管道內外壁缺陷檢測的研究

摘要:本文討論了通過漏磁檢測和識別管道內外壁缺陷的方法。檢測器以一定的速度通過缺陷，在缺陷處產生剩余漏磁場，通過霍爾元件檢測到的信號頻率與幅值來判斷缺陷的大小、形狀、還有內外壁分布。研究結果顯示漏磁信號的不同特性是管道內外壁缺陷檢測與識別的一種手段，它提高了缺陷判斷的完整性。

關鍵詞:缺陷檢測 內外缺陷 剩余漏磁通

0 引言

漏磁檢測作為管道在線檢測技術被廣泛使用[1]。漏磁檢測技術成功地克服了傳輸管道檢測中，面臨的實際問題。在線檢測器最早用于檢測和判斷腐蝕缺陷。最近，檢測器發展到可以檢測和判斷其他缺陷，例如機械損傷和裂縫。但仍然有一些問題沒有被解決，例如判斷缺陷大小和形狀以及缺陷內外壁分布區別等等。因此，很多研究人員從事著提高缺陷判斷完整性的工作，本文討論了油氣管道內外壁缺陷的檢測與識別。

1 管道磁化分析

在無損檢測(NDT)系統中，管道漏磁檢測(MFL)方法被廣泛用于檢測地下油氣管道的金屬損失[2-4]。在這個系統中磁化裝置包括永磁鐵、軛鐵、鋼刷、傳感器模塊，其功能主要是與待測石油管道一起構成勵磁回路，對被測管壁進行磁化，使管壁內產生飽和磁通，通過傳感器模塊內霍爾探頭采集檢測缺陷區域的漏磁信號，如圖1所示。

在檢測器的勵磁部分達到了很高的磁化水平，以達到管壁磁飽和，增加信號采集的靈敏度。在檢測器的信號采集部分采用了兩組探頭，前組探頭位于兩磁極之間，測量飽和狀態下漏磁場信號;后組探頭采用高靈敏度的傳感器，放置于磁化裝置的后面，檢測剩磁信號，實驗設備如圖2所示。并且每組探頭里都放置了軸向陣列傳感器和徑向陣列傳感器，獲取缺陷的軸向和徑向管道漏磁信號。所有傳感器檢測信號都通過USB接口發送到計算機。檢測器運行在不同的位置時被測量點的磁場變化，如圖3所示。當檢測器通過管道時，通過傳感器裝置測量缺陷區域磁場的變化。

2 實驗

實驗選用一根管徑325mm管壁厚7mm的X52鋼管，并在管道內外表面人為制作幾個類型的缺陷。其中圓鑿形缺陷深度變化范圍0-3mm，長度大約120mmm，寬度大約2mm，如圖4所示。

單個缺陷的漏磁信號形狀已經由很多研究學者闡述了，由于每個缺陷在管道方向是對稱的，因此徑向信號峰值也是對稱的，二個峰頂距離近似與缺陷長度相等，并且峰值距離與缺陷寬度有關，如圖5所示。單獨由前組探頭傳感器所測量的軸向和徑向漏磁信號與所有管道上的圓鑿缺陷的對應關系被顯示在圖6。后組探頭的徑向漏磁信號和前探頭的徑向漏磁信號比較顯示在圖7。由圖5，6，7可以看到內外壁缺陷的漏磁信號幅值區別明顯。

3結論

一個裝有前后兩組霍爾傳感器探頭的管道漏磁檢測裝置被開發。實驗結果表明一定規格的管道缺陷可以由前組傳感器和后組傳感器檢測到，并且缺陷的內外壁位置可以被確定。但是由于得到的管道漏磁信號不僅取決于探測器和缺陷本身，而且受運行條件的影響，例如測試器的運行速度、管道壓力、管壁厚、提離值等等。因此，很多工作還需要進一步的研究。

參考文獻:

[1]Nestleroth，J.B.and Bubenik，T.A.，“Magnetic Flux Leakage (MFL) Technology for Natural Gas Pipeline Inspection，”Battelle，Report Number GRI-00/0180 to the Gas Research Institute，February 1999.

[2]K.Mandal，D.Dufour，R.Sabet-Sharghi，B.Sijgers，D.Micke，T.W.Krause，L.Clapham，and D.L.Atherton，Detection of stress concentrations around a defect by magnetic Barkhausen noise measurements，J.Appl.Phys.80，pp. 6391 6395 (1996).

[3]Crouch A.E.，\"In-Line Inspection of Natural Gas Pipelines\"， Gas Research Institute Topical Report GRI -91/0365，pp.12~16，1993.

[4]Jim Cordell，C.Eng， M.I.Mech.E， F.Inst.Pet and Hershel Vanzant， \"In-line inspection pigging\"，All about pigging.chapter 8，pp.1~28，1999.