專利名稱：一種管道壁厚的檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波檢測(cè)技術(shù)，具體為一種利用超聲波技術(shù)測(cè)量管道壁厚，特別是高溫高壓管道壁厚的檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，國(guó)際專利主分類號(hào)擬為Int.Cl.G01B 7/00(2006.01)。
背景技術(shù)：
管道壁厚涉及其應(yīng)用的安全性，因此無(wú)論是在生產(chǎn)過(guò)程還是使用過(guò)程中，管道壁厚的檢測(cè)都具有重要意義。相對(duì)而言，使用過(guò)程中的管道壁厚檢測(cè)具有更重要的意義，且技術(shù)難度更大。
腐蝕檢測(cè)是一種管道壁厚的檢測(cè)方法，它可間接地實(shí)現(xiàn)管道壁厚的測(cè)量，例如利用化學(xué)成分分析儀檢測(cè)腐蝕系統(tǒng)的腐蝕物的含量及累積含量，但其測(cè)量結(jié)果往往只能對(duì)應(yīng)腐蝕的總量或平均量，很難對(duì)應(yīng)于管道局部壁厚的變化。另外一種可間接測(cè)量管道壁厚的方法是電阻腐蝕探針?lè)?，它利用探針與管壁的等長(zhǎng)度腐蝕并測(cè)量探針的電阻變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)管道壁厚的在線測(cè)量。然而安裝探針需要在管道上開(kāi)孔，而需要檢測(cè)的部位又多為彎頭、三通等特殊部位，開(kāi)孔并安裝探針多有不便，同時(shí)對(duì)于高壓管道，開(kāi)孔也會(huì)對(duì)其強(qiáng)度造成一定的負(fù)面影響。
另一類典型的管道壁厚測(cè)量方法是利用超聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)的方法。該方法成熟可靠，但對(duì)于高溫管道的檢測(cè)則需在管道壁厚的測(cè)點(diǎn)位置設(shè)置保溫盒，測(cè)量時(shí)打開(kāi)保溫盒，比較麻煩，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)高溫管道壁厚的測(cè)量，還需要價(jià)格較貴的高溫探頭和高溫耦合劑。
中國(guó)專利CN2235603Y提出了一種綜合利用超聲波測(cè)厚原理及腐蝕探針原理的管道壁厚測(cè)量方法，并用于高溫爐襯厚度的在線檢測(cè)中。該方法的金屬測(cè)量桿代替探針插入高溫爐襯隨爐襯一同腐蝕，利用超聲波探頭測(cè)量測(cè)桿的長(zhǎng)度變化，進(jìn)而得到爐襯厚度的變化，然而這一方法同樣不能直接應(yīng)用于高溫高壓管道的壁厚檢測(cè)上，主要原因仍然是高壓管道的開(kāi)孔問(wèn)題。
多項(xiàng)美國(guó)專利(US4783997、US7080556、US5951163)提出了利用超聲波緩沖桿(Buffer Rod)測(cè)量高溫物體的方法。該方法主要用來(lái)檢測(cè)管道或設(shè)備中的高溫流體，緩沖桿主要用作超聲導(dǎo)波桿，并提出涂層可有效減少超聲波的蔓延回聲(trailing echoes)，提高信噪比，同時(shí)提出具有錐度的緩沖桿具有更佳的導(dǎo)波性能。但這些方法提出的緩沖桿有的需要探入容器內(nèi)部才能對(duì)設(shè)備內(nèi)的高溫流體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也涉及開(kāi)孔問(wèn)題；有的則需要在緩沖桿與高溫物體間增加特殊的耦合裝置才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種管道壁厚的檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。該檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于應(yīng)用；該檢測(cè)方法不需要在被測(cè)管道壁上打孔，既不影響管道的強(qiáng)度，又能利用一般超聲波探頭及耦合劑進(jìn)行管道壁厚檢測(cè)，特別是高溫高壓管道壁厚的檢測(cè)，且檢測(cè)準(zhǔn)確，操作方便，成本低廉。
本發(fā)明解決所述檢測(cè)裝置技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種管道壁厚的檢測(cè)裝置，它包括信號(hào)采集裝置和超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)采集裝置包括測(cè)量桿和階梯形超聲波探頭，在測(cè)量桿的一端用螺釘固裝有探頭定位塊，探頭定位塊開(kāi)有探頭孔；超聲波探頭的大直徑端安裝在所述的探頭孔中，并與測(cè)量桿的端面貼合；探頭壓緊塊采用螺紋方式安裝在探頭定位塊上，探頭壓緊塊開(kāi)有中心階梯孔，其內(nèi)安裝有彈簧，彈簧的一端安裝在所述的中心階梯孔內(nèi)，另一端安裝在超聲波探頭的階梯臺(tái)上，并將探頭的大直徑端壓緊貼合在與測(cè)量桿的接觸端面上；超聲波探頭的小直徑端穿過(guò)彈簧，伸出在探頭壓緊塊之外；所述測(cè)量桿的另一端用于安裝在被檢測(cè)的管道上。
本發(fā)明解決所述檢測(cè)方法技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種管道壁厚的檢測(cè)方法，該方法采用超聲波檢測(cè)技術(shù)，包括使用測(cè)量桿和超聲波探頭，其特征在于該檢測(cè)方法采用本發(fā)明所述的管道壁厚檢測(cè)裝置，且設(shè)計(jì)所述檢測(cè)裝置的測(cè)量桿材料與被測(cè)管道的材料相同，并把該測(cè)量桿的一端直接垂直焊接在被測(cè)管道的管壁檢測(cè)點(diǎn)上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明管道壁厚的檢測(cè)裝置使用的零部件少，測(cè)量桿無(wú)需特殊材料，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于推廣應(yīng)用；本發(fā)明管道壁厚的檢測(cè)方法因?yàn)闊o(wú)需在管道檢測(cè)部位開(kāi)孔，因此工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；因?yàn)椴婚_(kāi)孔，不會(huì)影響管道的強(qiáng)度，也無(wú)需設(shè)置保溫盒、無(wú)需高溫探頭與高溫耦合劑，因此特別適用于高溫高壓管道壁厚的檢測(cè)，并且成本低廉，操作方便，益于工業(yè)化使用。


圖1是本發(fā)明(高溫高壓)管道壁厚的檢測(cè)裝置一種實(shí)施例的整體形狀結(jié)構(gòu)示意圖；它也部分表示了本發(fā)明(高溫高壓)管道壁厚的檢測(cè)方法；圖2是本發(fā)明(高溫高壓)管道壁厚的檢測(cè)裝置一種實(shí)施例的探頭壓緊塊形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明設(shè)計(jì)的管道壁厚檢測(cè)裝置(簡(jiǎn)稱檢測(cè)裝置，參見(jiàn)圖1、2)，它包括信號(hào)采集裝置和超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)采集裝置包括測(cè)量桿5和階梯形超聲波探頭(簡(jiǎn)稱探頭)10，在測(cè)量桿5的一端用沉頭螺釘8固裝有探頭定位塊7，探頭定位塊7開(kāi)有探頭孔14；超聲波探頭10的大直徑端安裝在所述的探頭孔14中，并與測(cè)量桿5的一個(gè)端面(圖1所示為上端面)貼合；探頭壓緊塊9采用螺紋方式安裝在探頭定位塊7上，探頭壓緊塊9開(kāi)有中心階梯孔15，其內(nèi)安裝有彈簧11，彈簧11的一端安裝在所述中心階梯孔15內(nèi)的階梯臺(tái)上，另一端安裝在所述探頭10的階梯臺(tái)上，并將探頭10的大直徑端壓緊貼合在與測(cè)量桿5的接觸端面上；所述探頭10的小直徑端(即引線端)穿過(guò)彈簧11，伸出在探頭壓緊塊9之外；所述測(cè)量桿5的另一端用于安裝在被檢測(cè)的管道上。所述測(cè)量桿5實(shí)施例采用圓柱體設(shè)計(jì)。本發(fā)明的測(cè)量桿5也可以采用圓錐臺(tái)體設(shè)計(jì)。這種測(cè)量桿5根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的提示，會(huì)有較好的檢測(cè)效果。
本發(fā)明的檢測(cè)裝置的進(jìn)一步特征在于所述測(cè)量桿5的中部外套有冷卻組件，包括一個(gè)套筒4及與其兩端配套的端蓋2和壓蓋1，在壓蓋1和端蓋2之間放置密封圈3，端蓋2與套筒4焊接，擰緊壓蓋1可實(shí)現(xiàn)冷卻組件的密封及軸向定位；套筒4的筒壁上設(shè)置冷卻水的進(jìn)水管接口6和出水管接口6’；冷卻組件與外接的冷卻水管路循環(huán)系統(tǒng)(圖中沒(méi)畫出)組成測(cè)量桿5的冷卻裝置。所述的冷卻水循環(huán)使用，利用循環(huán)冷卻水對(duì)測(cè)量高溫高壓管道時(shí)的測(cè)量桿5進(jìn)行冷卻。外接的冷卻水管路循環(huán)系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)。這種帶有冷卻裝置的檢測(cè)裝置特別適用于高溫高壓管道壁厚的檢測(cè)。
本發(fā)明所述的冷卻裝置為可拆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且可根據(jù)被測(cè)管道13的溫度高低、循環(huán)冷卻水的溫度等，更換適當(dāng)長(zhǎng)度的套筒4，以使冷卻裝置獲取適當(dāng)?shù)膫鳠崦娣e。當(dāng)然，所述測(cè)量桿5也應(yīng)在滿足在測(cè)厚范圍的前提下適當(dāng)加長(zhǎng)。此外，所述冷卻裝置的安裝位置可沿測(cè)量桿5的軸向適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)管道保溫層12厚度的需要。
本發(fā)明的冷卻裝置由于需從測(cè)量桿5端部裝入，因此測(cè)量桿5端部與探頭10的貼合，不能直接采用螺紋壓蓋壓緊探頭(如CN2235603Y文獻(xiàn)中描述的那樣)，因此增加了探頭定位塊7。探頭定位塊7先與測(cè)量桿5端部靠沉頭螺釘8定位固定連接，然后再利用探頭壓緊塊9及彈簧11壓緊探頭10。
本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)了一種管道壁厚的檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法采用超聲波檢測(cè)技術(shù)，包括使用測(cè)量桿5和超聲波探頭10，其特征在于該檢測(cè)方法采用本發(fā)明所述的管道壁厚檢測(cè)裝置，且設(shè)計(jì)所述檢測(cè)裝置的測(cè)量桿5材料與被測(cè)管道13的材料相同，并把該測(cè)量桿5的一端(沒(méi)有安裝探頭定位塊7等零部件的光頭端)直接垂直焊接在被測(cè)管道13的管壁檢測(cè)點(diǎn)上。所述的利用超聲波檢測(cè)管道的厚度本身為現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明檢測(cè)方法采用本發(fā)明檢測(cè)裝置時(shí)，所述測(cè)量桿5的下端(光頭端)是直接焊接在被測(cè)管道的管壁檢測(cè)點(diǎn)或部位的，焊接材料及焊接工藝應(yīng)保證測(cè)量桿5與被測(cè)管道管壁部位全焊透，尤其是測(cè)量桿5的中心部位。由于測(cè)量桿5選用的材料與被測(cè)物體相同，因此焊接質(zhì)量易于保證。
本發(fā)明檢測(cè)方法在檢測(cè)時(shí)，在所述探頭10與測(cè)量桿5的貼合面上要涂覆高粘度耦合劑。所述的高粘度耦合劑是指凡士林、黃油和甘油等。這些高粘度的耦合劑是為了壁厚在線檢測(cè)時(shí)便于探頭10與測(cè)量桿5端面長(zhǎng)期耦合而選用的，均是常用耦合劑，并非特殊的耦合劑(如高溫耦合劑)，因此成本低，適應(yīng)性好，易于應(yīng)用。此外，選用高粘度耦合劑還便于本發(fā)明檢測(cè)方法在不同空間位置測(cè)量管道壁厚的需要。
為了提高測(cè)量桿5的信噪比，本發(fā)明可在測(cè)量桿5的表面噴涂覆層材料。所述的覆層材料是指在測(cè)量桿5表面用熱噴涂的方式噴涂一層功能材料，該覆層材料與測(cè)量桿5材料應(yīng)具有相近的聲阻，不同的聲速，如碳鋼測(cè)量桿5的表面可噴涂不銹鋼涂層。
本發(fā)明方法的設(shè)計(jì)原理是使不易直接接觸的被測(cè)物體(特別是高溫高壓管壁)產(chǎn)生突出物，且使突出物成為被測(cè)物體的一部分；該突出部分厚度(長(zhǎng)度)已知，同時(shí)該突出部分又能被冷卻并成為易于接觸的表面。為此本發(fā)明檢測(cè)方法設(shè)計(jì)測(cè)量桿5的材料與被測(cè)管道材料相同，并直接焊接在高溫高壓管道13的管壁檢測(cè)部位上，且對(duì)測(cè)量桿5進(jìn)行同時(shí)冷卻，因此本發(fā)明檢測(cè)方法就可以利用一般的超聲波探頭及耦合劑較好地實(shí)現(xiàn)特別是對(duì)高溫高壓管道壁厚的測(cè)量(包括在線檢測(cè))。
還應(yīng)當(dāng)指出，在常溫管道檢測(cè)時(shí)，本發(fā)明裝置及方法同樣可行。此時(shí)，不需設(shè)置冷卻裝置。此外，本發(fā)明還適用于溫度雖然不高但壓力很大等危險(xiǎn)及不易近距離接觸的管道在線檢測(cè)場(chǎng)合。
本發(fā)明檢測(cè)方法與所述測(cè)量桿5選擇的材料有關(guān)，因?yàn)槌暡ǖ膫鞑ニ俣热Q于測(cè)量桿5選擇的材料。在檢測(cè)時(shí)，通過(guò)測(cè)量?jī)x器對(duì)本發(fā)明制作的測(cè)量桿5的材料進(jìn)行標(biāo)定，定出超聲波的速度后，在測(cè)量?jī)x器上即可直接測(cè)出被測(cè)量對(duì)象的總長(zhǎng)度(即總厚度)。
(高溫高壓)管道13的壁厚H可按下述公式(1)計(jì)算H＝L-h其中，L為測(cè)量桿5的長(zhǎng)度與被測(cè)管道13壁厚的總厚(長(zhǎng))度h為測(cè)量桿5的長(zhǎng)度。
很明顯，將總長(zhǎng)度L去掉已知的測(cè)量桿5的長(zhǎng)度h之后，所得到的就是所需要的被測(cè)管道13的壁厚。
本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明不受實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1將測(cè)量桿5的下端部焊接在一塊平面圓板(模擬管道)上，測(cè)量桿5與圓板均采用20鋼為原料制作，測(cè)量桿5的直徑19mm，長(zhǎng)度150mm，表面噴涂1Cr18Ni9Ti不銹鋼涂層，涂層厚度0.5mm。經(jīng)過(guò)標(biāo)定，選定超聲波的速度為5800米/秒；采用精密卡尺測(cè)量所選用的圓板厚度為15.7毫米，用相同材質(zhì)的焊條將測(cè)量桿5焊在圓板上，焊后測(cè)量桿上端面至圓板上表面的距離為151.4mm(含1.4mm的焊縫)。用沉頭螺釘8將探頭定位塊7固定在測(cè)量桿5端部的4～6毫米處，探頭10放在探頭定位塊7的中心階梯孔15中，并與測(cè)量桿5的上端部貼合。探頭壓緊塊9采用螺紋固定在探頭定位塊7上，固定在探頭壓緊塊9上的彈簧11將探頭10壓緊貼合在測(cè)量桿5的上端面上。
采用超聲波測(cè)厚儀測(cè)得總長(zhǎng)度L為167.2mm，而測(cè)量桿5的長(zhǎng)度h已知為151.4mm，根據(jù)公式(1)，因此可得知圓板厚度(管道壁厚)H為15.8毫米，與原始測(cè)量數(shù)據(jù)僅誤差0.1mm。
實(shí)施例2以實(shí)施例1為基礎(chǔ)，并在測(cè)量桿5的中部安裝冷卻組件；其套筒5為外徑57mm，壁厚3.5mm的無(wú)縫鋼管，配置端蓋2和壓蓋1，并在套筒5的筒壁上設(shè)置冷卻水的進(jìn)水管接口6和出水管接口6’，且外接冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，冷卻長(zhǎng)度設(shè)計(jì)50mm；通入冷卻水后，利用電加熱將所述圓板加熱至500℃，冷卻水流量25m3/h，此時(shí)測(cè)得測(cè)量桿5的端面溫度為40℃；為了標(biāo)定該溫度環(huán)境下系統(tǒng)的聲速，調(diào)定聲速，使所測(cè)的H值為15.7mm(余同實(shí)施1)。然后對(duì)具有相同尺寸焊接的測(cè)量桿，但圓板厚為19.5mm的另一套檢測(cè)裝置等同地安裝水循環(huán)冷卻系統(tǒng)及加熱系統(tǒng)，實(shí)施過(guò)程和條件同上，測(cè)得圓板厚度為19.6mm，與原始測(cè)量數(shù)據(jù)也僅誤差0.1mm。
權(quán)利要求
1.一種管道壁厚的檢測(cè)裝置，它包括信號(hào)采集裝置和超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)采集裝置包括測(cè)量桿和階梯形超聲波探頭，在測(cè)量桿的一端用螺釘固裝有探頭定位塊，探頭定位塊開(kāi)有探頭孔；超聲波探頭的大直徑端安裝在所述的探頭孔中，并與測(cè)量桿的端面貼合；探頭壓緊塊采用螺紋方式安裝在探頭定位塊上，探頭壓緊塊開(kāi)有中心階梯孔，其內(nèi)安裝有彈簧，彈簧的一端安裝在所述的中心階梯孔內(nèi)，另一端安裝在超聲波探頭的階梯臺(tái)上，并將探頭的大直徑端壓緊貼合在與測(cè)量桿的接觸端面上；超聲波探頭的小直徑端穿過(guò)彈簧，伸出在探頭壓緊塊之外；所述測(cè)量桿的另一端用于安裝在被檢測(cè)的管道上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道壁厚的檢測(cè)裝置，其特征在于所述測(cè)量桿的中部外套有冷卻組件，包括一個(gè)套筒及與其兩端配套的端蓋和壓蓋，在壓蓋和端蓋之間放置密封圈，端蓋與套筒焊接，擰緊壓蓋可實(shí)現(xiàn)冷卻組件的密封及軸向定位；套筒的筒壁上設(shè)置冷卻水的進(jìn)水管接口和出水管接口；冷卻組件與外接的冷卻水管路循環(huán)系統(tǒng)組成測(cè)量桿的冷卻裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管道壁厚的檢測(cè)裝置，其特征在于所述測(cè)量桿為圓柱體。
4.一種管道壁厚的檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法采用超聲波檢測(cè)技術(shù)，包括使用測(cè)量桿和超聲波探頭，其特征在于該檢測(cè)方法采用權(quán)利要求1或2所述的管道壁厚檢測(cè)裝置，且設(shè)計(jì)所述檢測(cè)裝置的測(cè)量桿材料與被測(cè)管道的材料相同，并把該測(cè)量桿的一端直接垂直焊接在被測(cè)管道的管壁檢測(cè)點(diǎn)上。
5.一種管道壁厚的檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法采用超聲波檢測(cè)技術(shù)，包括使用測(cè)量桿和超聲波探頭，其特征在于該檢測(cè)方法采用權(quán)利要求3所述的管道壁厚檢測(cè)裝置，且設(shè)計(jì)所述檢測(cè)裝置的測(cè)量桿材料與被測(cè)管道的材料相同，并把該測(cè)量桿的一端直接垂直焊接在被測(cè)管道的管壁檢測(cè)點(diǎn)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管道壁厚的檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。該檢測(cè)裝置包括信號(hào)采集裝置和超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于信號(hào)采集裝置包括測(cè)量桿和階梯形超聲波探頭，在測(cè)量桿的一端固裝開(kāi)有探頭孔的探頭定位塊；探頭的大直徑端安裝在探頭孔中，并與測(cè)量桿的端面貼合；開(kāi)有中心階梯孔的探頭壓緊塊安裝在探頭定位塊上，探頭壓緊塊內(nèi)安裝有彈簧，彈簧的一端安裝在所述的中心階梯孔內(nèi)，另一端安裝在探頭的階梯臺(tái)上，并將探頭的大直徑端壓緊貼合在與測(cè)量桿的接觸端面上；探頭的小直徑端穿過(guò)彈簧，伸出在探頭壓緊塊之外；測(cè)量桿的另一端用于安裝在被檢測(cè)的管道上；該檢測(cè)方法特征在于它采用本發(fā)明所述的管道壁厚檢測(cè)裝置，且設(shè)計(jì)所述測(cè)量桿材料與被測(cè)管道的材料相同，并把該測(cè)量桿的一端直接垂直焊接在被測(cè)管道的管壁檢測(cè)點(diǎn)上。
文檔編號(hào)G01B17/02GK101050953SQ20071005742
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者高炳軍, 趙斌, 蘇秀蘋, 李金紅, 赤俊祥, 何燕, 張雅超, 張國(guó)勇 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)