长输管线检测中相控阵技术的优势与挑战

长输管线检测中相控阵技术的优势与挑战

纪虎 刘金栋

中石化胜利海上石油工程技术检验有限公司  山东省东营市  257000

摘 要：长输管道作为能源运输的重要通道，其安全性直接关系到生产生活的稳定。传统的检测技术，如射线检测和手动超声波检测，存在检测速度慢、缺陷检出率低、环境污染等问题，已难以满足现代工业对管道检测的高要求。相控阵技术作为一种先进的无损检测技术，具有检测精度高、速度快、可重复性强、缺陷检出率高等优点，且安全性好、环保，其借助软件控制晶片阵列中每个晶片的时间延迟，实现波束聚焦和特定角度的传播，能够实现对管道内部缺陷的精确检测。在长输管线检测中相控阵技术的应用已成为一种趋势，对提高管道焊接工艺水平和焊接质量、保障长输管道的安全运行具有重要意义。

关键词：长输管线；检测；相控阵技术；优势；挑战

1长输管线检测中相控阵技术的优势

相控阵技术是一种先进的电磁波技术，它利用多个天线单元组成的阵列系统，通过电子方式控制每个单元的相位和幅度，从而实现对信号空间波束的灵活控制。这种技术可以形成特定指向性的波束，在长输管道检测中体现出以下优势：

（1）该技术具有极高的检测精度和速度。其利用软件控制晶片阵列中每个晶片的时间延迟，能够精确地控制波束聚焦到特定的深度，并以一定的角度传播，使得相控阵技术能够迅速且准确地检测到管道内部的缺陷，如裂纹、腐蚀等，大大提高了检测效率[1]。

（2）管道缺陷检出率高，对未熔合等面积型缺陷尤为敏感。与传统检测技术相比，相控阵技术不仅能够对体积型缺陷进行检测，还能有效识别面积型缺陷，从而降低了漏检的风险。此外，相控阵技术还能够实现线性扫查、扇形扫查和动态深度聚焦等功能，进一步提高了缺陷的检出率。

（3）相控阵技术在检测过程中具有高度的安全性和环保性。它无需使用射线等有害物质，避免了环境污染和对检测人员的辐射伤害。同时，相控阵技术可以使用水作为耦合剂，降低了检测成本，同时也符合环保要求。

（4）相控阵技术还具有数据保存和分享的便利性。检测数据可以直接保存在U盘、云盘等存储设备中，便于后续的分析和管理，不仅节省了存储空间，还提高了数据的可追溯性和可共享性。

2长输管线检测中相控阵技术面临的挑战

2.1 技术复杂

相控阵技术涉及多个学科领域，包括电子工程、信号处理、材料科学等，其技术复杂性较高。这就要求检测人员不仅需要具备扎实的专业知识，还需要丰富的实践经验。同时，相控阵设备的操作和维护也需要一定的技术水平，这增加了技术应用的难度[2]。

2.2 设备成本高

通常情况下，相控阵检测设备价格都比较高，这就在一定程度上增加了检测成本。对于长输管线检测来说，需要覆盖的管线长度可能非常长，因此，购买和维护大量相控阵检测设备的成本可能非常高。此外，相控阵技术的研发和创新也需要大量的资金投入，这进一步增加了技术应用的成本。

2.3 环境因素干扰

长输管线通常铺设在复杂的环境中，如沙漠、山区、海洋等，这些环境可能对相控阵检测设备的性能和可靠性产生影响。例如，高温、低温、潮湿、腐蚀等环境因素可能导致设备性能下降或故障。因此，在复杂环境中应用相控阵技术需要额外的考虑和应对措施。

2.4 标准与规范不完善

目前，相控阵检测技术在长输管线检测中的应用仍处于发展阶段，相关的标准和规范尚不完善，导致在实际应用中存在一定的不确定性和风险。因此，制定和完善相关的标准和规范对于推动相控阵技术在长输管线检测中的应用具有重要意义。

3长输管线检测中相控阵技术应用策略

3.1 科学选择相控阵检测设备和参数

首先，根据管线的材质、规格（如壁厚、直径）以及预期的缺陷类型，选择适合的相控阵探头，重点关注阵元数量、阵元宽度和阵元间距等参数，阵元数量越多，通常形成的声束性能越好，但成本也越高，一般控制在16到32个之间较为经济有效；阵元宽度越大，主瓣能量越集中，但需注意避免过大的栅瓣干扰；阵元间距则需小于超声波波长，以减小栅瓣出现。其次，设定合理的检测频率、聚焦深度和扫查角度，这些参数将直接影响检测的分辨率和覆盖范围[3]。实际应用中还需结合相关标准和规范，通过实际测试和优化，不断调整设备和参数，以达到最佳的检测效果。

3.2 提高检测人员的专业水平和操作技能

长输管线检测中，提高检测人员应用相控阵技术的专业水平和操作技能至关重要，检测人员不仅要具备扎实的理论知识，还需熟练掌握实际操作技能。首先，检测单位应组织定期的专业培训，邀请行业专家或有丰富经验的检测人员，通过理论讲解、案例分析等方式，让检测人员深入理解相控阵技术的基本原理、设备性能、检测标准等。其次，强化实践操作训练，通过模拟检测、现场观摩、实操考核等多种形式，提升检测人员的操作技能，使其能够熟练掌握相控阵设备的调试、参数设置、数据解读等关键环节。同时，鼓励检测人员积极参与学术交流和技术研讨，不断学习最新的检测技术和方法，以保持其专业水平的持续提升。

3.3 注重数据处理和分析能力的提升

相控阵检测能够产生大量的复杂数据，这些数据包含了管线内部缺陷的详细信息，但也伴随着大量的噪声和干扰。因此，在长输管线检测中，应注重数据处理和分析能力的提升，积极采用先进的软件和算法，对检测数据进行精细处理，以充分发挥相控阵技术的优势，提高检测效率和准确性，为管线的安全运行提供有力保障。

一方面，先进的软件工具能够提供直观的数据可视化界面，帮助检测人员快速浏览和理解检测数据，识别出潜在的缺陷区域，这些软件通常具备强大的滤波、增强和特征提取功能，能够有效地抑制噪声和干扰，突出缺陷信号，提高检测的准确性和可靠性[4]。另一方面，先进的算法，如机器学习、深度学习等，能够自动分析和解释检测数据，进一步提高数据处理的效率和准确性，这些算法能够从大量数据中学习并提取出缺陷的特征模式，实现缺陷的自动识别和分类，减少人为干预和误差。

3.4 不断完善相关的标准和规范

现如今，长输管线检测中相控阵技术的应用正逐渐成为行业趋势，为了充分发挥其优势并确保检测结果的准确性和可靠性，不断完善相关的标准和规范显得尤为重要。相控阵检测技术利用相关软件控制晶片阵列中每个晶片的时间延迟，能够精确控制脉冲发射，使波束聚焦到特定的深度，并以一定的角度传播。这种技术不仅检测速度快、缺陷定量准确，而且在安全性、环保性、减少作业强度等方面具有显著优势。在长输管线检测中，相控阵技术可以高效地检测出焊缝中的裂纹、未熔合等缺陷，对于保障管线的安全运行具有重要意义。

然而，随着相控阵技术在长输管线检测中的广泛应用，也暴露出了一些问题和挑战。例如，不同厂家和型号的相控阵设备在性能上存在差异，检测参数的设定和校准方法也各不相同，这可能导致检测结果的不一致性和难以比较。因此，为了进一步完善相控阵技术在长输管线检测中的应用，需要制定统一的技术标准和规范，这些标准和规范应涵盖设备的性能要求、检测参数的设定和校准方法、检测结果的评定和记录等方面，以确保检测结果的准确性和可比性。

结束语

总而言之，相控阵技术在长输管线检测中的应用，不仅大幅提高了检测精度和效率，实现了对管线内部缺陷的准确识别和量化，还显著增强了检测过程的安全性和环保性。通过减少射线检测等有害方法的使用，相控阵技术降低了对环境和检测人员的潜在危害。此外，该技术的应用还推动了长输管线检测标准的不断完善，为检测工作的规范化和标准化提供了有力支持。

参考文献

[1]姚滔.基于超声导波相控阵技术的焊缝检测系统研究与设计[D].江苏大学，2020.

[2]国内炼化工程首用超声相控阵技术[J].石油化工应用，2020，39(05):113.

[3]於炜力.基于相控阵技术的超声理疗方法研究[D].中国计量大学，2020.

[4]邓菲，胡方朝，邵可，等.多参量超声相控阵技术的研究进展[J].应用技术学报，2018，18(03):264-272+277.

作者简介：

纪虎，1977年08月03日，男，汉族，辽宁省沈阳市，大专。主要研究方向:无损探伤