臥式儲罐漏磁內(nèi)檢系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用研究

孫立強(qiáng)

(克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系)

臥式圓柱形儲罐具有承受較高正壓和負(fù)壓的能力，有利于減少油品的蒸發(fā)損耗，也減少了發(fā)生火災(zāi)的可能性，它可以成批制造，然后運往工地安裝，便于搬運和拆遷，機(jī)動性較好，因此廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)。而目前對此類儲罐的安全檢測還沒有比較完善的方法。漏磁檢測憑借其特有的優(yōu)勢，在無損檢測領(lǐng)域得到了迅猛的發(fā)展，目前我國漏磁檢測研究取得了許多成果，并應(yīng)用于立式儲罐罐底板檢測及管道檢測等方面，但是對于應(yīng)用到臥式儲罐檢測的研究還較少[1]。筆者結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有漏磁檢測的研究進(jìn)展，提出臥式儲罐內(nèi)部漏磁檢測方法，對檢測的影響因素進(jìn)行了闡述，設(shè)計臥式儲罐檢測系統(tǒng)并驗證了此方法實際應(yīng)用到臥式儲罐檢測中的效果。

1 漏磁檢測原理與影響因素

實際臥式儲罐多采用導(dǎo)磁性能良好的高碳鋼或者合金鋼制成，適合利用漏磁檢測方法進(jìn)行檢測。漏磁檢測是利用磁現(xiàn)象來檢測鐵磁材料工件表面及近表面缺陷的一種無損檢測方法[2]。它通過電磁能量與被測件之間的交互作用來檢測工件存在的缺陷。筆者采用永磁局部磁化方式，磁化結(jié)構(gòu)沿著儲罐內(nèi)壁周向進(jìn)行掃描檢測。

影響臥式儲罐漏磁檢測的因素主要有以下幾個方面：

a. 磁化場的強(qiáng)弱對缺陷漏磁場的影響很大。由于磁化場決定了工件的磁化程度(磁感應(yīng)強(qiáng)度)，當(dāng)磁化程度較低時，漏磁場偏小，而且增加緩慢，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和值的80%左右時，漏磁場不僅幅值較大，而且隨著磁化場的增加會迅速增大。

b. 臥罐的材料和曲率。漏磁檢測其本身的特性是僅能對鐵磁性材料進(jìn)行檢測，所以容器材料的情況也直接影響到臥罐漏磁檢測的結(jié)果。材料磁導(dǎo)率越低的容器其缺陷漏磁場越不容易被檢測到；當(dāng)磁化結(jié)構(gòu)一定時，檢測還受儲罐的曲率的影響。

c. 缺陷特征對漏磁場的影響。對臥式儲罐進(jìn)行檢測時，缺陷本身是產(chǎn)生漏磁場的主要原因，其中缺陷的方向、大小、位置和性質(zhì)會對缺陷漏磁場的強(qiáng)度產(chǎn)生影響[3]。

實際檢測中，檢測速度、腐蝕產(chǎn)物、表面涂層厚度以及傳感器提離值等都會對漏磁檢測產(chǎn)生一定影響[4]。

2 漏磁檢測系統(tǒng)組成及設(shè)計

根據(jù)臥式儲罐漏磁檢測的基本原理，采用局部勵磁，本設(shè)計臥式儲罐內(nèi)部漏磁檢測儀主要由勵磁裝置、漏磁檢測裝置及檢測信號處理系統(tǒng)(包括傳感器、信號采集處理裝置、軟件系統(tǒng))等組成，另外根據(jù)臥式儲罐檢測儀的現(xiàn)場應(yīng)用要求，還應(yīng)該包含有輸入輸出、人機(jī)交互設(shè)備及充電等基本功能。

2.1 勵磁結(jié)構(gòu)設(shè)計

此次分析臥式儲罐的漏磁檢測采用內(nèi)部周向檢測，檢測磁化結(jié)構(gòu)如圖1所示。磁化結(jié)構(gòu)中銜鐵、永久磁鐵、極靴、氣隙和臥式儲罐罐壁組成了整個勵磁回路，實現(xiàn)對被測容器壁的局部磁化。勵磁裝置的設(shè)計是影響檢測系統(tǒng)檢測能力的主要因素，可以用試件的磁飽和率來衡量結(jié)構(gòu)尺寸是否滿足要求，在滿足容器磁化強(qiáng)度的前提下，盡量使磁化結(jié)構(gòu)體積小、重量輕。在理論初步計算的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ANSYS軟件仿真進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定磁鐵、銜鐵和極靴的尺寸參數(shù)。

圖1 臥式儲罐內(nèi)檢測磁化示意圖

2.2 漏磁檢測裝置設(shè)計

2.2.1傳感器的選擇與應(yīng)用

傳感器作為提取缺陷漏磁場之用，將磁信號轉(zhuǎn)換為電信號，本檢測系統(tǒng)傳感器采用霍爾元件。但傳感器是精密器件，為使其在檢測過程中不受到損壞，將其放入由不銹鋼制成的傳感器盒中。

2.2.2編碼器的選擇與應(yīng)用

編碼器主要是選用問題，缺陷漏磁場信號是在空間域上的連續(xù)信號，根據(jù)空間域采樣定理確定出采樣間隔，光電脈沖編碼器為e6a2型旋轉(zhuǎn)光電脈沖編碼器，采用的采樣間距為2mm。

2.2.3數(shù)據(jù)采集卡的選擇與應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集卡選用PCI總線數(shù)據(jù)采集卡，動態(tài)采集缺陷漏磁場徑向分量與軸向分量及傳感器位移信息。

2.3 檢測信號處理系統(tǒng)設(shè)計

檢測信號處理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)和分析軟件組成。根據(jù)臥式儲罐漏磁檢測儀的現(xiàn)場應(yīng)用要求，其信號處理系統(tǒng)必須包含有數(shù)據(jù)采集、顯示、報警、輸入輸出以及充電等基本功能。考慮到這些要求，設(shè)計的臥式儲罐漏磁檢測信號處理系統(tǒng)的總體框圖如圖2所示。整個系統(tǒng)由3部分組成，主體部分包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和PCI2036模塊。

2.4 檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

臥式儲罐漏磁檢測數(shù)據(jù)采集和分析軟件是以Windows98/2000/XP為操作平臺，采用可視化編程工具C++Builder編制的，整個軟件采用多線程技術(shù)，操作簡便，軟件的操作能適應(yīng)快速檢測的需要，可以實現(xiàn)磁場數(shù)據(jù)實時顯示和缺陷計數(shù)，實時采集存儲及事后返放分析等功能。此軟件系統(tǒng)可以通過顯示彩色帶圖的形式實時反映缺陷的嚴(yán)重程度，還可以通過事后返放分析其波形圖。

圖2 信號處理系統(tǒng)

3 實際應(yīng)用研究

筆者應(yīng)用研制的臥式儲罐漏磁檢測系統(tǒng)對某容積為5m3的常壓臥式水罐進(jìn)行漏磁掃描檢測。根據(jù)現(xiàn)場檢測需要，在容器內(nèi)部進(jìn)行周向漏磁掃描并對整個容器的腐蝕情況進(jìn)行掃描。

經(jīng)過整體掃描，發(fā)現(xiàn)在筒體和封頭處均存在缺陷，圖3、4分別為截取的臥式儲罐筒體和封頭處的一部分掃描彩色帶圖，從帶圖中可以看出，此次研制的臥式儲罐漏磁內(nèi)檢測系統(tǒng)不僅能檢測出缺陷的存在，檢測的精度可以達(dá)到容器壁厚的20%，而且還可以根據(jù)彩色帶圖的顏色清晰分辨出不同嚴(yán)重程度的容器缺陷。

圖3 儲罐筒體漏磁檢測彩色帶圖

圖4 儲罐封頭處漏磁檢測彩色帶圖

圖5為現(xiàn)場檢測后返放分析時臥式儲罐檢測的一段漏磁波形信號，可以看出經(jīng)過軟件的去噪圓滑等處理，漏磁信號波形圖在缺陷處明顯存在典型的標(biāo)準(zhǔn)漏磁信號，可根據(jù)此信號對缺陷的性質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

4 結(jié)束語

對臥式儲罐檢測系統(tǒng)進(jìn)行實際應(yīng)用研究，應(yīng)用此次設(shè)計的臥式儲罐漏磁內(nèi)檢測系統(tǒng)對現(xiàn)場臥罐進(jìn)行漏磁掃描，掃描結(jié)果顯示本套系統(tǒng)不僅可以準(zhǔn)確檢測出缺陷存在，還可以清晰分辨出不同嚴(yán)重程度的容器缺陷，達(dá)到了對臥式儲罐高效率、高精確度檢測的目的，可在臥式儲罐現(xiàn)場實際檢測中推廣應(yīng)用。

圖5 缺陷信號波形

[1] 胡浪濤，何輔云．管道漏磁檢測磁化系統(tǒng)研究和設(shè)計[J].電子測量與儀器學(xué)報，2008，22(6)：102～106.

[2] 王賢琴,阮江軍,杜志葉. 鋼管漏磁探傷中孔洞缺陷的漏磁場分析[J].無損檢測，2005,27(12):249～241.

[3] 戴光,崔巍,楊志軍,等. 基于三維有限元的換熱管缺陷漏磁場數(shù)值模擬[J].壓力容器，2009,26(11):21～26.

[4] 熊昌勝，何仁洋，陳華偉，等.鋼質(zhì)管道外壁爬行漏磁檢測技術(shù)在工程中的應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2010，26(1):95～98.