管道腐蚀超声波之检验数值处理软件体系开发.doc

　　管道腐蚀超声波之检验数值处理软件体系开发 第一章 绪论 1.1超声波管道内检测原理 管道腐蚀检测在工业安全生产中具有重大意义，目前，国内绝大多数天然气和石油的运输都是由管道来完成的。据不完全统计，现在在役的天然气、石油管道的总里程已经超过三万公里[1][2]。当使用超过二十年后，这些管道将逐步进入事故高发期[3][4]，如图1-1所示。管道一旦出现泄漏问题不仅会造成石油的流失，更严重的是，随之而来的生态灾难对人类生存环境的危害。对其腐蚀情况进行检测，可提高管道维护效率，延长其使用寿命[5][6]。输油管道泄漏的主要原因是，由于长年运输石油，导致石油及其衍生物在管道中不断积累，这就不可避免会对管道底部的金属材料进行腐蚀。由于这些管道可延伸几百千米，而且往往深埋于地下，所以对其腐蚀情况的检测具有一定难度。 早在上世纪下半叶，管道内检测装置的研制就已经在美国、日本、德国、加拿大等发达国家引起学界的关注，主要就是为了解决管道安全生产的问题[7]。经过半个多世纪的发展和完善，这项技术已经日渐成熟。目前，在国内外使用最为广泛的管道腐蚀内检测手段是漏磁检测法[8]和超声波检测法[9]。漏磁检测法要求被检材料为具有高磁导率的铁磁材料，其检测原理是通过检测整个回路的磁通变化来确定被检材料的厚度[10]，此方法常用来对管道腐蚀情况进行定性分析。与漏磁通法相比，超声波检测法是利用超声波的匀速传播特性，并在界面突变层发生反射，来进行管道探伤检测的[11]。它能够从定性和定量这两方面来更为深入的对管壁腐蚀情况进行分析[12]，且具有速度快、精度高、成本低、灵敏度高等特点[13][14]。超声波检测目前涌现出很多方法，如超声相控阵[15]、超声导波[16]、超声衍射时差法[17]、模式集群分析法[18][19]、合成孔径聚焦技术[20]、自适应学习网络[21]等，但最为常用的方法仍是传统的脉冲反射式探伤[22]。脉冲反射法超声内检测的原理是根据内外管壁面对超声波的反射时间间隔，与被测材料中超声波的声速相乘，计算得出材料厚度，从而确定管壁的受蚀情况。如图1-2所示，P是超声探头的发射波，表示超声探头发射出超声波，F是一次回波，表示发射波遇到管道内壁表面后，超声波在内壁表面和介质的界面突变处发生反射的反射波，B是二次回波，表示发射波遇到管道外壁表面后，超声波在外壁表面和介质的界面突变处发生反射的反射波[23]。 1.2管道腐蚀超声波内检测关键技术 超声波脉冲反射式管道腐蚀内检测的关键技术包括检测器的研制、数据处理软件开发、超声扫描数据处理算法、定位技术等。 1.2.1管道内检测 器管道腐蚀内检测器经过一些发达国家近半个世纪的研究，根据其功能的不同，在外观上形态大小各异，大到日本钢管株式会社所研制的高性能超声波内检测装置，其重达数吨，长超过三米[24][25]；小到德国Pipe tronix公司研制的超声波裂纹检测机重量仅为245磅[26]，但究其设计思路，却惊人的相似，很多设计元素都是相同的。如J. L. Cordell[27]等人研制的管道内检测器（见图1-3）包括主体检测舱和舱前后两个密封皮碗，主体舱内部包括传感器、数据处理装置、存储装置、电源装置。M. Yoshida，N Suzuki，A. Hagio[28]等人研制的管道内检测器（见图1-4）主体检测器上装有传感器，且装有密封碗，主体内部有控制器、电源等。杨理践[29]等人研制的智能管道猪（见图1-5）同样也具有动力皮碗、主探头、计算机节、低频通讯、辅助探头等模块。通过观察这些检测器可知，管道腐蚀内检测器应该具备： 1、 传感器。此处应为若干超声探头，另外应该包含探头保持架。 2、 橡胶皮碗。用以保证管道内检测器的圆心和管道的中心同心，并且负责推动检测器自身在管道中的行进。 3、 主体舱。用于存放各类仪器以及电源装置。 4、 定位装置。由里程轮等能够确定装置位置的部件构成。 第二章 管道腐蚀超声波内检测数据处理软件 本章对管道腐蚀超声波内检测数据处理软件做了详细介绍。主要内容为：第一节：对数据处理软件的总体设计做了深入分析。从设计目标、功能需求分析、系统方案三个部分详细阐述了软件的总体设计。第二节：对数据处理软件中重要功能模块的实现做了详细说明。从数据的后台准备和曲线的前台显示两个方面对软件功能模块的实现做了深入讲解。第三节：管道腐蚀超声波内检测数据处理软件的界面。 2.1软件的总体设计 2.1.1设计目标 为使软件能够与管道内检测器（下位机）配套使用，实现PC机与下位机通信，完成超声回波数据、定位数据的获取，并能够对A扫描回波数据进行不同算法的自动处理，B、C扫描图形的绘制输出，定位数据的配合显示，达到对管道腐蚀情况的定量分析的目的。其下位机，即超声波管道内检测实验装置，结合国内外现有的管道内