无损检测 地面管线及厂区管道轴向长距离导波检测（2025版）

GB/T45377—2025无损检测地面管线及厂区管道轴向长距离导波检测1范围本文件规定了采用沿整个圆周截面轴向传播的超声导波对碳钢和低合金钢材质的地面管线和厂区管道的腐蚀或侵蚀损伤进行长距离检测的方法。本文件适用于以下类型的管道：——地面涂层管线；——地面带隔热层管线；——厂区涂层管道；——厂区带隔热层管道。注：导波检测(GWT)方法快速检查地面管线、厂区管道和穿越道路带套管的管道，对可能腐蚀或侵蚀的区域进行定性筛查及定位。通常在在役管道上实施导波检测。穿越道路带套管的管段(无沥青或塑料涂层)是管道外壁不受土壤压力的特殊埋管，本文件适用于此类管道。由于复杂性增加，其他类型的管道不包括在上面的列表中，使用专用的检测方法。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1轴向axialdirection沿管道主轴的方向。3.2周向circumferentialdirection沿着管道圆周的方向。3.3截面cross-section在垂直于管道轴线的平面上，管道内径和外径之间的面积。3.4截面变化cross-sectionchange假设指示完全由截面(3.3)变化引起时，计算得到的截面变化当量。3.5基准点datum用于报告检测位置(3.15)以及建立检测结果与检测对象相应位置关联的参考点。1GB/T45377—20253.6盲区deadzone检测位置(3.15)两侧由于被发射脉冲覆盖而无法检测的管道区域。3.7弯曲模态flexuralmode管道中传播的，同时具有轴向、周向和径向的非对称质点位移的折弯型导波模态。3.8聚焦focus通过硬件设置或对一组记录的信号进行后处理(合成聚焦)，使导波集中在一个轴向和周向位置。3.9几何特征geometricfeature由于截面变化(3.4)或其他声阻抗变化而引起导波反射的管道特征(如焊缝、支撑、法兰、弯管等)。3.10导波模态guidedwavemode具有特定振动模式的导波类型。3.11纵向模态longitudinalmode管道中传播的质点位移主要为轴向(3.1)对称的纵向导波模态。3.12初始模态primarymode所选的入射波的导波模态(3.10)。3.13探头环probering包含与管道直接接触的换能器的圆周元件。3.14检测频率testfrequency探头环(3.13)发射脉冲的中心频率。3.15检测位置testposition在管道上放置探头环(3.13)的轴向中心位置。3.16检测范围testrange在两个方向上(正或负)，检测位置(3.15)与实现参考信号最低可接受灵敏度的最远位置之间的距离。3.17扭转模态torsionalmode管道中传播的具有周向(3.2)质点位移的轴对称扭转导波模态。4总则超声导波检测使用沿管壁传播的弹性波，能进行长距离传播，并快速覆盖近乎全部管道体积区域。典型的检测设置与常规超声脉冲回波检测相似，即超声导波仪器激励探头环中的换能器，使其在管壁上产生超声导波，超声导波传播中遇到不连续时发生反射，同一个探头环接收反射回波。通过探头环2GB/T45377—2025发射和接收超声回波的时间，计算不连续和探头环之间的距离。单次导波检测能覆盖长度为数十米的管道。本文件的超声导波检测承担检测粗筛的功能。超声导波仪器接收不连续的超声反射回波，给出不连续的位置信息，但反射回波不提供不连续的详细缺陷形态信息。因此，超声导波检测主要用于发现不连续，然后采用其他无损检测方法作进一步检测确认。有关导波性质的更多资料见附录A。本文件的超声导波检测频率通常为20kHz~500kHz之间。如果试验证明可获得与上述频率范围内检测灵敏度相等或更优时，小于20kHz的频率也能用于导波检测。成功获得超声导波检测应用，符合以下要求：a)选择单一模态进行传输与接收；b)使用频率范围内非频散的导波模态；c)覆盖整个管壁截面；d)应区分来自各个方向的信号。不连续导致的超声导波反射回波幅度变化复杂，受到如检测频率、导波模态和不连续的具体形态等因素影响。反射回波幅度大小与管壁损失导致的整体截面变化相关，因此超声导波检测能定性区分不连续的严重程度，如定义为低关注度显示、中关注度显示和高关注度显示。然而，检测存在截面损失的管道时，通常非常关注不连续的剩余壁厚，但超声导波检测不能准确地提供这个数据(更多信息见附录A)。宜在一定范围内选择合适的检测频率进行超声导波检测，以提高检测准确性。此外，超声导波检测仪器常采用聚焦或合成聚焦等先进方法，以提高超声导波检测灵敏度和不连续定量的能力。本文件不规定这些方法，但相关背景信息见附录A。5影响超声导波检测实施的因素5.1外径超声导波检测灵敏度取决于截面变化。腐蚀或侵蚀引起管道截面变化绝对数值是以面积为单位进行测量，取决于不连续的深度以及周向延伸范围。超声导波检测对截面变化百分比的最小敏感程度，是管道截面变化的绝对数值和管道规格尺寸的函数。例如，小直径管道的不连续可获得较大的截面变化百分比，此时导波灵敏度较高，但在大直径管道中，相同尺寸的不连续可能仅表现出微小的截面变化百分比，此时导波不能检测到。由于管道直径增大引起灵敏度降低，因此检测公称直径大于600mm的管道时，可能遗漏明显的局部腐蚀坑，此时建议使用其他无损检测方法作为补充。当对已知损伤机理导致截面变化较大且非局部点蚀的管道进行检测时，超声导波检测仍被推荐作为公称直径大于600mm管道的快速检测手段。5.2管道几何结构管道几何结构的复杂性可能限制导波传播。以下总结了常见管道几何特征对检测的影响，第1章列出的各种适用管道可能存在这些特征。a)不可能检测法兰或管道的任何断口，因为导波无法越过法兰或管道的任何断口。b)不允许检测焊接弯头；此时，应将探头环移动到焊接弯头另一侧的检测位置。导波可越过弯曲半径大于5倍管道直径的冷弯弯头进行检测。c)仅在支管直径不大于被测管道直径的1/2时，才允许检测支管或三通。此限制是为了避免向前传播的导波遇到支管产生不利的影响。d)支撑处反射幅值应低于焊缝超声DAC曲线至少6dB，否则不应该越过支撑检测。此限制是为了避免向前传播的导波遇到支撑产生不利的影响。3GB/T45377—20255.3检测范围通常，检测范围受检测数据的信噪比(SNR)限制[见第8章列项e)]。以下因素影响检测范围：a)管道几何特征导致导波能量衰减和/或模态发生畸变，从而缩短检测范围；b)管道涂层类型可能对检测范围产生较大影响。通常，硅酸钙等隔热材料涂层不对检测范围产生显著影响，但沥青等涂层导致导波信号快速衰减，从而急剧缩短检测范围；c)本文件仅适用于地面管线，管道表面或管道涂层与土壤接触的埋地管道，因其衰减大、信噪比低，导波检测应用难度较大；d)管道介质影响检测范围，影响程度取决于介质成分、管道内腐蚀产物和所使用的特定导波模态；e)管道焊缝产生导波反射，从而引起导波能量衰减。5.4道路穿越当导波通过带套管的道路穿越管道进行检测时，应通过越过地面穿越段的几何特征(通常为焊缝)或从地下穿越段两侧识别跨越段几何特征(通常为焊缝)，来证明穿越段的检测范围。6检测设备6.1通用要求检测设备应包含以下部分：a)发射和接收脉冲频率范围在20kHz~500kHz的超声导波仪器；b)用于发射导波模态的带有换能器的探头环；c)用于接收反射导波的带有换能器的探头环；能与用于发射导波模态的探头环为同一装置；d)用于记录、处理和分析反射信号的电子系统。6.2探头环发射探头环应在管道中产生单一的初始导波模态，且不与其他可能的模态相互影响。当使用1个以上的导波模态时，宜分别独立使用，以提高检测的可靠性。接收探头环应分离出用于分析的各个导波模态，并抑制不需要的模态(更多信息见附录A)。目前有以下3种不同类型的换能器，用于在管道中发射并接收超声导波：——压电换能器；——电磁声换能器(EMAT);——磁致伸缩换能器。以上类型的换能器装在探头环上，该探头环安装在管道外壁上。6.3 信号处理与分析系统信号处理与分析系统应生成检测结果，该结果能可靠地记录在计算机存储介质上。记录的结果应以某种形式，使得结果中的特征显示与管道系统的实际位置能相对应。6.4 设备性能定期核查应定期对设备进行核查，且每次核查的间隔不应超过12个月，以确认设备功能和性能，同时，发现故障应予以修正。应按制造商提供的专门说明书进行核查。对设备系统检测灵敏度及其功能进行核查的方法见4GB/T45377—2025GB/T31211.1。6.5仪器设置在没有相关的仪器设置标准时，仪器设置应满足以下最低要求：a)频率和信号设置。应根据被测管道的检测程序，通过控制信号的频率和带宽，选择适宜的导波模态。b)脉冲重复频率。脉冲重复频率应设置得足够低，以便所有信号在相邻连续脉冲之间完全衰减。7检测程序应按照书面检测程序进行超声导波检测。书面检测程序应至少包括以下内容：a)本文件的引用；b)背景信息(包括相关标准、限制、安全规定等)；c)人员资格；d)被测管道信息；e)检测范围；f)先决条件；g)表面状态；h)检测设备；i)设备参数及功能检测；j)数据采集参数；k)结果评定参数；1)其他补充的无损检测；m)报告要求；n)与本程序偏离的记录。8检测数据质量要求以下为确保检测数据质量的最低要求。a)在检测前，应按照制造商提供的技术参数对整个综合检测系统进行检查。若对超声导波检测仪器进行自检，则自检结果应与录入数据一起保存。开始检测前，应对不符合规范的设备技术参数进行修正。b)应由双方商定范围设置的公差(由于超声导波检测使用的波长较长，因此范围设置的公差不小于±100mm)。c)应根据制造商提供的程序步骤和阈值，核查安装在管道表面的探头环的耦合效果。如果发现耦合不满足要求，则应对其表面进行处理，重新安装探头环和采集数据。d)如果设备允许进行绝对幅度校准，则应使用该功能进行校准。否则，应利用良好的几何特征反射体，例如环形焊缝，进行灵敏度校准。校准还应包括距离波幅校准(DAC)或时间增益修正(TCG)，以补偿检测范围内因轴向位置引起的误差。距离波幅校准和时间增益修正在概念上的理解与常规超声波检测相同：距离波幅校准提供不同距离上恒定的灵敏度水平，可通过统一的方式将不同距离的反射回波幅度与已知的参考等级进行比较。校准应按设备制造商提供的说明书进行。5GB/T45377—2025e)信噪比应根据制造商提供的程序进行估算。为了对测试数据进行有效的解释，信噪比应大于6dB。对小于信噪比的低幅度信号，则不能可靠地进行解释，而且还导致噪声信号被误判为不连续。信噪比用于确定检测范围(检测范围的更多信息，见5.3)。9检测9.1检测准备9.1.1表面温度管道的表面温度应在检测设备允许的工作范围内。9.1.2隔离层去除检测管道时，应拆除探头环所在区域的隔离层，确保探头环直接固定在管道表面。9.1.3壁厚评估探头环所在区域的金属损失影响超声导波检测结果。该区域应进行目视检测和超声检测评价内部和外部金属损失。当检测到金属损失时，推荐探头环安装至其他位置。应记录探头环位置的壁厚值。超声导波检测无法对盲区进行检测。只有在管道系统上进行多次超声导波检测，且各检测区域有足够的重叠时，才能实现100%管道覆盖检测。若不改变检测位置，则应使用超声检测(或其他替代方法)对盲区进行检测。9.1.4表面处理超声导波检测允许在黏附良好的油漆表面进行。如果规定达到第8章列项e)规定的数据质量，应在安装探头环之前，去除松散或剥落的油漆、表面腐蚀产物和其他涂层。9.2 探头环放置位置在典型的管道系统中，探头环通常放置在许多不同的检测位置，以便对整个管道系统进行全面检测。为了充分检测整个管道系统，探头环的位置选择至关重要(更多信息见5.2)。探头环在管道系统上的检测位置应按照已知的物理基准点或在管道图上记录，以保证可重复性。9.3数据采集应按照设备制造商所提供的说明书及专用程序对数据进行采集。该程序应参照说明书包含以下内容：a)确保探头环与管道表面的良好耦合；b)确保系统组件之间正确的电气连接；c)设定检测设备参数；d)设定检测设备范围；e)设定检测设备灵敏度；f)验证数据质量。9.4 报告灵敏度在对超声导波检测进行数据分析之前，应按第8章列项d)规定的DAC或TCG曲线确定灵敏度。在实践中，通常不可能对导波检测设备进行绝对幅度校准。6GB/T45377—2025具有垂直于管道轴线的机械加工管端表面是理想的导波完全反射面，是绘制DAC曲线的理想选择。但是，在导波检测时，通常没有此类的管端可用。注意，焊接前管道的坡口端与垂直于管道轴线的机加工表面不同，因此不推荐用其绘制DAC曲线。在役管道进行检测时，通常使用环形焊缝绘制DAC曲线。但是，环形焊缝的几何形状存在自然变化，从而导致灵敏度发生变化。在典型工业应用中使用的大多数管壁厚度下，环形焊缝反射的导波信号强度为20%。对于壁厚大于13mm的管件，焊缝加强高度与管壁厚度百分比各不相同，因此环形焊缝反射的导波声强比例也会有所不同。通常，对管道系统进行导波检测时，宜选择环形焊缝的20%导波信号强度进行标定。如果需要更高的精度，则需要使用其他技术。注意，由于几何结构的不同，法兰与垂直于管道轴线的机加工表面的管端存在差异，且其不完全反射100%的导波声强。将垂直于管道轴线的机加工表面反射100%的信号强度定义为0dB。因此，环形焊缝的反射信号强度为管端反射信号强度的20%，相当于-14dB，反射信号强度为5%的不连续则相当于-26dB。9.5数据解释应建立与DAC曲线相同形状且高于第8章规定的可用信噪比线的报警线。报警线由合同双方协商确定，或应根据设备制造商提供的适当程序确定。应对所有幅度高于报警线的回波做出解释。当信噪比满足第8章要求时，也能评估幅度低于报警线的回波。应在检测报告中记录所有相关回波。缺乏合同双方协议或设备厂商指南时，报警线应设置为反射回波幅度的5%或比管道轴线的机加工表面的反射波低26dB。检测报告应包含报警线记录。9.6检测灵敏度检测灵敏度是许多变量的函数，取决于以下因素：a)检测设备，包括超声波仪器和探头环；b)特定导波模态；c)被测管道的直径，在较小直径管道中检测到的局部管壁损失不连续，在较大直径的管道中可能无法被检测到；d)管道中的不连续性类型，因为导波反射系数对不同管壁损失的不连续有所不同(更多信息见附录A)。评估灵敏度时应使用设备制造商提供的评估说明。9.7 视觉方式确认在可能的情况下，所有通过本文件检测出来的显示都应进行视觉确认。条件允许时，应以视觉方式确定几何特征的位置，然后测量其位置，并将其与超声导波检测结果进行比较。10补充检测导波检测方法快速筛查整个管道，并确定显示的报警位置。但是，它无法揭示显示的具体情况。对于某些不能获得清晰导波检测信号的位置，该方法也无法提供筛查结果；这些位置包括与大型反射结构件(如法兰、阀门和支管)相邻的材料以及主要部件之间的短节，因为这些部件之间的间隔紧密，不能实现充分的评价。应对以下几个方面进行补充检测：——对超声导波检测确定的所有显示进行补充检测；——对超声导波检测无法检测但检测程序要求检测的局部区域进行补充检测。补充检测对于管道进行完整评估是必要的，它是检测的一个重要组成部分。7GB/T45377—202511检测报告检查结束后，应编制检测报告，记录超声导波检测和补充无损检测的结果。最终检测报告应包括以下内容：a)检测日期及地点；b)客户名称；c)管道标志；d)检测管线；e)管径及厚度；f)检测条件及检测期间的任何变化；g)检测管道的一部分；h)检测技术；i)检测设备；j)所用的导波模态和检测频率；k)探头环相对于基准点的位置；1)盲区大小；m)检测长度及不能检测的区域；n)相对于已知几何特征(即焊缝)的距离-振幅校准曲线(DAC)；o)报警线(所有高于报警线的信号都应识别并解释)；p)缺陷示意图；q)指示截面损失，并在可能时指明不连续的周向长度和周向位置；r)检测公司；s)相关检测程序；t)相关合同文件、标准等；u)检测人员的姓名、资格及签名。8GB/T45377—2025附录A(资料性)导波模态的选择A.1导波原理导波是由结构形状引导传播的波。一般来说，导波可在任何介质(固体、液体、气体)的结构形状并以任何频率存在。用于管道检测的导波是在管壁中的固体材料介质中传播的应力波。管道的形状和材料特性决定了波的方向、速度以及应力和位移的分布。这种导向效应能够以最小的衰减实现长距离传播。导波具有结构特性，只有能够存在于某一特定结构中的导波才能被用于检测。导波能以多种模态存在于任何选中的结构中，有的以轴向拉伸运动为主(类似于UT纵波)，有的以扭转运动为主，有的以弯曲运动为主，等等。此外，通常波的速度随频率而变化，即导波具有频散的特点。因此，为了进行可靠的检测，理解并控制选定的导波是至关重要的。A.2 频散曲线及模态振型频散曲线用来描述任何特定结构导波特性的主要信息，显示了每个导波模态速度与频率的关系。这些曲线是用数学理论计算出来的。每种模态都有一个单独的频散曲线，而对于不同尺寸的管道，频散曲线也不同。另一个关于导波的关键描述是它的模态振型，导波的模态代表位移的物理形状及运动形式：拉伸、扭转、弯曲，管道中的导波通常分为三组：纵向(“L”)、弯曲(“F”)和扭转(“T”)。A.3 特定导波模态的选择导波的表现形式是复杂的，了解成功地开发超声导波检测方法需要投入详细的测试策略是非常重要的，测试策略的要素如下：a)单一模态：多模态导波的产生导致许多模态以不同的速度同时在一个结构中运动，影响检测。因此超声导波检测采用特殊的换能器、探头环和信号，在结构中仅产生一种单一导波模态，即检测的“初始模态”。此外，超声导波检测换能器系统设计为从检测位置沿管道的两个方向分别进行检测。b)频散：超声导波检测所使用的模态和频率选用不随导波的传播而发生显著变化。不合理地选择导波的模态和频率，导波信号能在时间和空间上发生频散，从而难以解释不连续的反射波。c)模态振型：超声导波检测使用对管道预期缺损敏感的模态；具体来说，管道超声导波检测使用对内外壁缺陷的反射信号幅值都较高的模态。d)多模态接收：在探头环处接收的反射信号通常是初始模态和许多其他模态的混合信号，这些模态在检测频率下可能存在于检测结构中，非初始模态是初始模态从不连续反射时通过模态转换而产生的。超声导波检测主要利用初始模态的反射信号，且通常也检测选定模态的转换波，也称为“次级波”。对初始波和次级波进行处理可加强对反射特征的解释。设备性能和用户的关注对于达到上述要求至关重要。A.4 不连续的反射导波不连续导波的反射率与常规超声波的反射率不同。不同之处在于，导波能对深度远小于波长的不连续产生明显反射。反射波幅的主要决定因素是周向、轴向和厚度方向的不连续程度。腐蚀造成的不连续是不确定的，其振型通常是未知的，但主要影响因素仍是上文所述的三个有关不连续性的维度。因此能通过不同宽度、深度和长度的矩形槽的反射，建立其与反射的关系。图A.1、9GB/T45377—2025图A.2和图A.3显示了按这三个维度划分的缺陷反射率。参考文献[1]中详细介绍了腐蚀缺陷的导波反射特性。图A.1显示了反射与周向长度百分比的关系。入射波是初始模态(纵向或扭转)；图中显示了初始模态以及次级波(弯曲)的反射系数与缺陷周向长度之间的关系。该图表明，在纵向和扭转模态下，反射系数与矩形槽的周向长度百分比成简单线性比例。图A.2显示了反射与矩形槽深度占壁厚的百分比的关系。入射波和反射波是初始模态(纵向或扭转)。从图A.2中可以看出，反射系数不是线性的，其灵敏度随着矩形槽深度占壁厚的百分比的增加而增大。对于不同的检测参数，该曲线也不同：一般来说，其灵敏度随频率的增加而增大，且受管径和壁厚的影响。图A.3显示了反射与矩形槽相对于波长的轴向长度百分比的关系。同样地，入射波和反射波是初始模态(纵向或扭转)。然而，随着矩形槽相对于波长的轴向长度百分比的变化，反射有明显的变化，能理解为是由于