超聲波方法進(jìn)行石油機(jī)械結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)

郭志永

摘 要：在石油開采中，由于存在高強(qiáng)壓力，對(duì)石油機(jī)械設(shè)備強(qiáng)度要求很高，不允許石油機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)裂縫、嚴(yán)重腐蝕、磨損等情況，因此必須對(duì)石油機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效檢測(cè)，及時(shí)了解機(jī)械運(yùn)行狀況，目前對(duì)石油機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法主要有超聲波探測(cè)、射線探傷、滲透探測(cè)法、電位探測(cè)法等，但是另一方面由于石油機(jī)械結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜，不少探測(cè)方法會(huì)對(duì)其造成影響，所以本文對(duì)無損檢測(cè)中的超聲波檢測(cè)法進(jìn)行分析，探究其在石油機(jī)械結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，為石油企業(yè)更好的掌握機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：石油勘探儀器;無損檢測(cè);超聲波;裂紋

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)資源的需要越來越大，石油產(chǎn)業(yè)日漸興盛。隨著采油企業(yè)的設(shè)備保有量不斷增高，設(shè)備的購(gòu)置與更新為采油工程注入了新的生產(chǎn)動(dòng)力的同時(shí)，也給石油機(jī)械設(shè)備管理與維護(hù)提出了更大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段，為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求，我國(guó)多數(shù)采油企業(yè)的機(jī)械設(shè)備連續(xù)運(yùn)行、超限作業(yè)日益的常態(tài)化，成為采油工程的不穩(wěn)定因素，采油機(jī)械設(shè)備一旦出現(xiàn)故障將企業(yè)員工的人身安全帶來危害，同時(shí)也將給采油企業(yè)帶來的一定的經(jīng)濟(jì)損失[1]。以2018年為例，僅一年我國(guó)石油化工事故就高達(dá)176起，平均兩天一起事故，其中由各種原因引起設(shè)備故障造成事故達(dá)62起，死亡125人。為了有效保障設(shè)備正常運(yùn)行，減少設(shè)備故障的發(fā)生，石油企業(yè)需要定期進(jìn)行檢修和維護(hù)，那么準(zhǔn)確有效了解石油機(jī)械結(jié)構(gòu)狀況成為了設(shè)備維護(hù)的必要前提。目前市面上存在多種檢測(cè)方法，各有特點(diǎn)，但是為了確保檢測(cè)不對(duì)石油的一些精密儀器造成影響，所以不少石油企業(yè)采用無損檢測(cè)的方法進(jìn)行檢測(cè)，超聲波檢測(cè)是無損檢測(cè)的一種，具有成本低，效果好等特點(diǎn)。

1 超聲波概述

1.1 超聲波概念

超聲波是一種特殊頻率的聲波，因?yàn)槿硕淠苈牭降穆曇纛l率在16-20000Hz，而超聲波的頻率在20000Hz以上，所以人耳并不會(huì)聽到超聲波，故此得名。超聲波因?yàn)轭l率高，穿透性強(qiáng)，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，常見應(yīng)用有測(cè)量距離、計(jì)算速度、進(jìn)行高頻率震動(dòng)清潔、破碎、消毒殺菌等，行業(yè)涵蓋了醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)、軍事行業(yè)，具有極大的研究?jī)r(jià)值和生產(chǎn)潛力。

1.2 超聲波檢驗(yàn)原理

超聲波具有超強(qiáng)的頻率，可以應(yīng)用于多領(lǐng)域多行業(yè)，本文主要在超聲波檢測(cè)方面發(fā)展進(jìn)行研究，因?yàn)槌暡l率高，所以根據(jù)波長(zhǎng)越長(zhǎng)頻率越低，波長(zhǎng)越短頻率越高可知，超聲波的波長(zhǎng)較短，因此具有較好的穩(wěn)定性和方向性，其穿透性強(qiáng)這一特點(diǎn)使其可以廣泛用于機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的探測(cè)，其實(shí)質(zhì)是超聲波在0.4MHz-5MHz頻率范圍內(nèi)以波動(dòng)形式在設(shè)備介質(zhì)中進(jìn)行傳播振動(dòng)，有效進(jìn)行設(shè)備探傷、測(cè)距、測(cè)厚、清潔[2]。操作人員通過使用超聲波發(fā)射設(shè)備進(jìn)行定向發(fā)射超聲波，超聲波在設(shè)備中傳播，在經(jīng)過不同材質(zhì)密度時(shí)會(huì)發(fā)生反射和吸收現(xiàn)象，通過捕捉反饋回來的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析，并結(jié)合數(shù)字分析建模技術(shù)，進(jìn)行畫面成像，可以形象鮮明的展現(xiàn)出設(shè)備內(nèi)部情況，這一過程也簡(jiǎn)稱為超聲成像技術(shù)。超聲波在石油機(jī)械設(shè)備方面的檢測(cè)具有很好的效果，因?yàn)槌暡z測(cè)設(shè)備信息后不會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生任何影響，沒有任何的殘留物質(zhì)，是一種無損檢測(cè)，從而使得檢測(cè)效果客觀準(zhǔn)確，并且超聲波隨著頻率的增大其指向性和穩(wěn)定性也越好，大大方便了超聲波對(duì)各種不同材質(zhì)的設(shè)備進(jìn)行研究探測(cè)[3]。

2 石油機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)的重要意義

石油機(jī)械設(shè)備非常精密并且復(fù)雜，在油田前期進(jìn)行設(shè)備裝置，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間參數(shù)調(diào)試，一旦成功投產(chǎn)后，便需要定期進(jìn)行維護(hù)管理，確保其不出任何問題，所以石油機(jī)械設(shè)備檢測(cè)具有重要意義，是石油企業(yè)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修調(diào)整的依據(jù)遵循。

2.1 超聲波無損檢測(cè)能夠避免次生影響

常見的石油機(jī)械設(shè)備檢測(cè)有不少是通過實(shí)驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行分析判斷研究，在檢測(cè)完成后，會(huì)在設(shè)備內(nèi)部殘留試驗(yàn)物質(zhì)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生一定影響，無損檢測(cè)則是通過電波或者聲波進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)設(shè)備物理反應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以在不對(duì)設(shè)備造成任何影響的情況下獲得測(cè)試結(jié)果，沒有殘留物質(zhì)，因此不會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成次生影響。下文主要對(duì)目前主流的無損檢測(cè)方法--超聲波檢測(cè)進(jìn)行分析研究。

2.2 超聲波檢測(cè)能夠準(zhǔn)確探測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況

超聲波檢測(cè)具有穿透性強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)，可以對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行深度探測(cè)，對(duì)大型設(shè)備有較好探測(cè)效果，同時(shí)高頻率高靈敏度可以有效控制探測(cè)方向，并進(jìn)行微米級(jí)別探測(cè)，對(duì)設(shè)備內(nèi)部各個(gè)方位以及設(shè)備各部件的大小和形狀的探測(cè)都較為準(zhǔn)確，結(jié)合警示系統(tǒng)，可以對(duì)設(shè)備缺陷區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)示警，非常適合檢測(cè)精密設(shè)備的運(yùn)行狀況。同時(shí)超聲波檢測(cè)儀技術(shù)成熟，市場(chǎng)規(guī)模大，具體操作簡(jiǎn)單，使用成本較低。

3 如何利用超聲波進(jìn)行無損檢測(cè)

3.1 超聲波信號(hào)發(fā)射

超聲波信號(hào)有特制的超聲波儀器發(fā)出，是具有大功率的信號(hào)發(fā)生設(shè)備，通過作用于超聲波換能器，把電能轉(zhuǎn)換成與高頻交流震蕩波，形成脈沖信號(hào)波，這種波根據(jù)傳播方向可以分為，橫向波和縱向波，由于縱向波特性，可以輕易穿過任何介質(zhì)，包括液體和氣體，而橫波只能傳播在固體中，因此縱向波應(yīng)用較為廣泛，不同種類的波在相同介質(zhì)下傳播速度也不相同，一般來說縱向波傳播速度較快，是橫波的1.8倍。在進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，通常使用的脈沖信號(hào)時(shí)間寬度為（10E-6s）0.625μs和1μs，頻率一般調(diào)整為1MHz，通過實(shí)踐測(cè)試，對(duì)穿透和頻率進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，并實(shí)際應(yīng)用到石油設(shè)備精密機(jī)械結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)過程中，達(dá)到更好的檢測(cè)效果。

3.2 超聲波檢測(cè)出的設(shè)備裂紋問題處理

首先要通過計(jì)算機(jī)對(duì)GPIB電纜、信號(hào)發(fā)生器以及數(shù)字示波器進(jìn)行連接，然后通過信號(hào)發(fā)生器發(fā)射超聲波，數(shù)字示波器分析數(shù)據(jù)，由電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸，通過計(jì)算機(jī)最終分析完成檢測(cè)過程，

在檢測(cè)過程中一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)裂紋問題時(shí)，需要首先判斷裂紋性質(zhì)，大小和形狀，結(jié)合實(shí)際情況分析其對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響，通過橫波可以在固體傳播的特性，進(jìn)行位置探測(cè)，在橫波遇見裂縫時(shí)，超聲波會(huì)出現(xiàn)信號(hào)變動(dòng)，計(jì)算機(jī)通過傳感器詳細(xì)記錄其發(fā)生變化位置，確定裂紋的位置，為之后的設(shè)備維修維護(hù)提供具體參考。

3.3 超聲波信號(hào)放大識(shí)別

超聲波信號(hào)在不斷探測(cè)中，會(huì)發(fā)生反射吸收，因此接收器在接受不經(jīng)過處理的超聲信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大雜波干擾，給信號(hào)識(shí)別帶來一定的困難，所以在接收器接受信號(hào)前會(huì)利用放大器設(shè)備對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行放大，通過對(duì)這些放大后的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析，獲取準(zhǔn)確探測(cè)的效果。目前市面上存在著不同類型放大器，其原理略有不同，功能略有差異，早期使用電子管做放大器件，現(xiàn)在則普遍采用晶體管，例如EPA-104型號(hào)放大器、ATA-2000系列高壓放大器等。只有規(guī)范操作設(shè)備才能有效保障超聲波信號(hào)放大后的效果，為石油機(jī)械設(shè)備探測(cè)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

油田機(jī)械設(shè)備管理與維護(hù)是應(yīng)用與發(fā)展，作為油田企業(yè)管理中的重要環(huán)節(jié)，其運(yùn)行效能直接決定了油田企業(yè)降本提效的成果。如果因?yàn)槿粘＞S護(hù)不到位導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，將對(duì)石油開采造成嚴(yán)重影響。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，檢測(cè)手段也越發(fā)地豐富。在無損檢測(cè)中，超聲波檢測(cè)由高操作、低成本而廣泛應(yīng)用，對(duì)石油精密設(shè)備內(nèi)部的裂縫、缺陷、腐蝕等問題能夠有效探測(cè)，設(shè)備輕巧、靈活、準(zhǔn)確度高，市場(chǎng)發(fā)展前景良好。油田機(jī)械設(shè)備管理與維護(hù)的升級(jí)是一系統(tǒng)化問題，需在多效渠道地共同促成中才可有效實(shí)現(xiàn)。目前超聲波在推廣上還有不少發(fā)展?jié)摿?，石油機(jī)械探測(cè)領(lǐng)域有必要對(duì)超聲波探測(cè)進(jìn)行深入研究，并在資金、人才方面予以支撐，以便于更好的將超聲波探測(cè)方法應(yīng)用到更多的設(shè)備探測(cè)中，助推石油行業(yè)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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