形成的超声聚焦声束尺寸要比传统的单探头产生的声束尺寸狭窄, 这是由于相控阵对超声束聚焦的结果。
所以相控阵超声技术能够检测出尺寸更小的缺陷。
3.3 有效探伤深度范围大
由于相控阵超声束聚焦焦点可在有效探伤范围内动态调整,而传统的单探头受限于固定的焦点范围, 所以相控阵探伤有更大的有效检测深度。
3.4 分辨力高
由于线性相控阵能将声束焦点动态调整在不同的探伤深度上, 所以用这种方式进行检测时, 无论是靠近还是远离探伤表面的缺陷, 相控阵检测成像的缺陷外形都同样清晰可靠。
超声相控阵无损检测基于电子相控聚焦和扫描技术, 能根据缺陷的形状和位置改变各阵元激发超声波的相位和振幅, 形成灵活的焦点形式( 如不同的焦点深度和强度), 使扫描控制更加精确、灵活、高速。
3.6 可进行复杂工件检测
相控阵可以检测几何形面复杂的试块，例如采用自动检测可以轻而易举地检测焊缝和槽。
小晶片的阵列在具体检测中易于应用，例如用在检测空间受限的管道。
4 案例
4.1 传统超声波测厚技术在储罐检测中的应用
2 0 0 9 年8 月, 检测人员对海上某平台储罐(2 0 0 0KL.I D1670 0X10 935m m, 介质为原油和水) 进行检验。
1）准备工作:选择可疑区域拆除保温; 清理表面以露出光滑涂层;3、按照一定方式用记号笔均匀划分该区域。
（如图6）2）检验作业：采用可带涂层检验的测厚仪, 测量每一划分区域，记录最小值。
3）数据分析：通过比较所测数据和原始数据, 分析判断储罐当前安全状况。
由上面的案例可以看出，传统超声波测厚技术在储罐检验中，操作简单，应用方便。
但是受制于人工操作，检测效率不高，而且不容
易找到厚度最低点。
4.2 相控阵技术在储罐检测中的应用[5]
2 0 0 9 年5 月，检测人员对某装置182# 球罐（10 0 0 m3，φ12 4 0 0 m m X42m m，材质16Mn R，介质为液化石油气）进行检验，选择球罐底部第一道温带板第18 块板进行外部相控阵检测。
外壁打磨清理干净，测厚仪从外壁所测平均厚度为41m m。
经对打磨部位实施相控阵检测，在第18 块板上发现一处明显缺陷，成像结果以C 视图显示（如图7），经进罐现场验证，发现相控阵检测缺陷定位位置确实存在缺陷（如图8），现场测量数据与检验数据相当，球罐测量数据如下：缺陷编号：18-1；缺陷深度位置：38.5m m；缺陷距离内表面距离：1.7m m；缺陷当量大小:4.0 m m；现场验证（进罐）情况: 焊缝检验尺测深1.5m m( 未打磨)；实测缺陷大小长径7 x短径5。
5 结语
由上面的案例，我们得出结论，相控阵技术可以用来判断储罐内壁腐蚀情况，尤其对内壁孔蚀缺陷，具有很高的检出率。
针对作业人员超声测厚怀疑减薄的储罐，可以采用相控阵技术，在不开罐的情况下，初步判断内壁腐蚀程度，为下一步检验计划提供重要参考依据。
参考文献
[1] A PI 575,2 0 0 5.5. 现役常压或低压储罐检测指南和方法.
[2] 单宝华，喻言. 超声相控阵检测技术及其应用[ J ] . 无损检
测，2 0 0 4,2 6（5）：2 35-2 38.
[3] 王在峰. 压力容器无损检测新技术原理和应用. 浙江玉环：浙江省玉环县质量技术监督检测中心。
[4] 欧宁检测相控阵中文教材:3-4.
[5] 吴焕利，魏培生，李海华. 相控阵检测技术在压力容器内壁点腐蚀检测中的应用探讨. 新疆独山子：中国石油独山子石化分公司压力容器检验所.。