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Simulation-based Study on Factors Affecting Ultrasonic Thickness Measurements of High Temperature Pipelines
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摘要: 针对石化行业中在高温工作状态下的管道测厚问题，本文研究了超声波高温管道测厚方法中的一些影响因素，并实现了一套高温管道超声波测厚的仿真系统。实验中讨论了不同厚度、不同材料、不同噪声水平以及不同温度对超声波管道测厚结果的影响。此外，比较了不同测厚方法对管道厚度测量的影响。实验结果表明，该系统能够较好的模拟高温超声波测厚系统，能够实现高温管道厚度的测量。Abstract: Aiming at the problem of pipe thickness measurement under high temperature in the petrochemical industry, this paper investigates factors affecting high temperature pipe thickness measurements based on ultrasonic spectrum, and develops an ultrasonic thickness measurement simulation system. In the simulation experiment, the influence of different thickness, different materials, different noise levels and different temperatures on the measurement results are discussed. In addition, the influence of different thickness measurement methods on the measurement of pipe thickness is compared. The experiment results show that the system can simulate the high temperature ultrasonic thickness measuring system and measure the high temperature pipe thickness.
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图 1 单探头测厚结构模型示意图
Figure 1. Schematic diagram of single probe thickness measurement structure model
图 2 双探头测厚结构模型示意图
Figure 2. Schematic diagram of dual probe thickness measurement structure model
图 3 高温管道测厚装置模型示意图
Figure 3. Schematic diagram of high temperature pipe thickness measuring device model
图 4 受到随机噪声干扰的脉冲回波信号与理想脉冲回波信号对比图
Figure 4. Comparison of a pulse echo signal interfered by random noise and an ideal pulse echo signal
图 5 滤波处理后的波形和未滤波处理的波形对比图
Figure 5. A comparison of the filtered and unfiltered waveforms
图 6 高温情况和0°C下脉冲回波波形对比图
Figure 6. Comparison of the pulse echo waveforms at a high temperature and at 0°C
图 7 高温管道测厚模拟系统
Figure 7. High temperature pipe thickness measurement simulation system
表 1 单探头测量时不同厚度钢管的测量结果
Table 1. The measurement results of steel plate with different thickness when measured by a single probe
钢管厚度（cm） 测量结果（cm） 相对误差（%） 0.25 0.2519 0.76 0.48 0.4813 0.27 0.83 0.8317 0.20 1.15 1.1507 0.06 
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表 2 双探头测量时不同厚度钢管的测量结果
Table 2. The measurement results of steel plate with different thickness when measured by a dual probe
钢板厚度（cm） 测量结果（cm） 相对误差（%） 0.25 0.2519 0.76 0.48 0.4813 0.27 0.83 0.8317 0.20 1.15 1.1538 0.46
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表 3 单探头测量时不同材料的测量结果
Table 3. Measurement results of different materials with a single probe
不同声速材料（m/s） 测量厚度（cm） 相对误差（%） 1506 0.8321 0.25 3230 0.8317 0.20 4377 0.8316 0.19 6305 0.8354 0.65
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表 4 双探头测量时不同材料的测量结果
Table 4. Measurement results of different materials with a dual probe
不同声速材料（m/s） 测量厚度（cm） 相对误差（%） 1506 0.8314 0.17 3230 0.8322 0.26 4377 0.8301 0.01 6305 0.8354 0.65
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表 5 单探头测量时不同噪声水平的测量结果
Table 5. Measurement results of different noise levels with a single probe
噪声水平 测量结果（cm） 相对误差（%） 0.1 0.7816 0.21 0.2 0.7816 0.21 0.3 0.7832 0.41 0.4 0.7806 0.08 0.5 0.7832 0.41
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表 6 双探头测量时不同噪声水平的测量结果
Table 6. Measurement results of different noise levels with a dual probe
噪声水平 测量结果（cm） 相对误差（%） 0.1 0.7804 0.05 0.2 0.7804 0.05 0.3 0.7832 0.41 0.4 0.7804 0.05 0.5 0.7832 0.41
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表 7 单探头测量时不同温度下的厚度测量结果
Table 7. Measurement results of thickness at different temperatures with a single probe
温度（℃） 测量厚度（cm） 相对误差（%） 校正厚度（cm） 相对误差（%） 100 0.8479 2.16 0.8326 0.31 300 0.8721 5.07 0.8250 0.60 450 0.8882 7.01 0.8163 1.65 600 0.9125 9.93 0.8140 1.92
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表 8 双探头测量时不同温度下的厚度测量结果
Table 8. Measurement results of thickness at different temperatures with a dual probe
温度（℃） 测量厚度（cm） 相对误差（%） 校正厚度（cm） 相对误差（%） 100 0.8427 1.53 0.8275 0.30 300 0.8672 4.77 0.8203 1.16 450 0.8881 7.00 0.8162 1.66 600 0.9126 9.85 0.8140 1.92
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[1] 朱文胜, 张东阳, 高磊, 等. 炼厂易腐蚀管线高温测厚技术的研究及应用[J]. 管道技术与设备, 2006(3): 33-36. doi: 10.3969/j.issn.1004-9614.2006.03.014 [2] 沈功田. 中国无损检测与评价技术的进展[J]. 无损检测, 2008(11): 787-793. [3] 吴时红, 何双起, 陈颖, 等. 金属薄板超声无损检测[J]. 宇航材料工艺, 2007(6): 124-126. doi: 10.3969/j.issn.1007-2330.2007.06.031 [4] 林敏, 黄劼, 甘芳吉, 等. 基于特征点的在线超声波测厚系统性能诊断[J]. 无损检测, 2019, 41(5): 56-60. doi: 10.11973/wsjc201905013 [5] 王相豪. 电磁超声测厚系统的设计与实现[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2018. [6] Janez R, Grosse Christian U. Thickness Measurement via Local Ultrasonic Resonance Spectroscopy[J]. Ultrasonics, 2020(109): 10621. [7] C. Fei, T. Zhao, J. Zhang, et al. 0.36BiScO3-0.64PbTiO3 piezoelectric ceramics for high temperature ultrasonic transducer applications[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018(743): 365-371. [8] L. Yang, F. Gao, S. Gao. The application of buffer rod in high temperature pipeline corrosion ultrasonic monitoring[C]. Proceedings of 2014 International Conference on Industrial Electronics and Engineering(ICIEE 2014). Hong Kong, 2014: 27-35. [9] 朱明, 袁易全. 一种新颖高温超声测厚实验系统研究(Ⅱ)—测控系统与信号处理技术[J]. 计量学报, 2001, 22(3): 5. [10] 江航成, 林明星, 李杭, 等. 超声波燃气表流场扰动影响测试方法研讨[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(12): 40-44. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0138 [11] 江泽涛. 温度对超声波波速及应力测量的影响[J]. 无损检测, 1999(6): 245-248. [12] 王辉, 刘丁发, 张强. 计量核查技术在气体超声计量系统性能评价中的应用[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(4): 68-73,77. [13] P. Ngamsup, A. Prateepasen, M. Noipitak. Factors Affected on the Deviation of the Thickness Measurement by Using Ultrasonic Wave[C]. Proceedings of 2015 International Conference on Power Electronics and Energy Engineering (PEEE 2015). HongKong, 2015: 169-172. [14] 吴燕康. 基于超声波的高精度管道流体温度快速测量方法的研究[D]. 杭州: 中国计量大学, 2018. [15] 嵇杉. 超声波测厚技术在压力管道管件壁厚测量中的问题研究[J]. 化工安全与环境, 2019, 49(20): 14-15. [16] 王志伟, 高斌, 肖湘. 输油管道自校正超声波在线监测系统[J]. 无损检测, 2021, 43(1): 34-38. doi: 10.11973/wsjc202101009 [17] 张伟星, 李建民, 薛鹏飞, 等. 细管道中流速的超声相关法测量[J]. 声学技术, 2021, 40(1): 64-70. [18] 李云飞, 杨效龙, 张飞, 等. 管道检测用圆弧形复合超声波振子设计[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2021, 49(3): 34-39. -
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