周邊管道對帶包覆層管道脈沖渦流檢測的影響

薛盛龍，付躍文，顧增濤

(南昌航空大學 無損檢測技術教育部重點實驗室， 南昌 330063)

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周邊管道對帶包覆層管道脈沖渦流檢測的影響

薛盛龍，付躍文，顧增濤

(南昌航空大學 無損檢測技術教育部重點實驗室， 南昌 330063)

在對帶包覆層管道進行脈沖渦流檢測時，帶包覆層管道周圍經常存在其他管道，這些管道會對脈沖渦流管道檢測造成干擾。針對這種情況，建立了周邊管道在被檢測管道的兩側且與檢測管道平行的仿真模型，比較周邊管道與被檢測管道不同距離情況下的干擾影響。進行了周邊管道在不同位置的多組試驗，并與仿真結果進行比較。結果表明，周邊管道在被檢測管道兩側0.6 m處時開始影響檢測結果。

脈沖渦流檢測; 周邊管道;干擾;仿真

帶包覆層鐵磁性管道在石油、化工等領域被普遍應用，并且已經成為現代工業中不可缺少的部分。隨著我國經濟社會的高速發展，管網數量和里程都快速增長。這些鐵磁性管道在有傳輸介質時，為了防止介質的能量通過管道表面造成過大損失，往往會在管道的外層加上一層厚厚的保溫層；同時又為了避免保溫層遭受外部壞境的破壞，在保溫層外面又會加上一層一定厚度的金屬保護層[1]。最外層的金屬保護層材料一般為鋁皮、白鐵皮等，厚度一般在1～2 mm范圍內,即常用包覆層管道[2]。包覆層鐵磁性管道大多為普通碳素鋼管和低合金鋼管等鐵磁性管道,這些管道會發生外壁腐蝕和內壁腐蝕。包覆層管道中的保溫層材料多含有礦物鹽成分，其結構疏松多孔且極易吸水，當包覆層管道的外層金屬保護層發生破裂時，雨水等自然介質就進入保溫層材料中并與金屬管壁發生氧化作用和電化學反應，時間一長就造成了包覆層下的管道壁厚外壁腐蝕(Corrosion-under-insulation ,CUI)[2]。管輸介質內含有的腐蝕性雜質的成分和含量復雜，又經常運行在高溫高壓環境下，因此管道很容易發生電化學腐蝕[3]。常規的無損檢測技術都需要先去除管道外的包覆層再進行檢測，而且都需要進行停機檢測[4-6]，而脈沖渦流檢測就不用去除包覆層,所以需要研究帶包覆層管道的脈沖渦流檢測。但是在實際檢測中，很少對單根管道進行檢測，通常周圍都有其他管道，這些管道對被檢測管道上的磁場是有影響的。因此研究這些管道在不同位置對檢測的影響是有必要的。

1　帶包覆層管道的脈沖渦流檢測基本原理

脈沖渦流檢測(PEC, Pulsed Eddy Current)技術采用的是具有一定占空比的脈沖方波信號作為激勵，由工件上脈沖渦流信號引起檢測線圈上的感應電壓變化作為檢測分析結果[7-8]，該檢測技術能穿透包覆層管道一定厚度的金屬保護層和保溫層，并檢測到不同深度的缺陷[9-10]。將方波信號加載在激勵線圈兩端，當瞬間關斷激勵線圈兩端的方波激勵信號時，激勵線圈就會感應生成一個快速衰減的脈沖磁場，快速衰減的脈沖磁場在導體試件中就會感應出脈沖渦流；最后脈沖渦流又會感應出一個衰減的二次磁場，脈沖渦流感應的二次磁場在檢測線圈上又會感應出瞬態的感應電壓。如果試件上有缺陷，就會對試件上的脈沖渦流分布產生影響，渦流的變化又會影響感應磁場的變化，磁場的變化最終會導致檢測線圈上的感應電壓發生變化，所以通過分析檢測線圈上的感應電壓，就可以得到試件上的缺陷信息[11-13]。

在帶包覆層鐵磁性管道腐蝕的脈沖渦流檢測時，傳感器線圈置于包覆層管道的外層，傳感器線圈由激勵線圈和檢測線圈兩部分構成。檢測激勵線圈采用雙極性脈沖方波電流作為激勵，當瞬間關斷激勵線圈中的電流時，在激勵電流的作用下，激勵線圈中會產生一個快速衰減的脈沖磁場，磁場穿過包覆層管道的外層和保溫層到達管壁中;然后變化的脈沖磁場又在鐵磁性管道材料中感應出瞬時渦流，瞬時渦流又會感應出二次磁場，二次磁場被檢測線圈接收，并感應出瞬態感應電壓。圖1所示為有腐蝕缺陷和無腐蝕缺陷時的感應電壓衰減曲線，從圖中可以明顯看出有腐蝕區域的感應電壓曲線衰減要快于無腐蝕區域的感應電壓曲線衰減。

圖1　有無缺陷條件下的感應電壓衰減曲線

2　仿真與試驗

2.1仿真過程與結果

利用ANSYS軟件對管道進行仿真，分別建立探頭在包覆層的水平兩側的模型并進行計算。圖2所示為激勵線圈在包覆層一側的三維模型。之后對模型進行屬性設置、網格劃分、加載計算和后處理。

圖2　建立的仿真模型

提取出接收線圈的感應電壓值，繪制出感應電壓的衰減曲線。圖3(a)所示是在干擾管(周邊管道)距被檢測管0.5 m時的左右兩側的感應電壓衰減曲線，此時曲線已經失去了對稱性。圖3(b)所示的是右側(稱靠近干擾管的一側為右側，另一側為左側)在無干擾管和干擾管距檢測管右側0.5 m情況下的感應電壓衰減曲線，可見,干擾管已經對感應電壓的衰減有了影響。

圖3　接收線圈的仿真感應電壓衰減曲線

2.2試驗系統

采用的檢測系統含發射機、接收機、專用阻尼線、自制檢測探頭、供電電源等，圖4為試驗檢測系統平臺。探頭由一個發射線圈和一個接收線圈組成，發射機主要對激勵線圈進行供電，接收機對檢測線圈信號進行接收。

圖4　試驗檢測系統平臺

2.3試驗方法及步驟

為了研究干擾管在不同位置對檢測的影響，在包覆層的水平兩側分別采集數據，由于管道的對稱性，在沒有干擾管時，左右兩點的數據是一樣的。但是在有干擾管的影響下，會使左右兩點的數據失去對稱性。同時還可以研究干擾管對單點檢測的影響。 試驗步驟為：① 探頭分別放置在包覆層的水平兩側，在無干擾管的情況下進行多組試驗，完成單管的數據采集。② 干擾管分別放置在距檢測管2，1.8，1.6，1.4，1.2， 1， 0.9，0.8，0.7，0.6，0.5，0.4 m處，進行多組試驗，完成雙管的數據采集。③ 對采集的數據進行處理。④ 利用畫圖軟件畫圖，使得試驗結果更明顯。

2.4試驗結果及分析

圖5(a)為在無干擾管的情況下，包覆層左右水平兩側感應電壓的衰減曲線。由于管道的對稱性，左右兩側采集的信號數據是一樣的，所以感應電壓衰減曲線也是一樣的。圖5(b)是在有干擾管的情況下，因為距離較遠，干擾管對檢測的影響較小，所以左右的感應電壓衰減曲線還是一樣的。圖5(c)是將干擾管移至距離檢測管0.6 m時，感應電壓衰減曲線開始發生了變化。圖5(d)是干擾管移至距檢測管0.4 m時，感應電壓衰減曲線變化更加明顯，失去了對稱性。

對試驗數據繼續進行分析，由于右側距離干擾管更近，所以干擾管會先對右測有影響，導致了左右的數據不一致，失去對稱性。取有無干擾管時，右側的數據進行對比。在距離為0.7～2 m范圍時，干擾管的影響較小，感應電壓的衰減曲線一致。圖5(e)為干擾管移動到距檢測管右側0.6 m時，感應電壓衰減曲線變化。圖5(f)為干擾管移到距檢測管右側0.4 m時，感應電壓衰減曲線變化更加明顯。

圖5　包覆層左右兩側感應電壓衰減曲線

3　結語

對帶包覆層管道腐蝕進行脈沖渦流檢測時，當干擾管距檢測管水平兩側小于0.6 m，干擾管會影響磁場在檢測管中的傳播，導致感應電壓的衰減曲線發生變化，使得管道兩側的磁場對稱性消失。干擾管會影響試驗的單點數據采集，探頭在靠近干擾管的一側檢測時，干擾管也會影響接收線圈采集的感應電壓的衰減曲線，使得電壓衰減緩慢。

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Influence of Surrounding Pipes Pulsed Eddy Current Testing of Pipeline with Insulation

XUE Sheng-long, FU Yue-wen, GU Zeng-tao

(Key Laboratory of Nondestructive Testing (Ministry of Education), Nanchang Hangkong University,Nanchang 330063, China)

When conducting a pulsed eddy current testing of corrosive pipeline with cladding layer,other channels are often surrounded by other popes in the vicinity, causing interference detection.For this case,the simulation model of interference tube,which is on the both sides of the test pipe and parallel to the direction of the detection,has been formed,comparing the impact of interferences in case of different distances.Meanwhile,several experiments of interference tube at different positions have also been conducted in order to make a comparison with the simulation.The simulation and experimental results show that test results will be affected when the interference detection pipe is 0.6m apart from the detection tube on both sides.

Pulsed eddy current testing; Surrounding pipe; Interference; Simulation

2015-05-28

國家自然科學基金資助項目(51565043);國家重大儀器設備開發專項資助項目(2013YQ140505)

薛盛龍(1990-)，男，碩士，研究方向為電磁無損檢測。

10.11973/wsjc201603001

TG115.28

A

1000-6656(2016)03-0001-03