一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统的制作方法

本发明属于超声探伤监测，具体涉及一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统。

背景技术：

1、作为一种传输高温、高压液体及气体的承载工具，厚壁管在电力、石油、化工等领域广泛应用。以火力发电为例，厚壁管是火电机组管道系统的核心部件。为提高火力发电效率，需要提高蒸汽的压力和温度，因此，电站蒸汽管道需采用能承受很高蒸汽压力和温度的厚壁管。然而，厚壁管在从毛坯到成型的过程中，可能会产生缺陷，如疏松、缩孔等。同时，由于长期在高温、高压的环境中运行，因材料产生蠕变、蜕化及应力松弛等原因，厚壁管中易出现的热疲劳损伤、腐蚀和局部减薄等缺陷。在运行过程中，这些缺陷极易扩大并可能导致管体爆裂、泄漏等严重事故。因此，需要开展厚壁管无损检测技术的研究，它对于预防事故、维护生产安全运行具有重要的意义。

2、目前，国内外学者对厚壁管无损检测方法开展了大量卓有成效的研究。厚壁管常用的无损检测方法有：磁粉检测、渗透检测、射线检测、漏磁检测和超声检测。磁粉检测和渗透检测主要应用于厚壁管的表面检测，射线检测、漏磁检测和超声检测的穿透深度较大，可用于厚壁管的整体检测。但是，射线检测对人体具有危害性，漏磁检测则要求被检管道必须是铁磁性材料。

3、超声检测技术因具有检测灵活，既能用于结构内部缺陷检测又能用于表面缺陷检测等特点，而备受无损检测工程技术人员的青睐。利用不同的检测模式，国内外学者对厚壁管超声无损检测方法开展了大量卓有成效的研究。例如，在探头入射角小于第一临界角的范围内，将折射纵波斜射到钢管外壁产生的变型横波用于厚壁管内壁纵向裂纹检测；将斜探头产生的周向导波用于厚壁管缺陷检测，可以实现周向整个厚度范围厚壁管检测。但该方法难以实现管道中周向裂纹检测；另外利用纵波检测面积型缺陷，利用横波检测内外壁横向缺陷和外壁纵向缺陷检测，并通过进给装置控制检测系统的进给，实现对厚壁管道的整体检测，但该方法难以实现内壁纵向缺陷检测。整体来看，目前尚无针对运行中高温管道在线精准监测其外径的方案，且透过性超声检测在现场面临布置探头时选取安装位置困难的实际问题。

技术实现思路

1、本发明的目的针对运行中高温管道在线施工测量，提出一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统。

2、一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，包括：核心控制系统、声时测量模组、表面波声时数据采集模块、超声波声时-管径模型建立及数据处理模组；其特征在于，核心控制系统提供系统基本软件、硬件功能；声时测量模组前端连接超声换能器，对超声换能器所输出的电信号进行接收和测量，测量超声表面波在工件内部的声时；超声波传播声时数据采集模块对所测量出的声时进行数据采集及信号转换；超声表面波声时-管径模型建立及数据处理模组将采集到的声时数据代入至超声表面波声时-管径模型进行计算，得出管径值。

3、本发明的有益效果是：

4、与现有技术相比，本发明设计了一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，通过预建模，利用表面波表时数据获取管径，实现对在役运行部件的现场检测与监测。

技术特征：

1.一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，包括：核心控制系统、声时测量模组、表面波声时数据采集模块、超声波声时-管径模型建立及数据处理模组；其特征在于，核心控制系统提供系统基本软件、硬件功能；声时测量模组前端连接超声换能器，对超声换能器所输出的电信号进行接收和测量，测量超声表面波在工件内部的声时；超声波传播声时数据采集模块对所测量出的声时进行数据采集及信号转换；超声表面波声时-管径模型建立及数据处理模组将采集到的声时数据代入至超声表面波声时-管径模型进行计算，得出管径值。

2.根据权利要求1所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,超声表面波声时-管径模型建立及数据处理模组包括超声表面波声时-管径模型建立模块和超声表面波声时-管径计算及数据处理模块；

3.根据权利要求1所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,系统还包括：传播声时数据存储模块，负责保存超声表面波在工件内的声时数据及经计算得出的管径。

4.根据权利要求3所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,传播声时数据存储模块配有系统数据库用于储存各项数据；系统数据库不仅存储测量的声时和计算的管径，还对正常工况下所接受的安全管径范围值进行手动输入及存储。

5.根据权利要求3所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,传播声时数据存储模块中还配有数据备份模块，对测量和分析处理后数据进行拷贝备份，且系统数据库和数据备份模块中的数据能够通过网络通信的方式上传到云端数据库。

6.根据权利要求3所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,传播声时数据存储模块中还配有数据加密模块，配合系统登录模组实现对数据的封存和保护。

7.根据权利要求4所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,系统还包括：系统报警模块、传播声时数据对比模块；传播声时数据对比模块通过核心控制系统获取计算得出管径值与安全管径范围值，进行对比，如超出安全管径范围，则利用系统报警模块输出报警信息。

8.根据权利要求3所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,系统还包括：数据传输模块、控制终端，核心控制系统、数据传输模块构成信号传输系统，将数据通过有线或无线网络传输到远程控制终端。

9.根据权利要求3所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,系统还包括：控制系统登录模组，用于验证用户登录，通过输入自定的账号密码经核心控制系统核验后方可对系统进行操作和数据调用。

10.根据权利要求8所述一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，其特征在于,控制终端包括固定端或移动端设备。

技术总结
一种基于表面波在线监测高温管道外径的超声系统，包括：核心控制系统、声时测量模组、表面波声时数据采集模块、超声波声时‑管径模型建立及数据处理模组；核心控制系统提供系统基本软件、硬件功能；声时测量模组前端连接超声换能器，对超声换能器所输出的电信号进行接收和测量，测量超声表面波在工件内部的声时；超声波传播声时数据采集模块对所测量出的声时进行数据采集及信号转换；超声表面波声时‑管径模型建立及数据处理模组将采集到的声时数据代入至超声表面波声时‑管径模型进行计算，得出管径值；通过预建模，利用表面波表时数据获取管径，实现对在役运行部件的现场检测与监测。

技术研发人员：孙璞杰,张浩,王鹏,吕梓扬,侯召堂,王宗宇,林星豪,高磊,刘明钦,高延忠
受保护的技术使用者：华能（福建）能源开发有限公司福州分公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20