相控阵检测技术在储罐内腐蚀检验方面的应用摘要：相控阵技术是一种通过电子激发的时间不同而改变探头性质的多声束扫描技术。

探头性质改变是通过相控阵探头单个晶片在脉冲发射和接收信号时引入时间变换来完成的，从而实现聚焦点和声束方向的变化，然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方式实现图像成像。

相控阵探头含有多个性质相同的晶片，可以控制聚焦深度，偏转角度和波束宽度。

和常规的超声波探头比较，它的灵敏度和分辨力高，有效探伤深度范围大，探测结果准确，高效。

采用相控阵 C 扫的模式可以在开罐情况下下，实现储罐的内部检验。

对于内部孔蚀性缺陷，检验效果更加明显。

关键词：金属材料无损检测相控阵储罐在役检验
石油工业高度关注对环境的保护, 除了员工和公众的身体健康, 油罐泄露事故的发生也是石油工业里的头等大事。

例如，由于油罐小孔服饰或其它原因导致的泄露就可能产生巨大的危害，从这些小孔泄露的可燃气体能导致严重的后果。

尽管泄露的量可能不大，但油罐内的蒸气也可能因周围的高温作业环境，闪电或其它原因而被点燃，从而导致严重的爆炸事故。

储罐检测的目的是为了防止泄露, 减少缺陷, 降低损失, 同时减少对人身的伤害和对空气、地下水和水渠的污染以及对其它设备的破坏[1]。

本文着重介绍相控阵技术在储罐内腐蚀检测方面的应用和传统的超声波测厚技术相比，相控阵检测技术在缺陷判定，检测效率方面具有无可比拟的优越性，可在不开罐情况下，对
储罐重点区域和可疑区域进行腐蚀检测，为储罐安全性能的判定提供重要依据。

1 概念
相控阵超声无损检测（U P A - N D T）是近年来超声无损检测领域发展起来的新技术，以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的重视[2]。

相控阵技术是一种通过电子激发的时间不同而改变探头性质的多声束扫描技术。

探头性质改变是通过相控阵探头单个晶片在脉冲发射和接收信号时引入时间变换来完成的，从而实现聚焦点和声束方向的变化，然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方式实现图像成像[3]。

超声相控阵检测技术已有2 0 多年的发展历史。

初期主要应用于医疗领域。

自2 0世纪9 0 年代起，超声相控阵检测成像技术开始在欧美等国家逐步应用于工业无损检测。

目前，国内无损检测工作者不断吸取国外工业无损检测经验，特别是大量超声相控阵设备的引进，使相控阵技术开始在国内无损检测领域崭露头角。

2 与常规的的超声波探头比较
超声相控阵换能器的设计基于惠更斯原理。

换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。

同样，在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式
显示。

2.1 常规超声探头发射的波束控制( 如图1)[4]声束产生原理是惠更斯原理；
角度楔块引入适当延时在发射期间产生角度波束
2.2 使用常规超声探头接收的波束控制
（如图2）
声束在楔块内产生的原理是惠更斯原理；
在接收期间角度楔块引入延时, 所以在有机玻璃上波形相位产生结构干涉。

2.3 使用相控阵探头发射的波束控制( 如图3) 声束的产生原理是惠更斯原理；引入适当的电子延时发射时产生波束角度。

2.4 使用相控阵探头接收的波束控制( 如图4)
在接收期间引入适当的电子延时；延时法则在同相和有用信号累加后产生另人满意的信号。

超声相控阵换能器的独特设计，信号处理手段（如图5）使得相控阵技术主要包括以下几个特点。

1) 一个探头有多个性质相同的晶片；2）可以控制聚焦深度；3) 可以控制偏转角度；4) 可以控制波束宽度；5) 能够分别控制，形成几个不同的虚拟探头。

3 优势
相控聚焦与单探头在信噪比上有很大差别。

因为相控聚焦各阵元发射的超声波频率相同, 是相干波, 当在焦点处各阵元超声波同相位时, 焦点处的声强为各阵元声强和的平方, 而系统噪声信号却是频率和相位都无序的杂波, 当它们在焦点处叠加时具有平均降噪的作用。

所以相控阵无损检测比传统的单探头探伤有更高的信噪比。

3.2 超声束更窄
在超声声束尺寸上, 线性相控阵形成的超声聚焦声束尺寸要比传统的单探头产生的声束尺寸狭窄, 这是由于相控阵对超声束聚焦的结果。

所以相控阵超声技术能够检测出尺寸更小的缺陷。

3.3 有效探伤深度范围大
由于相控阵超声束聚焦焦点可在有效探伤范围内动态调整,而传统的单探头受限于固定的焦点范围, 所以相控阵探伤有更大的有效检测深度。

3.4 分辨力高
由于线性相控阵能将声束焦点动态调整在不同的探伤深度上, 所以用这种方式进行检测时, 无论是靠近还是远离探伤表面的缺陷, 相控阵检测成像的缺陷外形都同样清晰可靠。

超声相控阵无损检测基于电子相控聚焦和扫描技术, 能根据缺陷的形状和位置改变各阵元激发超声波的相位和振幅, 形成灵活的焦点形式( 如不同的焦点深度和强度), 使扫描控制更加精确、灵活、高速。

3.6 可进行复杂工件检测
相控阵可以检测几何形面复杂的试块，例如采用自动检测可以轻而易举地检测焊缝和槽。

小晶片的阵列在具体检测中易于应用，例如用在检测空间受限的管道。

4 案例
4.1 传统超声波测厚技术在储罐检测中的应用
2 0 0 9 年8 月, 检测人员对海上某平台储罐(2 0 0 0KL.I D1670 0X10 935m m, 介质为原油和水) 进行检验。

1）准备工作:选择可疑区域拆除保温; 清理表面以露出光滑涂层;3、按照一定方式用记号笔均匀划分该区域。

（如图6）2）检验作业：采用可带涂层检验的测厚仪, 测量每一划分区域，记录最小值。

3）数据分析：通过比较所测数据和原始数据, 分析判断储罐当前安全状况。

由上面的案例可以看出，传统超声波测厚技术在储罐检验中，操作简单，应用方便。

但是受制于人工操作，检测效率不高，而且不容
易找到厚度最低点。

4.2 相控阵技术在储罐检测中的应用[5]
2 0 0 9 年5 月，检测人员对某装置182# 球罐（10 0 0 m3，φ12 4 0 0 m m X42m m，材质16Mn R，介质为液化石油气）进行检验，选择球罐底部第一道温带板第18 块板进行外部相控阵检测。

外壁打磨清理干净，测厚仪从外壁所测平均厚度为41m m。

经对打磨部位实施相控阵检测，在第18 块板上发现一处明显缺陷，成像结果以C 视图显示（如图7），经进罐现场验证，发现相控阵检测缺陷定位位置确实存在缺陷（如图8），现场测量数据与检验数据相当，球罐测量数据如下：缺陷编号：18-1；缺陷深度位置：38.5m m；缺陷距离内表面距离：1.7m m；缺陷当量大小:4.0 m m；现场验证（进罐）情况: 焊缝检验尺测深1.5m m( 未打磨)；实测缺陷大小长径7 x短径5。

5 结语
由上面的案例，我们得出结论，相控阵技术可以用来判断储罐内壁腐蚀情况，尤其对内壁孔蚀缺陷，具有很高的检出率。

针对作业人员超声测厚怀疑减薄的储罐，可以采用相控阵技术，在不开罐的情况下，初步判断内壁腐蚀程度，为下一步检验计划提供重要参考依据。

参考文献
[1] A PI 575,2 0 0 5.5. 现役常压或低压储罐检测指南和方法.
[2] 单宝华，喻言. 超声相控阵检测技术及其应用[ J ] . 无损检
测，2 0 0 4,2 6（5）：2 35-2 38.
[3] 王在峰. 压力容器无损检测新技术原理和应用. 浙江玉环：浙江省玉环县质量技术监督检测中心。

[4] 欧宁检测相控阵中文教材:3-4.
[5] 吴焕利，魏培生，李海华. 相控阵检测技术在压力容器内壁点腐蚀检测中的应用探讨. 新疆独山子：中国石油独山子石化分公司压力容器检验所.。