對(duì)某原油儲(chǔ)存罐區(qū)的穿越混凝土路面輸送管道進(jìn)行在線聲發(fā)射腐蝕檢測(cè)試驗(yàn)，管道結(jié)構(gòu)形式為套管，設(shè)計(jì)溫度為常溫，埋地段長(zhǎng)度為24.1 m，外徑為900 mm，材料為L(zhǎng)245M，壁厚為9.1 mm，設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa，輸送介質(zhì)為原油，2014年投入使用。

檢測(cè)時(shí)選用Micro-II Express型聲發(fā)射檢測(cè)儀器，傳感器型號(hào)為R3I-AST，前置放大器增益為40 dB，濾波器下限為20 kHz，上限為100 MHz。檢測(cè)時(shí)管道內(nèi)部充滿原油，且介質(zhì)靜止無(wú)輸送流動(dòng)現(xiàn)象。

2021年3月該企業(yè)進(jìn)行埋地管道開(kāi)挖檢修作業(yè)，此時(shí)分別在管道兩端及底部各布置一個(gè)傳感器，對(duì)管道進(jìn)行聲信號(hào)傳播距離衰減測(cè)試、腐蝕缺陷聲發(fā)射特征參數(shù)表征、傳感器布置優(yōu)化方案測(cè)試等。

2022年3月，在管道土壤覆蓋層回填并穩(wěn)定12個(gè)月后，再次對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比兩次試驗(yàn)的結(jié)果，從而驗(yàn)證埋地穿越管道腐蝕在線聲發(fā)射檢測(cè)的可行性。

試驗(yàn)采用斷鉛和人工敲擊來(lái)模擬埋地管道在日常使用過(guò)程中最常出現(xiàn)的泄漏及腐蝕，研究埋地管道中的聲發(fā)射信號(hào)傳輸特點(diǎn)及在線檢測(cè)的可行性。

對(duì)開(kāi)挖后的管道分別在傳感器1和3處施加斷鉛激勵(lì)，如圖1所示，分析其信號(hào)傳播特征。

圖1 管道開(kāi)挖后檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)及傳感器布置示意

當(dāng)從左側(cè)進(jìn)行斷鉛激勵(lì)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)隨著傳播距離的增大，聲發(fā)射信號(hào)幅值的衰減并非呈線性特點(diǎn)，在1號(hào)和2號(hào)傳感器之間，幅值衰減速度非?？欤偣菜p24 dB），而在2號(hào)和3號(hào)傳感器間，幅值僅衰減5 dB。

這主要是由于從左側(cè)進(jìn)行斷鉛激勵(lì)時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)向前傳播時(shí)首先要經(jīng)過(guò)兩個(gè)彎頭的阻滯和頻散，從而幅值出現(xiàn)大幅衰減；而當(dāng)聲發(fā)射信號(hào)越過(guò)2號(hào)傳感器進(jìn)入直管段傳播時(shí)，信號(hào)的頻散和結(jié)構(gòu)幾何突變影響大大降低，幅值的降低速率下降非常明顯。由于能量和幅值均為表征聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度的指標(biāo)，隨著聲音傳播距離的增大，能量的衰減幅度對(duì)結(jié)構(gòu)幾何變化更敏感，在1號(hào)和2號(hào)傳感器之間，能量衰減達(dá)到97.8%，在直管段能量的衰減速率趨于緩和。

另一方面由于管道中聲發(fā)射信號(hào)的傳播路徑基本趨于直線，路徑單一，極少出現(xiàn)信號(hào)反射、散射及相互干涉導(dǎo)致的波形畸變，因此聲發(fā)射信號(hào)的平均頻率隨傳播距離的增加幾乎沒(méi)有太大的變化；但聲發(fā)射信號(hào)上升時(shí)間則呈現(xiàn)相對(duì)線性的遞增趨勢(shì)。

當(dāng)從右側(cè)進(jìn)行斷鉛激勵(lì)時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)首先進(jìn)入管道的直管段傳播，經(jīng)過(guò)16.9 m的傳播后幅值衰減6 dB，在通過(guò)管道左側(cè)的兩個(gè)彎頭后再次衰減12 dB，這相對(duì)于左側(cè)斷鉛時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)幅值衰減下降了50%。上升時(shí)間在直管段的變化規(guī)律同左側(cè)斷鉛時(shí)上升時(shí)間的變化規(guī)律類(lèi)似；能量則呈現(xiàn)出較為緩和的下降趨勢(shì)，并未出現(xiàn)大比例成倍下降的情況；平均頻率隨傳播距離的增加仍無(wú)太大變化。

管道在回填的前期階段，土壤和管道本體的結(jié)合還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其腐蝕環(huán)境和長(zhǎng)周期使用的埋地管道有很大的不同，因此選擇1年后再次對(duì)該管道進(jìn)行試驗(yàn)，最大程度模擬管道的實(shí)際運(yùn)行工況，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信性。

在左側(cè)1號(hào)傳感器位置進(jìn)行敲擊時(shí)，隨著激勵(lì)幅值的增大，3號(hào)傳感器接收到的信號(hào)幅值也隨之增大并呈現(xiàn)階梯狀（如圖2所示，圖中上部分為1號(hào)傳感器信號(hào)，下部分為3號(hào)傳感器信號(hào)）。

圖2 左側(cè)斷鉛1號(hào)傳感器和3號(hào)傳感器幅值及能量變化

當(dāng)1號(hào)傳感器位置發(fā)出的信號(hào)幅值小于61 dB時(shí)，3號(hào)傳感器基本上采集不到聲發(fā)射信號(hào)（門(mén)檻為30 dB），相對(duì)于開(kāi)挖狀態(tài)其信號(hào)衰減幅度明顯增加。

這主要是土壤覆蓋、防腐層噴涂及纏繞等因素阻礙了聲發(fā)射信號(hào)在管道本體上的傳播，導(dǎo)致有效傳播距離明顯縮短，但隨著激勵(lì)信號(hào)幅值的增大，3號(hào)傳感器接收到的信號(hào)幅值衰減程度相較于開(kāi)挖之后管道信號(hào)的幅值衰減程度并未出現(xiàn)大幅下降，從能量圖的變化也可以觀察到相同的規(guī)律。埋地穿跨越管道對(duì)高幅值高能量檢測(cè)信號(hào)的影響較小，對(duì)低幅值低能量的信號(hào)影響較大。

在右側(cè)3號(hào)傳感器位置進(jìn)行敲擊時(shí)，激勵(lì)信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到60 dB時(shí)，在24.1 m處的1號(hào)傳感器仍然可以采集到幅值為38 dB的聲發(fā)射信號(hào)（如圖3所示，圖中上部分為3號(hào)傳感器信號(hào)，下部分為1號(hào)傳感器信號(hào)），證明其聲發(fā)射檢測(cè)效果良好。甚至激勵(lì)信號(hào)為40 dB的低幅值信號(hào)時(shí)，1號(hào)傳感器仍然采集到了零星的信號(hào)，信號(hào)衰減為7~12 dB，可見(jiàn)土壤層的影響相較于從左側(cè)1號(hào)傳感器激勵(lì)的影響要小得多。

圖3 右側(cè)斷鉛1號(hào)傳感器和3號(hào)傳感器幅值及能量變化

綜合上述兩個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)從1號(hào)傳感器進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，產(chǎn)生的高幅值和高能量聲發(fā)射信號(hào)在向前傳播過(guò)程中受到兩個(gè)彎頭的影響，其強(qiáng)度大幅減低，再加上土壤覆蓋層和防腐層的影響，其衰減速度迅速提升，嚴(yán)重影響了其向前傳播的距離，也直接限制了聲發(fā)射檢測(cè)的有效距離。相反從右側(cè)3號(hào)傳感器進(jìn)行激勵(lì)，信號(hào)首先從直管段進(jìn)行傳播，在傳播十幾米之后才通過(guò)彎頭，此時(shí)受到土壤覆蓋、防腐涂層和彎頭的影響要小得多，在24.1 m內(nèi)仍然有良好的檢測(cè)效果。

在管道兩端的環(huán)向各布置3個(gè)傳感器，進(jìn)而對(duì)這段管道進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，從25 min內(nèi)采集到的聲發(fā)射數(shù)據(jù)可以看出（見(jiàn)圖4），撞擊數(shù)只有30，幅值均不大于40 dB，表明在有效的檢測(cè)覆蓋范圍內(nèi)，該段管道的腐蝕狀況良好（這主要是由于該段管道重新進(jìn)行了清污理和防腐處理，管道近似新裝狀態(tài)）。由于實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，聲發(fā)射源產(chǎn)生的位置位于1號(hào)和3號(hào)傳感器之間，其傳播距離要小于該節(jié)試驗(yàn)1和試驗(yàn)2的24.1 m，因此其檢測(cè)可靠性也更高。

圖4 埋地管道持續(xù)在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)信號(hào)