[发明专利]一种基于超声波测量管道周长的系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波测量管道周长的系统及方法，包括测量试块、超声波发射换能器、超声波接收换能器、测量仪器及定位块；超声波发射换能器及超声波接收换能器与测量仪器相连接；在测试阶段，超声波发射换能器及超声波接收换能器均位于测量试块上，且超声波发射换能器及超声波接收换能器相接触；在测量时，超声波发射换能器位于定位块的一侧，超声波接收换能器位于定位块的另一侧，定位块的端部贴合于待测管道上，该系统及方法能够快速、准确测量管道的周长。

技术领域

本发明属于超声测量领域，涉及一种基于超声波测量管道周长的系统及方法。

背景技术

高温承压管道作为电力和石油化工行业的能量或能源传输通道被广泛应用，此类管道因为承载高温高压介质，因而其安全状态在工业生产活动中尤为重要。管道的实际周长可以直接反映其管壁材料的蠕变情况进而反映管道的剩余寿命和安全性，因此精确测量的高温承压管道的实际周长具有广泛的应用场景和实际意义。

在管道的蠕变测量方法中，目前常用的有千分尺法和钢带尺法。千分尺法是用千分尺测量带有蠕变测点的监测截面直径的方法，蠕变测点焊接固定于管道外表面上的直径两端，用来实现在某一监测截面相同位置上的测量。钢带尺法是用室温下膨胀系数接近零的合金制作的带有刻度的钢带尺紧贴管道外表面一周读取周长的方法，该方法需要在管道外壁作出两圈互相平行的标记来实现某一监测截面相同位置上的测量。

首先，上述两种方法的测量精确度较难满足蠕变监测的需要。管道的蠕变在度过快速蠕变阶段后进入漫长的均匀蠕变阶段，在此阶段变形量很小，而绝大多数蠕变监测都是在均匀蠕变阶段进行，而设备现场的实际测量条件一般较难达到精确测量的要求，甚至出现周长或管径变小、相同服役环境个别截面蠕变异常偏离等情况。另外，为提高介质传输效率保障安全，此类管道通常由保温层包覆或埋地，而千分尺法需要埋地管道至少暴露半圈管道，钢带尺法需要暴露管道整圈并进行一定的处理，操作过程较为复杂。以电力行业为例，DL/T438《火力发电厂金属技术监督规程》在2016年取消了对蠕变监测的强制要求，同时推荐采用在线监测装置对主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道的应力危险区段和管壁较薄、应力较大或运行时间较长的区段等风险较大部位进行蠕变监测。这表示对于高温承压管道的蠕变监测工作很有必要，而取消强制要求是受限于现有测量方法的精度难以满足要求。

综上，为了解决现有测量方法测量精度和操作复杂的问题，有必要开发一种新的测量方法。超声波由于适用范围广、传播距离长、灵敏度高、检测成本低、速度快、现场使用方便等特点广泛应用于设备的安全性评价工作中。其中，超声表面波在工件表面传播途中碰到曲率半径R大于5倍波长的棱边时，理论上可不受阻拦的完全通过，继续向前进行，不形成反射。因此，超声表面波检测受工件形状及位置的限制小，可沿管道表面周向传播整周距离。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于超声波测量管道周长的系统及方法，该系统及方法能够快速、准确测量管道的周长。

为达到上述目的，本发明所述的基于超声波测量管道周长的系统包括测量试块、超声波发射换能器、超声波接收换能器、测量仪器及定位块；

超声波发射换能器及超声波接收换能器与测量仪器相连接；

在测试阶段，超声波发射换能器及超声波接收换能器均位于测量试块上，且超声波发射换能器及超声波接收换能器相接触；

在测量时，超声波发射换能器位于定位块的一侧，超声波接收换能器位于定位块的另一侧，定位块的端部贴合于待测管道上。

测量试块与超声波发射换能器及超声波接收换能器之间设置有保护层。

超声波发射换能器及超声波接收换能器均包括楔块、壳体、晶片及吸收块，其中，吸收块及晶片均位于壳体内，晶片贴合于吸收块上，晶片贴合于楔块上，晶片与测量仪器相连接，在测试阶段，楔块与测量试块相接触，在测量时，楔块与定位块的侧面相接触。

测量仪器经电缆线与晶片相连接。