本發明涉及超聲腐蝕監測，具體地涉及一種基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法及一種基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測系統。

背景技術：

1、在石油工業中，錐形變徑管應用廣泛，這類管道由于長時間處于沖刷、腐蝕等工況下，極易造成管道內壁減薄，運行管道一旦失效，內部介質發生泄漏或爆炸，將造成不可估量的后果。因此，為保證運行管道的連續長期安全運行，需對運行管道進行定期的壁厚測量。目前，傳統人工檢測方法存在不能連續反映運行管道壁厚變化的問題，針對該問題，已有研究針對管道腐蝕問題提出了基于干耦合壓電超聲技術的管道腐蝕遠程在線監測技術，然而該技術是針對等徑管道提出的，并不適用于錐形變徑管道。

2、錐形變徑管由于被監測表面不似等徑管道表面，導致壓電超聲探頭難以安裝，導致監測結果的準確性較低；再者錐形變徑管道的高溫環境也給監測帶來巨大挑戰，高溫環境、超聲探頭、表面粗糙度等原因導致超聲波信號信噪比低的問題也亟需解決。

技術實現思路

1、本發明實施方式的目的是提供一種基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法及系統，以至少解決上述的錐形變徑管由于被監測表面不似等徑管道表面，導致壓電超聲探頭難以安裝，導致監測結果的準確性較低；以及特殊環境下，采集的超聲波信號信噪比低的問題。

2、為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，每一超聲波探頭通過對應的金屬耦合片與錐形變徑管外壁耦合接觸，所述方法包括：

3、基于錐形變徑管外壁的粗糙度，確定超聲波探頭的安裝位置；

4、獲取每一超聲波探頭對應的金屬耦合片的厚度和每一超聲波探頭在錐形變徑管上的安裝位置的粗糙度；

5、基于所述金屬耦合片的厚度和所述安裝位置的粗糙度，確定每一超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力；

6、按照每一超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力，對對應的超聲波探頭進行安裝；

7、利用錐形變徑管上的超聲波探頭進行錐形變徑管壁厚的監測。

8、可選的，基于錐形變徑管外壁的粗糙度，確定超聲波探頭的可安裝位置，包括：

9、獲取錐形變徑管外壁不同位置的粗糙度；

10、將粗糙度小于設定閾值的位置確定為超聲波探頭的可安裝位置。

11、可選的，所述金屬耦合片為銀，厚度為0.05-5mm。

12、可選的，基于所述金屬耦合片的厚度和所述錐形變徑管上的粗糙度，確定每一超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力，包括：

13、采用以下計算公式計算得到超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力：

14、

15、其中，為超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力；為粗糙度的修正系數；為常數，且＞1；為粗糙度；為探頭基準壓力；為金屬耦合片的厚度；為探頭壓力的修正系數。

16、可選的，在按照每一超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力，對對應的超聲波探頭進行安裝前，所述方法還包括：

17、利用支撐機構對超聲波探頭進行支撐，以避免超聲波探頭產生位置偏移。

18、可選的，所述支撐機構包括：

19、卡箍，套設在所述錐形變徑管外壁上；

20、多根伸縮桿，所述伸縮桿的一端連接所述卡箍，用于支撐卡箍，使卡箍頂緊所述錐形變徑管外壁。

21、本發明第二方面提供一種基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測系統，適用于上述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，所述系統包括：

22、多個監測組件，每一監測組件包括：安裝座，所述安裝座用于安裝超聲波探頭，所述安裝座上相對設置有萬向節，每一萬向節連接一根鏈條，所述監測組件中的鏈條依次首尾連接形成監測鏈，所述監測鏈套設在錐形變徑管外壁上，通過調節鏈條的張緊程度，實現超聲波探頭與錐形變徑管接觸壓力的調節；

23、多個金屬耦合片，每一超聲波探頭通過一個金屬耦合片與所述錐形變徑管外壁耦合接觸；

24、處理器，與所述超聲波探頭連接，用于基于獲取自每一超聲波探頭的超聲波信號得到錐形變徑管的壁厚

25、可選的，所述處理器還用于：

26、確定每一超聲波信號的信噪比；

27、若所述信噪比大于等于預設閾值，則基于超聲波信號，利用峰值法確定錐形變徑管的壁厚；

28、若所述信噪比小于預設閾值，則對超聲波信號進行濾波，基于濾波后的超聲波信號，利用峰值法確定錐形變徑管的壁厚。

29、可選的，采用巴特沃斯高通濾波方法對超聲波信號進行濾波，得到濾波后的超聲波信號。

30、可選的，采用以下公式對超聲波信號進行濾波：

31、

32、

33、

34、其中，為濾波后的超聲波信號；為采集的超聲波信號；為傅里葉逆變換；為傅里葉變換；為傳遞函數；為截止頻率； n為濾波器的階次；為到傅立葉域原點的距離。

35、本技術方案通過篩選出最優的超聲波探頭可安裝位置，準確確定出超聲波探頭的安裝位置，另外，通過金屬耦合片實現超聲波探頭與錐形變徑管外壁的耦合，并基于安裝位置的粗糙度和金屬耦合片的厚度，確定出超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力，實現精確安裝耦合，具有安裝和測量方法簡單，測量結果準確，能夠實現實時監測的優點。

36、本發明實施方式的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

技術特征：

1.一種基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，其特征在于，每一超聲波探頭通過對應的金屬耦合片與錐形變徑管外壁耦合接觸，所述方法包括：

2.根據權利要求1所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，其特征在于，基于錐形變徑管外壁的粗糙度，確定超聲波探頭的可安裝位置，包括：

3.根據權利要求1所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，其特征在于，所述金屬耦合片為銀，厚度為0.05-5mm。

4.根據權利要求1所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，其特征在于，基于所述金屬耦合片的厚度和所述安裝位置的粗糙度，確定每一超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力，包括：

5.根據權利要求1所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，其特征在于，在按照每一超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力，對對應的超聲波探頭進行安裝前，所述方法還包括：

6.根據權利要求5所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，其特征在于，所述支撐機構（1）包括：

7.一種基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測系統，適用于權利要求1-6中任一項所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法，其特征在于，所述系統包括：

8.根據權利要求7所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測系統，其特征在于，所述處理器（5）還用于：

9.根據權利要求8所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測系統，其特征在于，采用巴特沃斯高通濾波方法對超聲波信號進行濾波，得到濾波后的超聲波信號。

10.根據權利要求8所述的基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測系統，其特征在于，采用以下公式對超聲波信號進行濾波：

技術總結
本發明提供一種基于超聲波探頭的錐形變徑管壁厚監測方法及系統，屬于超聲腐蝕監測技術領域。每一超聲波探頭通過對應的金屬耦合片與錐形變徑管外壁接觸，方法包括：基于錐形變徑管外壁的粗糙度，確定超聲波探頭的安裝位置；獲取每一超聲波探頭對應的金屬耦合片的厚度和每一超聲波探頭在錐形變徑管上安裝位置的粗糙度；基于所述金屬耦合片的厚度和所述安裝位置的粗糙度，確定每一超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力；按照每一超聲波探頭與錐形變徑管的最小接觸壓力，對對應的超聲波探頭進行安裝；利用錐形變徑管上的超聲波探頭進行錐形變徑管壁厚的監測。本發明具有安裝和測量方法簡單，測量結果準確，能夠實現實時監測的優點。

技術研發人員：王仕強,何莎,徐強,鄧勇剛,萬夫,俞嘉敏,駱吉慶,郭萌夢,劉輝,趙琪月
受保護的技術使用者：中國石油天然氣集團有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28