基于三维漏磁测量的腐蚀检测探头设计.pdf

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1、第24卷第6期2011年11月机电产品开发与剀新Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProduct8Vol。24，No。6Nov．，2011文章编号：1002—6673(20r1)0611l埘基于三维漏磁测量的腐蚀检测探头设计曹熙，刘红旗，胡铁华，吴哲(机械科学研究总院，北京100044)摘要：在传统一维漏磁检测的基础上，为了获取更多特征信息以提高漏磁检测对缺陷的识别能力，提出了三维漏磁检测新方法。较传统一维检测，三维漏磁检测对信号采集系统有着更高的要求

2、，本文适时提出了一种适应三维漏磁检测的磁场测量探头的设计方案，并已经在实验现场得到应用。关键词：管道；三维；漏磁；检测；低功耗中图分类号：TP274文献标识码：Adoi：lO．3969／j．issn．1002—6673．2011．06．045DesignofaMetal-lossDetectionProbeBasedon3DMFLMeasurementCA0Xi，LIUHong-Qi，HUTie-Hua，形UZhe(ChinaAcademyofMachineryScienceandTechnology，B

3、eijing100044，China)Abstract：Foracquiringmorefeatureinformationtocontributetotheidentificationofdefects，themethodof3DMFLmeasurementhasbeenproposed．ComparingwiththetraditionalOne—dimemionaldetection，Three—dimensionaldetectionhashigherrequirementsforthesi删Ac

4、quisitionSystem．ThispaperproposesadesignplanforthemagneticfieldprobeadaptedtoThree—dimensionalMFLdetection．Theprobeabovehasbeenappliedintheexperimentalfield．Keywords：pipeline；three—dimension；MFL；detection；lowpowerconsumption0引言近年来，中国经济发展迅速，生产企业对于原油天然气需求攀升

5、。伴之而来的是油气运输需求的增加，而管道运输是石油天然气的主要运输方式【ll。油气管道长期服役后，会因外部干扰、腐蚀、管材和施工质量等原因发生失效事故翻，安全隐患极大。隐患的早期排查主要依靠管道内检测技术，在众多管道内检测技术中，漏磁检测(MFL)技术最为成熟，稳定性最高，应用最广泛131。漏磁检测的基本原理是利用外加磁场使管道材料磁化．当材料有缺陷时导磁率将发生变化，导致磁力线弯曲畸变，并有一部分磁力线泄漏出材料表面。通过检测该泄漏磁场就能有效地识别出缺陷的形状和深度14】。目前，国内采用的油气管道漏磁

6、检测器主要是基于一个维度方向上漏磁场的检测嘲．利用主磁场方向的漏磁通来确定缺陷情况。虽然能基本定性找出缺陷，但是却忽略了另外两方向漏磁场分量．而此分量信号能量比较集中，携带了大量缺陷信息，对于我们更精确的确定缺收稿日期：2011-09—28基金项目：科技部科研院所技术开发专项项目(2209004siJ)作者简介：曾熙(1987一)，男，在读研究生。主要研究方向：无损检测；刘红旗。男，博士，研究员、博士生导师。陷的形状和位置有着重要作用。1三维探测新方法与实现技术漏磁检测原理如图1所示。漏磁场作为空间中连续

7、分布的一种向量场，可以用磁偶极子模型来推演Iq．该模型认为缺陷的漏磁场由极性相反的偶极子产生。铁芯以二维的矩形槽为圈1管道漏磁检测示意图例，两个磁偶极子位于缺陷两侧，磁荷密度分别为+Q和一Q，由此可得空间中任一点M(x，y)处产生的漏磁场为：B=BJ+BF卫rl+—乓r2(1)4百r1上orI4仃p吣r2式中：‰一真空中磁导率。由式(1)可知，B为空间中的一个矢量．通常把其正交分解到x—Y—Z方向来进行分析。对于管道轴向磁化模式，漏磁场Bx是平行予试件表面。与外加磁场方向平行的分量，为主磁场分量；漏磁场B

8、y是平行于试件表面并与外加磁场方向垂直的分量，为副磁场分量；漏磁场Bz是一Q+Q图2偶极子模型示意图11l·测试与控制·垂直于试件表面并与外加磁场方向垂直的分量。场分量。如图3所示。圈3三维漏磁场示意图2三维漏磁检测探头的设计与分析为副磁目前，我国应用的油气管道腐蚀检测器主要是基于一个维度方向上漏磁场的检测，受电池容量限制，沿管道圆周最多布置500个传感器，传感器间距5—10mm，对于缺陷形状和深度检测精度还存在不足。特别是对