相控阵超声检测（PAUT）技术在油气管道排查中的应用.pdf

相控阵超声检测（PAUT）技术在油气
管道排查中的应用

摘要：以中缅线云南油气管道排查实际情况为基础，分析阐述相控阵超声检

测技术在长输油、气管道焊缝质量检测中的优势

关键词：长输油气管道；焊缝；相控阵超声；无损检测

1.

引言

石油天然气是大自然赐给我们的宝贵财富，是人类生存发展中不可或缺且不
可再生的资源。大到飞机汽车，小到家里做饭，都离不开石油天然气，国家为了
合理利用石油天然气资源，在全国范围内建造了许多埋地管道用于输送这些资源，

如著名的西气东输工程。

然而近年来石油天然气管道焊缝质量问题频发，如2017年贵州省晴隆县发
生一起天然气管道爆炸造成8人死亡，35人受伤。2018年6月10日，中石油天
然气输气管道贵州晴隆县沙子镇三合村蒋坝营处发生燃爆，现场火光冲天，受伤
人数24人。石油管道虽无爆炸事件，但也出现过漏油渗油的情况，给国家带来
的经济损失，给环境带来的污染也不容忽视。其中原因，有自然原因造成的，如
地震，山体滑坡等，但更多的也是在管道在建过程中对焊缝质量把控不严，施工
方焊接水平的参差不齐，无损检测人员责任心不强，漏评的情况也时有发生，原
底片的保管也很成问题，很多焊口的原片甚至都找不到了，这就对整条管线的安
全评估造成了困难。对于这种情况，国家下令中石油、中石化组织对存疑焊口进

行开挖排查验证，由于在役管道中存在介质，常规射线检测（RT）已经无法满足
检测要求。相控阵技术作为一种对存在介质的管道焊缝独具优势的无损检测方法，
开始被应用到在役管道开挖验证的检测方法中来。本文以中缅线石油天然气管道
开挖验证无损检测的实践情况为基础，介绍相控阵超声技术在油气管道焊缝检测

中的具体应用情况。

1.

相控阵超声技术介绍

1.

相控阵超声技术原理

相控阵超声技术，简称PAUT，基本原理同常规超声波探伤（UT）的一致，也
是基于脉冲反射法而来的，是通过电子系统控制换能器阵列中的各个阵元，按照
一定的延迟时间规则发射和接收超声波，从而动态控制超声束在工件中的偏转和

聚焦来实现材料的无损检测方法

相控阵超声应用许多的单元换能器来产生和接收超声波波束。通常在一维或
多维上排列若干单元换能器组成阵列，利用事先设计确定好的各自独立的发射和
时间延迟电路来依次激励一个或几个单元换能器，产生具有可控的人为预定的确
定相位的声波，所有单元换能器在检测对象中产生的超声声场相互干涉迭加，从

而得到预先希望的波束入射角度和焦点位置，形成发射聚焦或声束偏转等效果；

换能器发射的超声波遇到目标后产生回波信号，其到达各阵元的时间存在差
异，按照回波到达各阵元的时间差对各阵元接收信号进行延时补偿，然后相加合
成，就能将特定方向回波信号叠加增强，而其它方向的回波信号减弱甚至抵消，
同时，通过各阵元的相位、幅度控制以及声束形成等方法，形成聚焦、变孔径、

变迹等多种相控效果。

1.

相控阵超声技术发展情况

相控阵超声技术已有近2O年的发展历史，初期主要应用于医疗领域，医学
超声成像中。由于系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等原因，

使其在工业无损检测中的应用受限制。
近年来，相控阵超声技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的
重视。由于压电复合材料、纳秒级脉冲信号控制、数据处理分析、软件技术和计
算机模拟等多种高新技术在超声相控阵成像领域中的综合应用，使得相控阵超声

检测技术得以快速发展，逐渐应用于工业无损检测。

相控阵超声检测系统是通过电子技术来实现声束的扫查方向和聚焦深度的控
制，可以以同一个探头来实现不同壁厚、不同材质管道焊缝的检测任务，克服了

常规多探头自动超声检测系统调整难度大和探头适应范围窄以及设备沉重的缺点。

相控阵技术目前在国内开始只在西气东输工程，在航空系统和核工业系统等

一些部门有少量的应用；

西气东输：2000年9月在青海湖畔的实验段中，引进的PipeWIZARD相控阵
全自动超声检测系统。2001年，从西气东输一标段的实验段，截至一标段主体管
线完工时，实际检测了焊缝6919道，其结果和射线底片结果的符合率达80％以
上，还检出了大量在射线底片上不明显的未熔合缺陷；现在已在石化、核电、船

舶、机械等行业大量应用。

1.

相控阵超声技术的优点

（1）探头尺寸更小；

（2）检测难以接近的部位；

（3）检测速度快，检测灵活性更强；

（4）可实现对复杂结构件和盲区位置缺陷的检测；

（5）通过局部晶片单元组合对声场控制，可实现高速电子扫描，对试件进

行高速，全方位和多角度检测；波

（6）探头更少，机械部分少

三、中缅线云南段油、气管道概况
中缅线云南段油气管道主要分布在瑞丽-德宏-大理-昆明，是由外径1016mm，
壁厚范围在