基于远场涡流技术的油气集输管道缺陷检测研究

发布时间：2020-11-20 21:23

　　油气集输管道所处环境特殊,一方面管内输送介质具有较强的腐蚀性,另一方面管外土壤、雨水等因素也会对管壁产生影响。管道长期处于该环境下,容易发生各种腐蚀现象,形成穿孔、凹槽、大面积减薄等缺陷。本文针对油气集输管道目前面临的腐蚀问题,运用远场涡流技术开展腐蚀缺陷检测研究,保证油气集输管道的安全运行。远场涡流技术在管道内进行缺陷检测,能实现整个管壁的检测,环境适应能力强,无需耦合剂,比漏磁检测技术灵敏度更高。远场涡流检测探头在管内激发磁场,部分磁场能量会两次穿透管壁到达远场区,放置在远场区的接收线圈拾取磁场信号判断管壁缺陷信息。本文在对远场涡流技术的检测原理和管道缺陷检测数学模型的分析下,利用有限元仿真软件COMSOL开展仿真实验,并搭建远场涡流管道缺陷检测系统,开展管道人工伤检测实验。首先,以远场涡流管道缺陷检测原理和数学模型为依据,并以实际的待检测管道为对象,利用多物理场耦合软件COMSOL建立有限元仿真模型。然后,对远场涡流在管道内的磁场分布、管内磁场轴向和径向分量、全周向轴对称凹槽缺陷下的磁场分布、缺陷深度与磁场信号关系、内外壁缺陷信号的关系等开展了仿真实验研究。最后,仿真出管道内磁场的分布形式和磁位谷节点,与检测原理和数学模型相符合,证实了仿真实验的可行性;比较出管内磁场轴向分量Bz比径向分量Br更适合进行缺陷检测;对磁场轴向分量Bz进一步研究,找出了远场区在管道内精确的分布形式;针对全周向轴对称凹槽缺陷,仿真分析了缺陷附近磁力线的改变情况;研究了缺陷深度变化下的磁场信号,两者之间存在近似的正比关系;对同一参数缺陷分别存在于管道内壁和管道外壁分析,两种情况下缺陷检测灵敏度一致;针对远场涡流探头长度过长的问题,对探头设计作优化仿真,在近场区加设磁场屏蔽盘,发现高磁导率材料制作的屏蔽盘比高电导率材料制作的屏蔽盘更能有效提前远场区。搭建远场涡流缺陷检测系统,主要包含激励信号发生与功率放大部分、检测探头、信号差分放大以及相敏检波和信号显示部分。重点对检测探头详细介绍:设计了三类不同形式的接收线圈,以获得最佳的磁场信号接收线圈形式;接收线圈均采用双线圈差动形式,可以有效减弱部分噪声信号;依据仿真结果,在距离激励线圈一定位置处设置近场屏蔽装置,缩短探头长度。基于仿真实验结果和搭建的远场涡流检测系统,开展多组管道人工伤检测实验。针对三类不同形式的接收线圈,进行缺陷检测能力对比试验,得到了最佳的接收线圈形式。对管壁上最具代表性的三类缺陷开展被检难易度分析实验,结果显示周向延伸的缺陷最容易被检测到,轴向延伸的缺陷最难被检测。分析缺陷深度与检测信号的关系,实验数据表明缺陷深度与检测信号电压幅值成近似指数关系,与电压相位成近似正比关系,可实现缺陷深度的定量化研究。针对探头检测灵敏度不够高的问题,对探头结构改进并开展试验,探头灵敏度得到了一定地提高,但还需更深一步的分析研究。目前,国内远场涡流技术主要用于检测热交换器等细小且薄壁的管道,在油气集输管道中的应用还不够成熟。本文以管外径和壁厚分别为108mm和5mm的铁磁性管道为实验对象,开展了部分远场涡流缺陷检测实验,以期对远场涡流管道检测方面提供一定的参考。
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE977
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