智能化管道漏磁检测装置的研究.pdf

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1、智能化管道漏磁检测装置的研究杨理践,王玉梅,冯海英 (沈阳工业大学 信息科学与工程学院,沈阳 110023)摘 要:介绍油气管道漏磁检测的基本原理以及在线检测装置的工作原理和结构。该系统具 有检测速度快、 效率高等特点,对管道维护具有重要的意义。该装置现已投入使用,并取得了一些 实测数据,初步鉴别了某些缺陷,取得了一定成效。 关键词:漏磁检验;在线检验;油气管道中图分类号:TG115. 28+4文献标识码:A 文章编号:100026656(2002)0320100203RESEARCHON INTELLIGENT PIPELINE MAGNETIC FLUXLEAKAGE TESTERYANG

2、Li2jian , WANGYu2mei, FENG H ai2ying(School of Information Science and Engineering , Shenyang University of Technology , Shenyang 110023 , China)Abstract : The principle of magnetic flux leakage testing of oil and gas pipelines , and the operational principle andstructure of the intelligent pipeline

3、 magnetic flux leakage tester developed are described. The tester has the advantages ofhigh speed and efficiency. It is of great significance for the maintenance of pipelines. The equipment has been put into us2age and actual data have been obtained. Some flaws have been discriminated with the teste

4、r and certain success has beenachieved.Keywords :Magnetic flux leakage inspection; On2line inspection; Oil and gas pipeline石油和天然气是目前能源存在的主要形式之一,其远距离运输大部分是通过长输管道实现的。由于年久失修、 腐蚀、 磨损以及意外损伤等原因导致的管道泄露事件频频发生,不仅造成了巨大的经济损失,而且严重污染环境,危害人类的身体健康。因此,石油、 天然气管道的泄漏检测以及腐蚀程度检测对于有效评估管道寿命,抑制管道泄漏,保证输油气管道正常运行具有极其重要的意义。过去的

5、检测技术多采用外部监测,只能对管道腐蚀情况有一个粗略的了解,尤其对管内损伤,检测效果不明显。利用检测仪器从石油、 天然气和其它管道内部进行检测是近年来的先进技术。管道内部检测是指检测仪器进入管道内部,从管道里穿过,沿途进行实时检测,记录测量结果,经处理后提供一整套数据用以描述管壁的状态。这种检测手段获得数据准确,观察直观,对了解管道腐蚀状况,评估管道收稿日期:2001208209基金项目:国家自然科学基金资助项目(60041001)寿命以及确定抑制腐蚀计划等都具有重要意义。本 文主要介绍利用漏磁通(MFL)技术对石油、 天然气 管道进行内部无损检测的仪器。近年来,该类型的 检测器在石油、 钢铁

6、等领域的应用越来越广泛13。1 漏磁检测基本原理腐蚀缺陷漏磁法检测是近年来在输油气管道检 测中常用的一种有效方法。它通过测量被磁化的铁 磁材料工件表面泄露的磁场强度来判定工件缺陷的 大小,其原理如图1所示3。(a)(b)图1 漏磁法检测原理001第24卷第3期 2 0 0 2年3月无损检测 NDTVol. 24 No. 3 Mar . 2 0 0 2 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.标准分享网 w w w .b z f x w .c o m若被测工件表面光滑没有缺陷且内部无夹杂 物,从

7、原理上讲磁通将全部通过被测工件(图1a) ; 若存在缺陷,会导致缺陷处及其附近的磁阻增加,而 使缺陷附近的磁场发生畸变(图1b) ,它们可以分为 三部分,即 大部分磁通在工件内部绕过缺陷。少部分磁通穿过缺陷。还有部分磁通离开工件 的上、 下表面经空气绕过缺陷。第三部分就是所谓 的漏磁通,可通过霍尔元件或移动的感应线圈测量 得到,其信号强弱与管道上的情况有密切关系。该 方法已广泛用于油气管道、 储罐罐底的腐蚀检测和钢丝绳、 钢板、 钢块等铁磁性材料的无损检测中。2 管道检测装置的工作原理和基本结构2. 1 工作原理 漏磁管道检测装置自带电源,随传输流体在管道中运行,在运行过程中由检测装置携带的励

8、磁设 备向管壁加载恒定磁场,而由传感器测量管壁内侧 泄露的磁通密度,测量数据经压缩后存放在检测装 置的存储设备中。当检测装置经过缺陷或其它特征 物(螺旋焊缝、 连接焊缝、T形接口和阀门等)时,正如漏磁检测原理所述,会有漏磁通泄露出管壁而被 传感器测得。测试系统工作完毕,将其从地下取出, 对沿途测得的数据进行处理和分析,可以判定管道 内的缺陷及腐蚀情况。为便于观察,可将管道内的 漏磁信号绘成色图,即用不同颜色表示不同的腐蚀深度,或用波形曲线来表示,都可以很直观地从色图 上查看缺陷及腐蚀程度。并能从里程的显示来判定 缺陷及腐蚀所在的位置,作为检漏或评估管道寿命 的依据2 ,4。2. 2 装置的机械

9、结构检测装置的机械结构设计必须以装置能否在管 道中顺利穿行为前提。管道中阻碍装置行进的主要 是弯头,为保证通过弯头,需把装置分成几节,节间 采用软连接,以便在弯头处能够转弯通过。本课题 所设计的 377mm管道检测装置,根据管道和设备的尺寸,将其分成三节,即测量节、 计算机节和电池 节。每节的前后都有橡皮碗支撑在管道内,节与节 之间由万向节相连。整个系统靠油和气的推力向前 行走。每一节均为密闭结构,可耐10MPa的压力。 图2为该装置的外形结构简图。2. 2. 1 测量节测量节包括磁化装置、 霍尔探头和低频发射接 收装置。图2 油气管道漏磁检测装置结构图磁化装置包括永磁铁、 衬铁和钢刷。其功能

10、主要是对被测管壁进行磁化,使管壁内产生磁通。霍尔探头内装有霍尔元件,前级放大电路由不导磁钢铸成,前部与霍尔元件及管壁相连处为高导磁耐磨材料,整个探头完全密闭。根据霍尔元件的特性,将此元件通以一定电流并在磁场的作用下,会产生霍尔电动势,即4 ,5UH=KH式中 UH 霍尔电动势H 磁场强度K 霍尔系数当霍尔元件的材料和几何形状确定后,在工作电流不变的情况下,霍尔系数K为常数,则霍尔电动势与磁场强度成正比。利用测量霍尔电动势就可求得漏磁通。低频发射接收装置完成地面对地下仪器的跟踪以及对仪器所在位置的重新定位。测量仪器每次探测几十甚至几百公里,由行走轮定位带来的积累误差会很大,因此每隔一定距离就需要

11、重新定位,以消除积累误差。地面装置采用全球卫星定位系统(GPS) ,它有很高的定位精度和定时精度。低频发射装置利用低频信号能够穿透土层及管壁的特性,在地下发射低频交变的电磁波,地面的专用接收装置接收到信号后,送到鉴相电路,该电路能准确地检出地下发射器经过地面接收器垂直下方位置的时刻,然后向地下发另一组信号,地下的接收器接到信号后,以此位置作为重新定位的起始位置,达到重新定位的目的。另外,设备在地下行走时,由于管道内的杂物,如石蜡及石油中的沉淀等,很容易造成阻塞,低频发射接收装置可以帮助寻找探测器被卡住的位置,以便挖开管道,取出探测器。2. 2. 2 计算机节本节为测量系统的核心部分,主要由一台

12、PC104总线133MHz的586工控机组成,它完成对所有部件的控制和数据保存。里程轮由脉冲式码盘制成,每行走1mm向工控机发出一个脉冲,系统测101杨理践等:智能化管道漏磁检测装置的研究 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.标准分享网 w w w .b z f x w .c o m量一次,每次测量管道一个横截面36路霍尔探头送 来的信号。系统接到测量节的36路信号后,经多路 模拟选通开关分别送两路A/ D采集卡,采集卡选用PC104总线结构的12位A/ D卡,内有可编程增益 放大器,可对

13、信号进行再放大。信号转换成数字量后,送入工控机,进行简单的初步处理,再存入硬盘 中。系统除测量漏磁信号外,还测量管线沿途的油 温和压力值,也存入硬盘中。2. 2. 3 电池节 由于该测量系统在管道中行走,无法用外部电源供电,且每次需要检测几十或几百公里,这就需要系 统自带大容量的直流电源。整个系统大约需要1 0002 000Ah的功耗,因此系统专门配备一节电池 节,以便携带足够容量的电池,保证测量的完成。3 装置的软件设计检测装置的软件设计包括上位机调试软件编 程、 工控机系统的软件编程和低频接收器的软件编 程三部分。 上位机通过RS232串行通讯口与装置相连,软件主要完成装置各部分的性能测试

14、、 装置授时、 装置 启动和停止;工控机软件完成与上位机的数据和命 令交换,里程判定,数据的采集、 处理和存储以及波 形回放,该部分软件流程图见图3。在两部分软件 的编制中,注重了程序运行的实时性和可靠性,尤其是数据采集部分和串行通讯部分,在数据采集上必 须保证每组数据采集和存储要在下次触发信号到来 之前完成,串行通讯时要保证在发送下一数据之前 接收方必须取走数据,否则会造成数据丢失。同时, 在保证实时性的前提下,提高程序的模块化,使程序易于调试修改,可读性强。 低频接收器软件主要是处理低频发射器送来的 信号,完成定位和跟踪。低频接收器采用单片机89C51 ,软件用MCS51系列汇编语言编制。

15、主要完 成接收器低频信号的处理以及通过信号的判定、 显示和存储。由于整个系统的软件比较复杂,这里就 不再赘述。4 结束语基于漏磁技术研制的管道检测系统具有准确性 高、 可靠性强的特点,与国外同类产品相比价格便宜,适合我国国情需要。为我国铁磁材料无损探伤 技术的发展提供了更广阔的前景。该仪器现已研制图3 工控机部分总体软件流程图成功,在实验室做了大量实验,并已投入现场使用且 取得了一些实测数据,通过对管道缺陷漏磁信号的ANSYS(一种磁场、 电场等仿真软件)仿真研究及累 积经验,已经能初步判别某些缺陷,对管道的视情维 护提供了有效的参考信息。相信经过仪器性能的不断改进和后续数据处理的进一步完善,

16、在油气管道 的缺陷定量鉴别方面将取得满意的结果。参考文献:1 左宪章.永磁体漏磁检测原理及其在无损检测中的应用J .电测与仪表,1994 ,31(11) :16 - 19.2 丁忠平,等.无损检测中的漏磁检测法原理与实践J .电测与仪表,1995 ,32(6) :15 - 18.3 余浩然,等.漏磁通法油气管道在役检测技术J .实用测试技术,1997 ,23(5) :1 - 9.4 Katragadda G, Lord W , Sun YS , et al. Alternativemagnetic flux leakage modalities for pipeline inspectionJ

17、 .IEEE Transactions on Magnetics ,1996 ,32 (3) :1581 - 1584.5 Mandayam S , Udpa L , Udpa SS , et al.Invariancetransformations for magnetic flux leakage signals J .IEEE Transactions on Magnetics ,1996 ,32(3) :1577 -1580.201杨理践等:智能化管道漏磁检测装置的研究 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.标准分享网 w w w .b z f x w .c o m