压力管道腐蚀过程声发射监测实验研究.doc

压力管道腐蚀过程声发射监测实验研究 摘 要: 压力管道使用过程中化学腐蚀产生的信号相对于现场噪音信号及管道内部流体流动噪声非常微弱,长期以来声发射技术在压力管道腐蚀方面的应用一直很少有人涉及。随着人们对声发射源和声发射信号传播理论研究的更深层次的认识，声发射检测技术正面临着全新的更高层次的发展前景，研究声发射在压力管道检测中的应用具有很强的实际意义。本文将就压力管道的腐蚀声发射信号进行试验、分析和研究，探索压力管道腐蚀声发射长期监测及其安全评价方法。 关键词：压力管道 声发射 监测 1、实验室管道模拟腐蚀检测 采用美国物理声学公司PCI-2 系统进行检测，换能器频率包括60KHz、150KHz、宽频（100KHz-1MHz）三种型号进行对比监测分析。管道模型为Q235 钢管，外径75mm, 壁厚4mm，管道总长1400mm。将两个传感器固定在管道外壁表面，两传感器间距为1000mm，分别距离管道端部200mm，用耦合剂粘接良好后，进行检测，图6-22 为管道检测模型图。 管道模型如图，采用谐振传感器进行监测，传感器谐振频率为60KHz，两传感器相距700mm，分别距离管道两端350mm。用盐水填入管道，管道两端用塑胶套封住，留有空气流通孔，进行管道腐蚀声发射监测，此过程类似于管道外壁腐蚀状况。利用断铅信号在两传感器之间作为模拟源，S为模拟声源与两传感器之间的距离差的绝对值，Δt为两传感器接收声源信号的时间差。图中两个传感器间距900mm，距离1号传感器每100mm 作为一个测试点，每点断铅三次，每次断铅信号传到1、2 通道的时间差Δt（即一次断铅信号被两通道接收到的时间差的绝对值），Δt为每个测试点三次断铅模拟源信号被两传感器接收到的时间差的平均值，单位为微秒（μs）；N为断铅次数，根据声速公式Δs /Δt计算，外壁断铅信号传播声速在5263m/s 左右，在此声速下进行定位测试。 根据同一次腐蚀信号被相距700mm的两个传感器接收到的信号时间关系。由相关性分析两信号的相关关系，确定腐蚀源距离1通道较近，由于两传感器接收到的信号幅值衰减10db左右，根据谐振检测中的信号衰减规律可知，腐蚀源位于两传感器之外，因此判断腐蚀源位于1通道左侧，根据声波波速、时间差可以确定腐蚀源位置。随着试验的持续进行，其信号幅值由45db增至50db左右，由于其信号出现具有一定的规律性，初步判断信号源较为固定，且位于1通道左侧200mm左右。 图2、 管道充入盐水后信号波形频谱图 图3、1通道接收到典型腐蚀信号波形、频谱图 图为腐蚀液充入管道后初期形成的声发射信号，此信号具有明显的突发性特征，其频谱具有两个峰值，类似于气泡破裂产生的信号特征。分析其原因，由于管道内部具有很多微孔以及表面的凸凹状态，在盐水充入过程中，由于液体的表面张力作用，管道内壁在液面下有大量的空气存储点，随着液体与管道内壁金属氧化物的溶解结合，内壁微孔中的空气不断溢出，在液面处破裂，由于管道内壁的圆形结构，有一些溢出的气泡在管壁处破裂，形成了典型的突发性声发射信号，信号幅值位于40db-60db之间。随着检测时间的延长，高幅值的的气泡破裂信号基本不再出现，由于液体浸透了金属氧化物，氧化物在浸泡过程中由于液体分子的作用而改变了原来的固体结构状态，从而产生了低幅值（30db-35db）、低能量的信号。 盐水腐蚀机理为侵蚀性阴离子如氯离子在夹杂物与钢基界面处吸附。当电位极化到点蚀电位时，聚集的氯离子与氧化膜作用，形成铁的可溶性氯化物，表面膜局部溶解，钢基体表面局部活化。裸露铁原子在此电位下仍具有钝化倾向，对破坏的氧化膜有修复作用。钝化膜的破坏与修复产生交替竞争。只要表面有活化作用，就会有部分铁离子溶解，并产生水解酸化作用，使局部微点区域酸度增强，并将使夹杂物的边缘发生少量的溶解，形成某种溶解产物。当阳极极化电位继续升高达到点蚀电位时，氯离子对钝化膜的破坏及铁的离子化趋势更强，膜的修复已不可能，点蚀开始诱发。若极化电位继续保持在点蚀电位或极化电位继续升高，膜破裂处铁离子溶解更多，水解酸化作用更强。因此随着监测时间的延长，由于试验管道左端具有较高的盐水浓度，且端部的含氧浓度较高，容易形成浓差腐蚀环境。 图为监测到第七天1通道接收到的信号波形图与频谱图，其出现不具有周期性，间断性出现，且其幅值较低，频谱范围较宽，信号波形为突发型特征。图包含了管道在腐蚀过程中产生的两种不同模式的信号波形与频谱图，反应了腐蚀过程的不同腐蚀机理。图的信号持续出现，其间隔时间约8-12min，充分体现了腐蚀过程为一个缓慢进行的过程，其信号集中于低频段，同时，持续出现的腐蚀信号表明管道腐蚀处于缓慢的发展过程，即腐蚀平稳发展期。随着实验的进行，腐蚀产物不断增多，对金属本体产生保护