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超聲波測厚儀高溫測厚的難點
點擊次數:1124 發布時間:2015-01-07

超聲波測厚儀高溫測厚的難點及應用場合

   ○石化,煉化,化工,製藥等行業的塔,罐體,管道.
   ○在役運行時,這些容器管道內的介質(無論液態還是汽態)處於高溫狀態,傳導到金屬外壁,溫度仍有幾百攝氏度.
   ○高溫加劇腐蝕,同時介質的流動是靠壓力驅動——因此,這些容器管道壁厚減薄的程度必須予以監控,尤其是管道的彎道部位以及三通等閥體的彎頭部位.

超聲測厚的原理

   ○原理:
   備注:t0點是發射的起始時間點(始脈衝),t1點是*次底麵反射回波被接收到的時間點。兩者的時間差乘以聲速,再除以2,就是超聲波在工件一個單程傳遞的路程,即厚度值。
   ○要點:
   1,由於超聲波在空氣中難以傳播,因此探頭與被測麵之間必須塗抹耦合劑、“擠掉"空氣間隙,使超聲波有效地傳播進入被測件內部,並獲得底麵(即,內壁)的反射號;
   2,該反射信號必須足夠穩定、明確、清晰,儀器才能辨識並進行計算,從而顯示厚度值。

高溫狀態下的影響因素

   (1)關於耦合劑
   ○高溫時,耦合劑中的水分瞬間蒸發,於是,失去“擠掉"空氣間隙的效果。因此,儀器隻能“看到"一閃即逝的反射信號、往往來不及辨識計算。
   ○為了保護探頭底麵不被“燙傷",所謂的超高溫耦合劑往往摻雜一些礦物顆粒,以確保探頭底麵不會直接接觸到高溫的被測麵,但這也導致礦物顆粒在高溫下(耦合劑水分被瞬間蒸發後)容易碳化並粘連到探頭底麵,反而影響測量(相當於探頭底麵有了“麻點")。
   (2)關於探頭
   ○探頭內置“晶振片",靠它產生和接收超聲信號。晶振片有一個物理參量,“居裏溫度點Tc",這代表在該溫度值以下,晶振片產生的超聲波,其聲阻抗比較適當、也即傳播的難易程度適當。不同材質的晶振片,其Tc值不同。
   ○現有的晶振片材質中,Tc值能達到500℃的,其另外一個參量,“機械品質因子θm"卻非常高,達 10的6次方,導致無法獲得有效的信號分辨力——超聲測厚儀使用的晶振片,其θm都在1000以下,否則厚度的起測點就得在500mm以上。因此,現有的所謂“高溫"探頭,都無法在zui本質的晶振片上獲得突破,目前所解決,都隻不過是對探頭本身的保護,比如,探頭底麵的保護膜不容易被“燙壞"、外殼加裝保護套,等等。——都沒有辦法解決超聲信號在高溫介質中的有效傳播(發射與接收)的問題。
   (3)關於被測麵的狀況
   ○當探頭置放在被測麵表麵,超聲波以垂直於該接觸點切線的方向傳播,到底麵(內壁),同樣以垂直切線的方向原路反射——這個效果是zui理想的(仍參見原理圖)。這個效果,在平麵測量、以及大直徑的筒、管、罐測量中,比較容易實現。
   ○但是對於彎道和彎頭部位(尤其是90℃外凸的那個點),很顯然,往往難以擺正探頭位置。
   ○另外,現場環境下,被測表麵的油漬、漆麵(尤其是鼓包),都會對測量帶來影響。
   (4)關於被測物體的材質
   ○任何情況下,超聲波的傳遞,都要受到被測物體材質的影響,從而帶來散射效果、聲速的變化。隻不過,在大多數情況下,這些影響帶來的幹擾不大、引起的細微誤差都在可忽略的範圍內。
   ○但是,由於要耐受高溫高壓腐蝕,有些部件,其材質所帶來的影響不能被忽略。比如,AG国际曾經遇到過,高標號的不鏽鋼閥門,信號的散射衰減極其嚴重。
   (5)關於儀器——通常的問題
   ○通常的超聲波測厚儀,都是讀數型的——在“看到"一個穩定、明確、清晰的反射信號後,“盯著"它,進行計算,zui終顯示出來的,隻是一個計算的結果。
   ○在高溫狀態下,由於前述幾個因素,導致反射信號達不到“穩定、明確、清晰"的程度,儀器無法“看到"信號、或者無法“盯著"它、或者“看花眼"了,於是出現“無讀值"、“讀值錯誤"等現象
   (6)關於儀器——初級解決辦法
   ○原來的儀器,它的“眼睛"隻能“撲閃撲閃"每秒鍾“看"四次信號,現在,AG国际讓它快點“撲閃",每秒鍾“看"20次信號,——這叫掃查功能;
   ○信號太弱,“看"不到。那就把信號增強,——這叫增益調節功能;
   ○由於信號出現很短暫,儀器剛讀完這個信號,他就消失了,儀器不敢確定。那就讓它把讀到信號先顯示出來——這叫“讀值保持";
   ○以上,就是中科普銳超聲波測厚儀在應對高溫測厚時的辦法,同時也目前是全球各款同檔儀器的解決辦法。
   (7)關於儀器——高級解決辦法
   ○前麵提到,測量能實現,本質上就是“看"信號。讀數型儀器,可能會“看"不到、“看"不清、“看"花了(其實可能有信號閃現)。
   ○那麽,AG国际讓儀器把它所能捕捉的信號都顯示出來,不讓它自己判斷、改由操作者來判斷——這就是A掃描測厚儀。
   ○A掃測厚儀帶來的改進:zui本質的,就是信號可以由操作者自己觀察,不用擔心讀數型儀器錯過、漏過信號。在功能上,除了同樣具備掃查、讀值功能外,增益可以數字調節而不是分檔調節(這樣更精確),另外,增加了雜波屏蔽功能,可以讓儀器讀取指定的信號。中科普銳超聲波測厚儀就是這樣的儀器。

實測中的要點

   ○選擇合適的耦合劑。測量前,耦合劑應塗抹在探頭底麵,然後迅速對被測位置進行“點測",一接觸上,馬上移開探頭(不要因為沒出現信號或者讀值,就使勁按壓,這樣沒有用,這時耦合劑早已幹結)。移開探頭後,馬上用棉紗布將被測點和探頭底麵擦淨,避免耦合劑被測麵和探頭底麵形成結垢、影響下一次的耦合。
   ○對於彎道和彎頭部位,應在90℃外凸處和側麵各測一次,以供驗證。
   ○通過多次的現場實測,目前,各種儀器(包括進口的)、各種探頭(即便是標稱到500℃的探頭),在350℃以上的表麵(用紅外測溫儀測量),都難以實現有效測量。

市場現狀

   ○用戶不是超聲測量的專業人士(不一定會去研究原理技術、晶振片材質),因此,出於對進口品牌的信賴(某種程度上是迷信),看到標稱500℃的探頭就認為真能測量;
   ○用戶購買了這樣的探頭,即便不能測量,也不會再說什麽,因為,在他看來,他已經盡力了、已經買了zui好的儀器(進口的)、用了zui好的探頭。
   ○以上兩點,掩蓋了這樣一個事實:“標稱500℃的探頭並不能真的測量500℃的高溫表麵、並沒有真正改善高溫狀態下超聲傳播特性"。於是,“後來者"繼續去尋找“進口500 ℃高溫探頭",這就是市場現狀。
   ○AG国际建議:“眼見為實",在購買之前,現場實證。拿紅外測溫儀測量一下表麵溫度,就在那個500 ℃的位置進行測厚,看看效果究竟如何。

總結

   ○耦合效果很重要。高溫下,耦合劑中水分的瞬間蒸發,造成耦合劑幹結、碳化,使“耦合"失效。
   ○高溫探頭並沒有從原理上解決超聲波在高溫下傳播的問題,隻解決了對探頭的保護問題。也就是說,“更能耐受高溫"不等同於“更能在高溫材質中有效地傳播信號"。
   ○被測麵和被測材質,應現場判斷。漆皮鼓包、內外壁不平行、強散射性材質等,導致無法測量,是很正常的事,不要試圖解決。
   ○儀器廠商隻能從儀器主機的性能功能上去考慮解決辦法,比如:掃查、增益、讀值保持、A掃,等等。
應用實景(測塔罐)

超聲波測厚儀
應用實景(測管道)
超聲波測厚儀

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