储罐底板漏磁检测综述

1、1.3储罐底板漏磁检测方法、应用及其发展趋势磁现象是认识较早的物理现象之一,我国春秋战国时期就使用司南作为磁测量仪器,东汉时期就有磁化技术的研究。北宋沈括所著梦溪笔谈对磁化技术有详细的介绍。国外对漏磁检测技术的研究很早, 采用磁粉探伤检测技术的设想,最早由美国人霍克于1922年提出,因为当时没有磁化技术的限制和合格的磁粉,这一伟大设想没有实现.1933 年Zuschlug 5首先提出应用磁敏传感器测量漏磁场的思想, 但并没受到重视。1947 年Hast ing s 设计了第一套完整的漏磁检测系统, 漏磁检测才开始受到普遍的承认,1950年西德Forster 研制出产品化的漏磁探伤装置。用于焊缝

2、及其管、棒体的探伤,磁化方式采用剩磁法。1965 年, 美国TubecopeVetco 国际公司采用漏磁检测装置Linalo g 首次进行了管内检测, 开发了Wellcheck 井口探测系统, 能可靠地探测到管材内外径上的腐蚀坑、横向伤痕和其它类型的缺陷。漏磁的检测结果具有良好的定量性、客观性和可记录性, 不仅适用于钢棒和钢管的成品检验, 而且对于粗糙表面的钢坯等中间产品的探伤也适用, 但是一般情况下漏磁探伤只适用于形状比较规则的工件。1973 年, 英国天然气公司采用漏磁法对其所管辖的一条直径为600 mm 的天然气管道的管壁腐蚀减薄状况进行了在役检测, 首次引入了定量分析方法。ICO 公司

3、的EMI 漏磁探伤系统通过漏磁探伤部分来检测管体的横向和纵向缺陷, 壁厚测量结合超声技术进行, 提供完整的现场探伤。;1976年,加拿大诺兰达矿业有限公司Krank KitZinger等人25l首次采用霍尔元件作为磁敏元件外加永磁体构成的轴向磁扼对钢管施加轴向磁化的漏磁检测设备. 英国Silver Wing 公司已经推出了多种储罐和管道漏磁检测系统,例如FLOORMAP2000储罐底板检验系统, 通过便携式计算机将所有检测到的数据以图形方式直观地显示出来, 它能检测下底板的深为40% 罐板厚的人工缺陷( 圆锥形孔洞或弧坑 , 也可发现6mm 厚的平板上大约深为20%罐板厚的腐蚀。对于缺陷漏磁场

4、的计算始于1966 年, Shcherbinin和Zat sepin 两人采用磁偶极子模型计算表面开口的无限长裂纹, 前苏联也于同年发表了第一篇定量分析缺陷漏磁场的论文, 提出用磁偶极子、无限长磁偶极线和无限长磁偶带来模拟工件表面的点状缺陷、浅裂纹和深裂缝。之后, 苏、美、德、日、英等国相继对这一领域开展研究, 形成了两大学派, 主要为研究磁偶极子法和有限元法。Shcherbinnin和Poshag in 用磁偶极子模型计算了有限长表面开口裂纹的磁场分布。1975 年, Hw ang 和Lo rd 采用有限元方法对漏磁场进行分析, 首次把材料内部场强和磁导率与漏磁场幅值联系起来。Atherto

5、n 6 7把管壁坑状缺陷漏磁场的计算和实验测量结果联系起来, 得到了较为一致的结论。Edw ards 和Palaer 5推出了有限长开口裂纹的三维表达式, 从中得出当材料的相对磁导率远大于缺陷深宽比时, 漏磁场强度与缺陷深度呈近似线性关系的结论。另外,2009年,美国莱斯大学( ReeuniversitySushantM.Dutta和FathiH.Ghorbel等人95一96自建磁偶极子模型模拟分析缺陷的3一D漏磁场分布;我国从90 年代初对漏磁检测技术进行了研究, 在国内理论研究方面, 仲维畅 10 用磁偶极子模型研究了有限长、无限长磁偶极子的漏磁场分布, 阐述了缺陷处漏磁场的特点。于200

6、2 年研制出管道和钢板腐蚀漏磁检测仪 8 , 其总体技术水平落后于欧美等发达国家。近年来, 在无损检测工作者的努力合作下, 目前已有许多的高校和研究单位取得了丰硕的成果, 逐步缩小了与国际水平的差距。国内研究漏磁检测技术的高校主要有清华大学、华中科技大学、天津大学、上海交通大学、沈阳工业大学等。其中华中科技大学的杨叔子、康宜华、武新军等, 在储罐底板漏磁检测研究和管道漏磁无损检测传感器的研制、对钢丝绳无损检测仪器中的一些算法进行探讨, 从一些信号的处理中提取了缺陷特征, 利用AN SYS 软件分析了传感器励磁装置的参数对钢板局部磁化的影响, 设计了相应的漏磁检测传感器等 9; 我国华中科技大学

7、陈厚桂97在其博士论文中进行了钢丝绳漏磁检测及评估数学建模描述。清华大学的黄松龄、李路明等研究了管道和铁铸件的漏磁探伤方法 10 , 采用有限元分析法研究永磁体几何参数对管道磁化效果的影响 11 , 分析漏磁探伤中各种量之间的数值关系, 如表面裂纹宽度对漏磁场Y 分量影响的问题; 交直流磁化问题 12 ; 沈阳工业大学的杨理践等, 研究了基于单片机控制系统的管道漏磁在线检测系统 13 , 分析了小波包在管道漏磁信号分析中的应用 14 , 通过时域分析理论对管道漏磁信号进行处理; 合肥工业大学的何辅云对漏磁探伤采用多路缺陷信号的滑环传送方法 15 并研制了在役管线漏磁无损检测设备; 上海交通大学

8、的阙沛文、金建华等对海底管道缺陷漏磁检测进行研究, 通过小波分析对漏磁检测信号进行去噪实验, 同时将巨磁阻传感器应用于漏磁检测系统 16 , 研制了适用于输油、输气管道专用漏磁检测传感器 17 ; 中原油田钻井机械仪器研究所开发出了抽油杆井口漏磁无损检测装置; 军械工程学院研制的智能漏磁裂纹检测仪, 能对钢质构件的表面和内部的裂纹进行定量检测 18 ; 中国科学院金属研究所的蔡桂喜对磁粉和漏磁探伤对裂伤缺陷检出能力进行了研究, 用环电流模型计算了各种矩形槽形状人工及自然缺陷产生的漏磁场, 提出磁粉和漏磁两种方法不适合开裂缝隙很窄的疲劳裂纹的检测的结论 19 。爱德森公司采用多信息融合技术研制成

9、集涡流、漏磁、磁记忆、低频电磁场于一体的便携式检测仪器, 该仪器能同时获取多种检测信号, 适用于流动现场的检测。各无损检测公司还不断与各大研究所、高效联手,致力于将储罐漏磁检测的理论研究及其应用推向更高水平 6 D. L. Atherto n, Finit e element calculatio ns and computer measur ements of mag net ic flux lea kag e patter ns fo r pits. 30 ( 2 , p159, British Jo urnal of NDT , 1988 7 D. L. Atherto n, Mag n

10、etic inspect ion is key to ensuringsafe pipelines, 87( 8 , Oil and Ga s Jour nals96 SushantM.Dutta ,Fathi H.Ghorbel,and Roderic K.Stanley,Simulation And analysisof3一 D magnetic flux leakageJ.IEEE Trans onMAGN.,2009, 45(4:1966一 1972. 10 仲维畅. 磁偶极子与磁粉探伤磁粉探伤原理之一 J . 无损检测, 1990, 12( 3 : 66- 70 8 沈功田. 中国无

11、损检测进展. NDT 无损检测, 中国. 世界, 2005, ( 2 9 刘志平, 康宜华, 武新军, 等. 储罐底板漏磁检测传感器设计. 无损检测, 2004, 26( 12 : 61261597陈厚桂.钢丝绳磁性无损检测技术的评估方法及标准研究DI.华中科技大学图书馆,2006. 10 李路明, 黄松龄, 李振星, 等. 铸铁件的漏磁检测方法.清华大学学报, 2002, 42( 4 : 474476 11 黄松龄. 管道磁化的有限元优化设计. 清华大学学报,2000, 40( 2 : 6769 12 李路明, 黄松龄, 施克仁. 漏磁检测的交直流磁化问题. 清华大学学报, 2002, 42

12、( 2 : 154156 13 杨理践, 马凤铭, 高松巍. 管道漏磁在线检测系统的研究. 仪器仪表学报, 2004, ( 8 14 杨理践, 李松松, 王玉梅, 等. 小波包在管道漏磁信号分析中的应用. 仪器仪表学报, 2002, ( 6 15 何辅云. 漏磁探伤中多路缺陷信号的滑环传送方法.合肥工业大学学报( 自然科学版 , 1998( 6 : 128132 16 周林, 阙沛文. 海底输油管道缺陷漏磁检测信号采集与处理系统的设计. 计算机测量与控制, 2004, 12( 2 :120121 17 陈亮, 阙沛文, 黄作英, 等. 一种新型磁阻式传感器在漏磁检测中的应用. 传感器技术, 2

13、004, 23( 10 18 徐章遂, 靳英卫, 张政保, 等. 基于磁检测的螺栓孔裂纹定量检测方法. 无损检测, 2001, ( 6 : 237239 19 蔡桂喜. 磁粉和漏磁探伤对裂纹状缺陷检出能力的研究. 2004 年全国电磁( 涡流 检测技术研讨会论文集.鞍山: 爱德森( 厦门 电子有限公司NDT 事业部,2004, 4048 20 任吉林, 林俊明, 高春法. 电磁检测. 北京: 机械工业出版社, 2000 21 美国无损检测学会. 美国电磁无损检测手册电磁卷.1986, 922966 22 金建华, 阙沛文, 杨叔子. 油管腐蚀缺陷的在线检测技术. 计算机测量与控制, 2002,

14、 10( 11 : 716718 23 金涛, 阙沛文. 小波分析对漏磁检测噪声消除实验的分析. 传感技术学报, 2003, 16( 3 : 260262 24 李路明, 黄松龄, 杨海青, 等. 抽油管壁磨损量检测方法. 清华大学学报, 2002, 42( 4 : 509511国内开展储罐检测的时间较晚,检测技术和设备也比较落后。目前国内常用的检测技术包括超声法、磁粉法和真空检漏法等。以超声法为例,一个直径 30m 的原油储罐罐底,若以单通道手持超声测厚仪进行全面检测,需一、二个月时间。因此,大多数储罐罐底采用每块钢板随机抽检几点的方法判断钢板的腐蚀程度。但这种粗略的抽检法势必会增大腐蚀的漏

15、检率,降低储罐运行的安全性。近几年,我国对储罐安全运行的重视程度越来越高。,针对储罐底板检测面积大,其主要缺陷形式是壁厚减薄和腐蚀坑的特点,本课题选用漏磁法作为石化储罐腐蚀检测的基本方法进行研究和推广应用。随着漏磁检测技术的发展完善,可逐步加入其它检测方法作为辅助手段,以弥补其自身存在的缺陷和不足。1.3 漏磁检测技术的国内外发展概况漏磁检测发展趋势无损检测研究方向是实现缺陷检测定量化自动化可视化,实现定量无损评价。这是一个宏伟的目标。无损检测不仅要在不损伤器件使用性能前提下进行,探测其内部和表面的各种宏观缺陷。判断缺陷的位置、大小。还应对评价对象的固有属性、功能、状态和发展趋势等进行分析预测

16、,作出综合评价。首先要求实现腐蚀的定量检测,具体给出腐蚀缺陷的几何尺寸、位置、形状和大小,不能给出这几个具体值,发展趋势的预测就不可能,定量检测的实现有许多困难,其中主要问题是电磁场求逆过程中所遇到的不适定性问题。电磁求逆过程就是由检测的漏磁信号根据所建缺陷荷磁模型反推其源,但磁场不像射线、超声等辐射源具有集束传播特性,加上铁磁材料对内部磁活动的屏蔽,使求逆过程具有不确定性。在求逆过程中仅漏磁是已知的,而确定缺陷的位置、形状、尺寸等至少需要6个以上参数,因此由磁荷模型反演出缺陷几何参数,其解是不确定的。其次是检测自动化,主要是传感探头的运动自动化,无损检测的信号就是靠传感探头沿工件表面运动获取

17、的,但由于被检工件形状多样,结构十分复杂,探测头沿工件表面运动很难实现自动化。因此目前无损检测传感探头的云中主要靠人工操作,这就引入很多人为因素,很难保证检测数据的一致性、均匀性,易出现漏检和误判,裂纹检出率低。实现可视化就是将获取的有关缺陷磁场信息以图像方式表示出来,使检测人员不仅可以发现缺陷,而且可看到物体内部情况和缺陷的大小形状,这就是断层图像技术,即磁-CT技术,在无损检测中,传感探头只能沿工件表面运动,并且只能检测有限个关于缺陷的信息,而实际上被测体内缺陷参数分布图象为空间有限的连续分布变量,其空间变量为无限带宽。要从有限个离散方位的观测数据重构图像,从理论上讲属于不确定性问题,其解不具备存在性,唯一性,稳定性