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1、基于漏磁法的海底管线缺陷检测的研究宋慧贤3013205305海船三班摘要：本文叙述了海底管道缺陷检测的意义。针对我国输油气管线老龄化、事故多发的现状，提出了管道内在线 检测对管线及时维护、管道寿命评价、防止恶性事故发生的必要性。本文还提出了漏磁检测装置的设计方案，设计了一套数据采集的单片机系统，从硬件和软件方面进行了详细论述。 着重针对管道缺陷检测系统中的磁敏检测部分，和信号采集记录环节提出了设计方案。本文还讨论了漏磁法无损检测中缺陷数据的分析与处理。理论分析和实验都表明缺陷与漏磁信号之间具有对应关 系，即漏磁信号的峰值点对应缺陷的边缘，峰值大小随缺陷深度的增加而增大。本文还对有限元法在漏磁检
2、测中的应 用作了介绍。最后对海底管线检测及定位技术的前景进行了介绍。该课题的研制成功，既可用于管道腐蚀缺陷的检查， 又可作为评估管道使用寿命的依据，具有重要的现实意义和长远意义。关键词：漏磁，在线检测，管道，缺陷THE RESEARCH oF UNDERWATER PIPELINE DEFECT DETECTIONBASED ON MFLAbstract: The signification of the underwater pipeline defect detection is stated in this paper . In accordance with the present s
3、ituation of aging and frequent. happened accident of the oil and gas pipeline in our country, the pipeline detection is necessary. The maintenance and age-estimation of pipeline can achieve from the detection and prevents the vicious accidents.In this paper, the design scheme of data acquisition sys
4、tem based on single chip microcomputer is given. It also gave a detail statement on circuit design, and software program follow chart etc. And it mainly designs the elements of pipeline detector such as magnetic measuring probe, and signal一sample.Some analysis and processing technology about defect
5、data in MFL is discussed. The theory analysis and experiment of the detector proves the feasibility of detection by MFL in me erosion defect detection of pipeline. Meanwhile, we can find the relative between the defect and W 匝 L signals. The peak-peak amplitude of the IVHL signal is typically a good
6、 measure of the defect depth and the peak-peak separation distance can be used to characterize the width of flaw.The successful development of the underwater pipeline detection system is important to the future project. It can not only be used in pipeline erosion defect detection, but also be used a
7、s the grounds of estimating the age of pipeline. It contains both the significant practical sense and profound sense.Keywords: magnetic flux leakage, in-line detection pipeline, defect1、引言“近海海底管线检测及定位技术研究”是针对近浅海石油开采中为输送油、气、水而铺设的大量海底 管线的维护和保养，结合海域自然条件的特殊性和国内实际需求而提出的一项国家海洋$863的课题。我国已铺设了几百公里的海底电缆和管道。但是
8、，海底管线投入运行后就长期承受地质变化、介质腐 蚀、海流冲击、振动疲劳与应力变化等因素的作用，易产生腐蚀与裂纹等缺陷如疲劳、应力腐蚀、硫化物 应力腐蚀与氢致裂纹等)，如不及时修复势必导致管道局部或区段的失效，发生油气泄漏现象，造成巨大的 经国内和国外目前尚无有效的近浅海海底管线在线检测系统，本课题就是针对这一难题研制出一套对海 底管线进行探伤检测的先进装置，测出管线壁厚及腐蚀、裂纹等缺陷的尺度及其确切位置，为配套的海底 管线维修装置提供目标，形成一套完整的管线检测和维修体系。2、管道缺陷检测常用方法海底管道事故一般指渗漏、穿孔及破裂。目前，智能检测器的原理主要基于漏磁检测技术、超声波检 测技术
9、、远场涡流检测技术、射线检测技术、声发射检测技术、电子内窥和视频检测技术、流量差法、压 力分布法、压力波法、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition法等。本文主要介绍漏磁法。漏磁检测技术漏磁式检测器一般由三个模块组成，各模块之间由联轴节连接，参见图2-1。第一个模块为电池模块， 中间模块为探测漏磁的传感器模块，第三个模块为仪器模块。除检测管道内壁缺陷外，还可以同时测量检 测器在管道内行走的距离。图2-1漏磁式检测器结构示意图3、漏磁法原理漏磁法基本原理漏磁法腐蚀缺陷检测是近年来在输油气管道检测中常用的一种有效方法。它通过测量被磁化铁磁材料 工
10、件表面漏磁感应强度的大小来判定工件腐蚀缺陷程度。漏磁法检测适用于铁磁材料，如对导磁钢管及钢板的腐蚀缺陷检测。其基本原理如图3-1所示。磁体漏磁通磁通磁蝕传感器缺陷无缺陷(b)有缺陷.图匕L漏厳捡测原理图.一仏.丄图3-l(a)中，在被测工件上通入一个封闭的磁场，将工件磁化，在工件表面用磁敏传感器测量漏磁通。 由于工件壁无腐蚀缺陷，厚度基本不发生变化，磁场从工件中穿过，在工件内均匀分布。在理想情况下， 泄漏的磁通基本为零，但实际上磁铁的磁通量不可能完全从工件中穿过，少量磁通从壁外经过，因此磁敏 传感器测得的漏磁信号不一定为零，但其值是固定不变的。图3-1(b)为被测工件有缺陷时的情形。由于工件部
11、分变薄，引起磁通分布不均匀，一部分磁场仍从被 测工件内穿过，另一部分从工件缺陷的凹陷中穿过，还有一部分则从工件外穿过，渗透到空间中，这部分 从工件中“泄漏”出来的磁通量即为漏磁通。当工件表面有缺陷时，由磁敏传感器测得的漏磁通量会明显 增大。无论工件内表面有缺陷还是外表面有缺陷，在工件的两面均会产生漏磁通。磁化技术与磁路设计在磁性无损检测技术中磁化是实现检测的第一步，它决定着被测量对象(如裂纹、腐蚀)能否产生出足 够的可被测量和可被分辨的磁场信号，同时也影响着检测信号的性能特性和检测装置的结构特性。被测构 件的磁化由磁化器实现，主要包括磁场源和磁回路等几个主要部分，因此，针对被测构件的结构特点和
12、测 量目的，选择源磁场和设计磁回路是磁化器优化设计的关键。本文从磁化方式、磁化强度选择、磁路分析 以及磁化器结构设计等几个方面对磁性检测技术中的磁化技术进行了论述。磁化方式按所用励磁磁源分为下述几种：(1)交流磁化(2)直流磁化(3)永磁磁化(4)复合磁化(5)综合磁化磁场测量原理和元件磁场测量探头实现磁场信号的转换，它是磁性无损检测技术的核心，决定着检测电信号的信噪比、分 辨力及稳定性等多项性能，进而决定磁性检测装置或系统的性能，不同的磁电转换元件和磁场测量方法将 带来不同的探头结构和检测性能指标。无形磁场的可视化可用不同的磁测量原理或元件。通常先将磁场转换成电信号，再作自动化处理。实 际测
13、量中，磁电转换原理和元件主要有下述几种。表3-1几种磁敏器件性能比较种类霍尔元件磁敏管检测线圈输出信号决定因 素传感器尺寸和弱磁灵敏度电压磁灵敏度线圈匝数和线圈 切割磁力线的速 度灵敏度较高较高抗干扰较差较差温度特性2%2%左右较好线性度xri.o%非线性从表线性，检磁场变化缓慢时，线圈很难测到，而且线圈和磁场之间运动的相对速度变化也会影响测量值的大小。因此 综合各方面参数，霍尔元件是相对稳定的器件。度、温度特性和线性然磁敏管的灵敏度都可以，但线圈是测量高，但扌幽电阻温度特性很差且 能测量变化的磁感应的，只有局部非磁场，当4、漏磁检测装置设计海底管线检测及定位系统概述本课题的目的是研制出一套适
14、用于近浅海海底管线在线检测与精确定位的检测评价系统。本系统通过 油压差驱动进行在线检测，通过无缆电驱动进行精确大地定位。由引导装置、漏磁检测器、定位机构、智 能控制系统以及管线缺陷评价系统、投放接收装置、自动救护车等组成。漏磁检测装置总体设计一整套完整的漏磁检测系统由漏磁检测智能猪（地下部分）和数据调试分析系统（地面部分）组成。地下部分主要由驱动部分（机器人）、探头部分、励磁部分、磁敏元件、信号处理电路、记录部分、里 程部分和电源部分。地面部分是计算机及缺陷信号处理系统。将检测装置取回后，对采集的数据进行分析处理，这当然是 要有一套缺陷识别系统，由缺陷信号处理软件对信号进行分析，判断输油管道缺
15、陷状况；并能绘制出缺陷 色图，将单纯的数据转换为直观的图像，易于观察。这就要建立一个强大的数据库，对缺陷有多方面的认 识。5、缺陷数据的分析与处理漏磁信号和缺陷之间的关系从以往的理论研究和实验分析的结果来看，目前尚没有一个能够明确表达漏磁通量和表面缺陷之间关 系的完整公式，国内外资料所述大都是定性的分析，定量分析也都是一些近似公式，对所测数据的分析也 主要是依靠经验。漏磁信号的处理与识别材料的磁特性是相当复杂的。实际上，为弄清MFL特性所需要的许多磁特性不仅比粗略估计方法所需 要的更多，而且也难以测量。尤其是需要无损检测时更是如此。所以，管道钢材的磁特性几乎大都是未知 的，并且通常都很难弄清。
16、运行工况，如检测器的速度大小也会对MFL信号产生很大的影响。这是由于管 壁外形成的涡流改变了磁场的分布，尽管检测器的速度对MFL信号的影响比较复杂，而且往往也不能完全 弄清，但在估测缺陷大小之前进行试验测试并利用测试结果来调整MFL信号是不难做到的。6结论与展望在本次毕业设计中，对漏磁检测的理论进行了深入研究，并设计了霍尔传感器的放大电路，以及利用 单片机的数据采集系统，在实验室中进行了模拟管道检测实验。通过理论研究和实验结果，得出如下结论: 证明了利用漏磁法检测管道腐蚀缺陷的可行性。 漏磁信号法向分量的正负峰值对应缺陷的边缘，两峰值的距离对应缺陷的宽度。 漏磁信号法向分量的正负峰峰值幅值大小随
