钢质管道外壁爬行漏磁检测技术在工程中的应用.pdf

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1、2 01 0 芷 第 1 期 管 道 技 齐 Pi p e l i ne Te c h n i q u e 设 备 Eq u i p me n t 2 01 0 No 1 钢质 管道 外壁爬行 漏磁 检测技术在 工程 中的应用 熊昌胜 ， 何仁洋 ， 陈华伟 ， 黄辉 ， 李 国关 ( 1 中国特种设备检测研究院， 北京1 0 0 0 1 3 ； 2 长庆油田公司第一采油厂， 陕西延安7 1 6 0 0 0 ) 摘要 ： 文 中介绍了漏磁 的基本原理及漏磁检测 系统在检 测过程 中信号的变化规律及 实际应用 中应 注意问题。与利用管道 内部压差作 为动力的漏磁检测仪 器不同， 该仪 器由主机、

2、 探 头及信号传输 电缆 组成， 探头通 过永磁 铁 、 固定轮 固定 于被 测 管道表 面， 手 动操 作 探 头 以相 应速 率 ( 标 准速 率 应 为 0 5 m s ) 匀速运动， 从而发现管道埋藏缺陷。通过 实际应用发现影响检测精度 、 准确性 的因素主要有 样管制造 、 提 离值调整、 被检管道表 面光滑程度及爬行速率等。 关键词： 管道； 漏磁 ； 速度效应 中图分类号： T E 9 7 3 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 2 5 0 2 The M a g ne t i c Fl u x Le a ka

3、g e De t e c t i o n Te c h no l o g y f o r Out e r S t e e l Tub e XI ONG C h a n g s h e n g ，HE R e n y a n g ，CHE N Hu a we i ，HUAN G Hu i ，L I Gu o me i ( 1 Ch i n a S p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c ti o n a n d R e s e a r c h I n s ti t u t e ， B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a

4、； 2 C h a n g q i n g Oi l fi e l d C o mp a n y O i l P r o d u c ti o n P l a n t N o 1 ， Y a n a n 7 1 6 0 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e b a s i c p r i n c i p l e o f t h e fl u x l e a k a g e d e t e c t i n g s y s t e m a n d t h e l a w o f s i

5、 g n a l c h a n g e s i n d e - t e c t i o n T h i s e q u i p me n t i s c o mp o s e d o f a n e l e c t r o n i c u n i t ， a s c a n n i n g h e a d a n d a k i n d o f s i g n a l t r a n s mi s s i o n c a b l e T h e s c a n n i n g h e a d i s fi x e d o u t s i d e t h e p i p e b y m a g

6、 n e t s B y p u s h i n g t h e s c ann i n g h e a d a t a c o n s t a n t s p e e d ( t h e s t a n d a r d r a t e s h o u l d b e 0 5 m s ) t h e h i d d e n d e f e c t s c a n b e f o u n d T h e a c c u r a c y o f t h e d e t e c t i o n i s a f f e c t e d b y i m i t a t i o n d e f e c t

7、 s ， h a r s h n e s s o f t h e p i p e a n d t h e s c a n ni n g s p e e d， e t c Ke y wo r d s ： p i p e ： MF L； s p e e d e f f e c t 0引言 石油、 天然气 管道工 作环境非 常恶劣 ， 内外壁腐 蚀是导致管道 失效 的主要 因素之一。由管 道 内外腐 蚀缺陷导致 的管道开裂往往会造成严重损 失和环境 污染 。因此 ， 油气管道的内外腐 蚀状况检测是有效评 估管道 的寿命 、 防止管道泄漏 ， 保 证输 油气管道安全 运行的重要手段之一 。 在众多的管

8、道检测方法 中， 漏磁检测方法使用较 广泛 ， 它是通过使金属管壁磁化后 ， 在其缺 陷处产 生 漏磁通 ， 通过检测仪器获取磁通量得知管壁的损伤或 腐蚀程度。它是目前管道内腐蚀检测的最先进技术。 随着漏磁通技术的应用 ， 外壁爬行漏磁检测 技术在钢 质管道上得到了越来越多的使用 。 由于管道的情况 比较复杂 ， 外壁爬行漏磁检测技 术在应用过程中 ， 也 出现 了较多的问题 ， 文 中就该技 术应用 中应注意的问题进行 了讨论 ， 并给出几个成功 应用的实例 。 收稿 日期 ： 2 0 0 9一O l一1 8 收修改稿 日期 ： 2 0 0 9 0 82 7 1 漏磁检测原理 漏磁检测技术是

9、 一种 用来 检验管线 内外部腐蚀 缺陷的技术 ， 原理如图 1所示 。当被测工件上有缺陷 时 ， 会 导致 缺陷处及其 附近的磁 阻增加 ， 而使缺 陷附 近的磁场发生畸变。磁通折射人磁导率较小 的空气 之中产生漏磁场， 被磁体之间的磁敏传感器检测到。 漏磁场 的强弱 、 分布特征 与缺 陷的大小 、 形状及分布 相 关 。 图 1漏磁检测原理图 2 漏磁检测应用中的问题探讨 2 0 0 8年 ， 对某天然气 厂 q b 6 6 0天然气管线 ( 2 0 0 1 年投用 ) 进行外壁漏磁爬行检测 ， 该 管线外 防腐层 为 环氧粉末。虽然表面光滑平整 ， 但 由于管线沿沙漠敷 设 ， 管道表

10、面有微小的沙粒， 仪器在检测过程中频繁 2 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t J a n 2 0 1 0 报警 ， 经验证全部 为虚假信号 ， 在对表面进行清洁处 理之后 ， 上述 现象 消失 。说明虽然沙粒很小 ， 但对 管 道检验效果有明显影响 ， 也反映仪器的灵敏度高 。 2 0 0 8年 9月， 对某化工厂的部分在用工业管道进 行了漏磁检测， 待检管道使用年限较长， 腐蚀严重， 多 处存在大面积腐蚀麻坑 ， 最深达到 2 m m， 通过调整漏 磁门槛值起不到实际作用， 太小将频繁报警， 太大没 有实际意

11、义 ， 不能发现缺陷， 而将表面全部抛光 ， 投入 成本巨大 ， 建议用超声测厚仪抽查 ， 超标则直接更换 新管。 上述两个例子说 明外壁漏磁爬行技术受表 面形 貌影响较大。 另外 ， 钢质管道外壁漏磁爬行速度也影 响检测结 果 ， 手动操作基本上 能保证探头匀速运动， 但在爬 行 最初及结束期间 ， 必须人为加速及制动 ， 在此过程中， 探头为变速运动 ， 扫描区域 将产生虚假信号。因此 ， 在实际检测中， 探头匀速爬行区域可视为有效检测区 域 ， 变速爬 行 区域采 用利 用二 次爬 行覆 盖 ， 以达 到 1 0 0 检测 。以下针对实际检测过程 中几个影响检测 结果的关键参数及其调整方

12、法进行探讨。 2 1 调整探头装置灵敏度 探头的灵敏度必须进行有效调整 ， 才能确保检测 精度。 要保证样管跟被测管道具有相 同外 径、 壁厚 、 牌 号。不 同材料的磁导率不 同， 因此缺陷处产 生的漏磁 场也不 同； 不 同规格将导致探头参数与被测管道不匹 配， 影响检测结果 的准确性 J 。总之 ， 样 管跟被测管 道越接近 ， 则检测结果越准确。样管上人工 缺陷的制 作要尽可能与 自然缺陷特征相近。 探头主要做两方 面的调整 ： 首先 ， 要 充分显示样 管上的人工缺陷， 由于漏磁采用的是永磁铁励磁及 1 2 V电池供电， 磁场强度及电流强度无法调整 ， 因此只能 适当调节提离值 (

13、即传感器与被测管道表面的距 离) 直到显示人工缺陷为止 ； 其次 ， 调整主机 门槛值 ， 使 主 机能正常指示人工缺陷 的位置 ， 并避免因样管上可能 出现的不平整而出现虚假信号。 2 2 调整提离值 提离值在漏磁检测过程 中直接影响到缺 陷处漏 磁场的识别能力 ， 漏磁场强度随着提离值增大迅速减 小 ， 因而检测灵敏度随提离值 增大而减小 ； 但是提离 值的波动误差却随着提离值增大而迅速变小。因此 ， 调整提离值的原则是： 在保证检测灵敏度的前提下尽 可能增大提离值。当传感器在管道表面扫查 时， 管道 表面起伏不平的腐蚀缺陷、 颗粒状异物 、 焊缝等均会 致使提离值产生波动误差 ， 它会对

14、检测结果带来不利 影响，因而需加以抑制。 漏磁检测采用 的是永磁体励 磁 、 霍尔传感器 ， 其 检测方法如图 2所示 。 图 2霍 尔探 头检 测 不 意 图 实际检测过程 中， 很多物理因素都可能造成管道 表面 2 m m左右的不平顺 波动 ， 而漏磁提供 的提离值 校准标准片为 2 m m( 如图 3所 示塑料 片) ， 是建立在 管道表 面非常平整 的前提下 ， 因此在实际检测 中， 只 能以此为参考调整 提离值 。由于空气耦合磁场 的影 响 ， 为尽可能减小提离值波动 ， 参考文献 3 提出的增 大磁极间距 及缩短钢刷径 向长度在实际应用 中是不 可行 的， 只能最大限度使被测管道表

15、 面平整光滑， 并 适当调整提离值由小到大 ， 反复检测以保证检测结果 的准确性 。 图 3漏 磁提 离 值 调 整 2 3 控制检测速度 在漏磁检测过程中， 漏磁检测设备运动速度的增 加会引起磁极附近的感应涡流，涡流引起的磁场叠加 在原有磁场上 ， 使漏磁场发生改变。随着检测速度的 增加 ， 霍尔传感器输出信号 的基线幅值发生 了变化， 当检测速度到达上限时， 漏磁信号将产生严重失真， 在检测过程中将频繁出现虚假信号 。另外， 速度效 应随缺陷深度的不同而变化， 在高速检测的情况下， 浅缺陷更难被发现。因此 ， 在实 际检测 中， 将检测速 度控制在 0 5 r n s 为 了最大程度地发现

16、管道体积型 缺陷 ， 可以适 当调整检测速度 ， 配合测厚仪验证 。 3 工 程实例 2 0 0 8年 9月 ， 对某厂常减压、 催化等装置部分在 用工业管道进 行 了漏磁 检测 ， 此次 待检管线 管径为 1 5 0 mi l l N1 4 0 0 mm， 前期用 于漏 磁灵 敏度调整的样 管选取工作 比较复杂。在已检出缺陷 ( 下转第3 O页) 3 0 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t J a n 2 0 1 0 得声速值具有一定 的差别 ， 且在三通处和跨越三通后 波速值浮动较大。利用链接光标捕捉各点位置坐标

17、平均值与实际信号源位置进行对比， 得到不同声速设 置引起 的测量值与实际值的误差 ， 通过对 比找出声速 值设置大小对定位产生的影响。 图5为同一信号源不同声速设置条件下引起的定 位误差 图， 不 同的声速设 置带来不 同的定位误差， 在 靠近传感器 的两侧所测得声速与两传感器 中部位置 得到的声速值不同， 其 中既与传感器相隔距离大小有 关 ， 同时也取决 于管 道的形状 以及是 否接有外 接接 口， 而管道上各种不规则构件 以及距离外接接 口远近 都会对定位产生影响。因此 ， 实 际检测过 程中 ， 要采 用声速的调整对关键位置进行定位复验， 避免产生较 大的定位误差， 以至于产生伪定位

18、、 无定位 、 大误差定 位等现象。 1 4 0 1 2 0 乓1 0 0 8 0 棚4 0 2 O 0 图 5 同一信 号源不 同声速条件下 的定位误差图 4 结束语 由图 1分析可得 ， 相同条件下 6 0 k H z 传感器衰减 程度 比 1 5 0 k H z 传感器小得多。1 5 0 k H z 通道在 0 5 m距离范围内衰减近似直线 ， 且衰减 程度接近于 3 5 d B 6 0 k H z 传感器在 1 m和 1 7 m长度分别衰减 8 d B 和 l 6 d B左右 ， 6 0 k H z 更适合于现场管道长距离检测。 管道声发 射信号 检测过程 中， 由于管道传 声特 性，

19、 使得声信号传播过程具有 反射 、 折射 以及不 同模 式声波 的转换 、 叠加 、 干涉 ， 使衰减 曲线产 生 回波效 应 ， 在某些位置 ( 距离 通道 7 0 09 0 0 m m 与1 3 0 0 1 5 0 0 mm) 出现高幅值信号 ， 衰减曲线 出现反弹现象 ， 但是衰减曲线整体呈下降趋势。 管道声发射信号衰减 曲线斜率 随着与传感器距 离的增加不断变小 ， 衰减程度 由快速衰减不断趋于平 稳 ， 单位距离的衰减 幅度不断减小 ， 这是管道适用于 长距离声发射检测的一个原因。 由图 4可知 ， 管道上 的外 接接 口或变化处 ， 如 阀 门、 三通、 法兰 、 弯头等构件， 对

20、声发射信号产 生一定 的影响 ， 并且距离接 口越 近， 声信号衰减越快 ， 而这些 部位往往是焊接部位 ， 是损伤容易产生的地方。因此 进行定位检测过程 中， 要设定合适 的声速 并进行复 验 。 由图5曲线分析 ， 带有外接接 口的不规则管道 ， 其 声速与定位设置要根据实际情况进行 比较分析 ， 有针 对性对不同活性源位置采用不同声速设置进行定位 ， 并进行校验 ， 防止出现伪定位 、 缺失定位现象的发生。 参考文献 ： 1 沈功田， 戴光 ， 刘时风 中国声发射检测技术进展学会成 立 2 5周年纪念 无损检测 ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 6 ) ： 3 0 2 3 0 7 2

21、邵峰， 梁华 大型常压金属储罐在线声发射检测与评价 特种设备安全技术， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 4 7 5 0 3 赵庆华 输油管道存在问题及对策 管道技术与设备， 2 0 0 2 ( 2 ) ： 79 4 赵麦群， 雷阿丽 金属的腐蚀与防护 北京： 国防工业出版 社 ， 2 0 0 2 ： 1 2 7 5 杨明纬 声发射检测 北京：机械工业出版社， 2 0 0 5 ： 1 1 1 7 作者简介： 汪文有( 1 9 8 1 一) ， 硕士研究生， 研究方向为管道腐蚀 声 发射检测 ( 上接第 2 6页) 的管道表面反复调整提离值 ， 成功实 现了漏磁灵敏度的校准。在工程检验中， 发现

22、1 1处缺 陷， 经过验证， 局部腐蚀减薄最大达到了5 5 m m 4结束语 漏磁检测法是 目前钢 质管道 内外腐蚀 检测最先 进的手段 J ， 尽管有各种限制与不足 ， 但通过探头沿 管壁爬行提高 了检测效率并实现 了对体积 型缺 陷的 1 0 0 检测。 由于被测管道条件各 异， 样管 的选取 、 探头校准 及被测管道 的表面光滑程度对检测结果的准确性影 响较大， 有效解决上述问题， 将大量减少验证虚假信 号的工作量， 提高检验的效率与可靠性。 参考文献 ： 1 MA N D A Y A M S ，U P D A L ， U P D A S S ， e t a 1 I n v a r i

23、a n c e t r a n s for ma t i o n s f o r ma g n e t i c f l u x l e a k a g e s i g n a l s I E E E T r a n s a c t i o n s o n m a g n e t i c s， 1 9 9 6 ， 3 2 ( 3 )： 1 5 7 7 1 5 8 0 2 蒋齐 管道缺陷漏磁检测智能识别技术 中国仪器仪表 ， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 1 2 3 崔伟， 黄松岭 ， 赵伟 传感器提离值对管道漏磁检测的影 响 清华大学学报( 自然科学版) ， 2 0 0 7 ， 4 7 ( 1 ) ： 2 1 2 4 4 马凤铭 高速漏磁检测中的速度效应及信号补偿 无损探 伤， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 3 ) ： 1 21 5 5 刘慧芳 油气管道内腐蚀检测技术的现状与发展趋势 管 道技术与设备 ， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 1 3 作者简介： 熊昌胜( 1 9 8 3 一) ， 工程师， 从事漏磁原理研究及新技 术应用等工作。