外壁爬行漏磁检测装置发展现状

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇外壁爬行漏磁检测装置发展现状范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：漏磁检测作为国内外无损检测领域研究的热点，是当前管道检测评价的关键技术。本文首先对漏磁检测的特点以及国内外的研究现状和标准规范进行了概述，然后对国内外的外壁爬行漏磁检测装置进行了对比，为今后我国外壁爬行漏磁检测装置的开发做出了有益的探讨。

关键词：无损检测 漏磁 外壁爬行检测装置

一、前言

石油和天然气等化石能源是作为主要的能源形式。随着工业化的推进以及全球化石能源的消耗，能源日益紧缺并成为各国的战略性资源。世界上近85%的原油、100%的天然气和绝大多数成品油的运输都是通过管道来实现的，管道长期处于高压状态下，可能因为腐蚀等各种因素而导致油气的泄漏，这样不仅会对经济造成巨大的损失，还会对环境造成严重的污染。确保管道长期的安全运行，对管道进行定期的检测评估至关重要。所以近年来，油气输送管道的漏磁检测一直都是国内外无损检测领域研究的热点。

二、漏磁检测的特点

常规的无损检测方法主要包括：超声波检测、渗透检测、射线检测、涡流检测和磁粉检测等。无损检测方法很多，且以较快的速度发展，但是都未能克服其局限性：超声波法，在检测过程中只能够实现对管道壁厚“点”的测量，而无法实现“面”的测量，并且检测时需要耦合剂，操作不方便；渗透检测，只能检测到材料和构件中开口表面缺陷，且需要对材质表面清洗去污，对隐藏于内部的缺陷无能为力；射线检测，操作复杂且缺陷类型判断繁琐，射线不宜控制，易发生泄漏，并且费用较高；涡流检测法，存在一定的肌肤效应，只能够检测到管道表层缺陷，检测器结构复杂；磁粉检测，只能够检测出铁磁性材料缺陷的位置和表面长度，无法对缺陷深度实现定量分析。

针对上述常规检测方法存在的缺陷和不足，漏磁检测在对铁磁性管件检测上具有明显的优势，漏磁检测法（Magnetic Flux Leakage, MFL）已经成为在油气管道检测中最常用的检测方法之一[1]。漏磁检测过程中不需要耦合剂，并且操作简单、易于实现，通过磁敏元件检测管道缺陷处泄漏的磁场信号，具有较高的灵敏度。

三、漏磁检测国内外研究现状

1.漏磁检测国外研究背景

漏磁这种检测方法的研究在国外起步较早，目前已经进入到了工程实际应用阶段。自从Zuschlug于1933年首次提出了利用磁粉这种检测方法来显示磁化钢体上由缺陷而产生的漏磁场[2]以来，至今已有70多年。但是直到Hastings在1947年开发了第一套漏磁检测系统，人们才开始普遍承认漏磁检测这种方法[3]。

国外研究人员对缺陷处漏磁场，采用基于有限元的方法进行分析，把材料缺陷处的磁场强度、磁导率和漏磁场的特征参数等联系起来，并分析了矩形槽缺陷的特征参数对漏磁场的影响。将仿真分析结果与实验测得的缺陷处漏磁场的结果相对比，得出了较为一致的结论，验证了有限元分析方法的可行性。通过解析法计算缺陷处的漏磁场，得到了无限长表面开口裂纹缺陷的二维表达式以及有限长开口裂纹缺陷的三维表达式，并得到了漏磁场强度与缺陷深度的对应关系：在材料的相对磁导率远大于缺陷的深宽比时，近似线性的结论。在模拟分析方面，国外科研人员提出了很多检测模型，例如提出了针对钢管检测的非线性缺陷检测模型[4]。

国外对于漏磁检测这种方法已经制定了《无缝和焊接铁磁性压力钢管纵向缺陷的传感器和漏磁探伤（TC 17）》（ISO 9402）和《无缝和焊接铁磁性压力钢管横向缺陷的全周传感器和漏磁探伤（TC 17）》（ISO 9598）两项标准。在美国石油协会API的规范中也明确规定了对各种石油用钢管进行检测应采用漏磁这种检测方法的规范。

2.漏磁检测国内研究现状

我国对漏磁检测方法的研究始于在20世纪70年代后期，在理论研究和应用领域都远远落后于其它发达国家。我国科研人员在接受漏磁场与缺陷相互作用理论后，开始对表面和近表面缺陷漏磁场采用有限元的方法进行了分析，得到了缺陷特征参数与漏磁场的对应关系。

我国于20世纪90年代初期，制定了首个漏磁检测标准[5]“GB/T 12606-1990 钢管及钢棒的漏磁探伤方法”，漏磁检测开始被纳入到标准检测行列。从20世纪90年代初我国开始对漏磁检测技术进行研究，并于21世纪初期研制出首个管道和钢板腐蚀漏磁检测仪[6]，与欧美等发达国家相比其总体技术水平相对落后。

近年来，在我国已经有许多科研单位和学校从事漏磁检测方面的研究，主要的研究方向包括：漏磁检测传感器的研制，缺陷处漏磁场的ANSYS仿真软件分析以及漏磁内外检测器的研制。在这些方向我国科研机构均取得了一定的成绩，缩小了与国外水平的差距。

1991年5月，我国制定了针对漏磁这种检测方法的首部标准《钢管及圆钢棒的漏磁探伤方法》（GB/T 12606-1990），1998年对其进行了修订。本标准以采标为主，参考国外相应的研究成果，并于1999年制订了《钢管漏磁检测方法》（GB/T 12606-1999）。

四、国内外外壁漏磁检测装置介绍

1.管道外壁爬行漏磁检测装置

管道内部流体的压力作为仪器前进的动力，针对液体介质来说具有良好的测量效果，但是由于气体的可压缩性，在测量气体介质时，仪器的运行有很大的速度差异，造成了很多弊端：导致测量精度的下降；检测仪器的结构非常复杂；对于定位系统要求非常严格；在经过三通弯头时经常会出现虚假信号等。管道外壁爬行漏磁检测装置可以很好的避免这些问题。

目前国内外应用较多的管道外壁爬行漏磁检测装置主要是英国SILVERWING公司生产的PIPESCAN，用来检测管道的腐蚀缺陷。该装置主要由两部分组成：主机和探头。主机采用12V充电电池供电，主机面板上具有开关键、电池状态显示、门槛控制、报警指示灯、报警扬声器、外接音频选择开关、板厚范围选择、探头电缆接口和外接音频设备插口；扫描探头上带有两条强磁永磁体，以及装配在两条永磁体间的传感器阵列外壳中的一排霍尔效应传感器。扫描探头安装在能够转动的轮子上，随着轮子的转动相应的对管道进行扫查。PIPESCAN具有三种类型的扫描探头：（1）纵向可调式，这种扫描探头能够沿着管道的长度方向进行扫描，并且探头适用的管径可以调节，因此可以检测的管径的范围比较大；（2）纵向固定式，这种探头也是沿着管道长度方向进行扫查，但是探头适用的管径范围不能调节，检测的管道直径固定；（3）圆周式，此探头沿着管道的圆周方向进行扫查，通常用于检测靠近焊缝，法兰以及其他障碍物区域的管道，因为这些区域不能应用纵向探头进行检测。在检测过程中可以选择不同检测范围的扫描探头，探头的检测直径范围从48mm到2400mm。PIPESCAN可以用来检测的管道壁厚范围为：6mm到15mm，降低灵敏度的情况下，可检测壁厚为20mm的管道。

PIPESCAN的主机控制面板如图1所示。使用前应确保电磁电量充足，打开电源开关，调整合适的门槛报警阀值，选择适当的管道壁厚范围。当探头检测到缺陷存在时，对应缺陷处传感器的指示灯将会被触发，同时扬声器发出声音报警，因此可以判断出缺陷的存在。

1）开/关按键 2）电池状态显示 3）门槛控制 4）报警指示灯 5）报警扬声器 6）报警扬声器/外接音频设备选择开关 7）板厚范围选择 8）探头电缆接口 9）外接音频设备插孔

PIPESCAN的PS300探头如图2所示。PS300是圆周固定式探头，测量直径范围为300mm到2400mm，扫描宽度为150mm；调整传感器探头上的调节螺母可以调整传感器与管道之间的距离，从而调整探头的检测灵敏度；探头采用推拉的方式进行运动。

Fig. 1 The control panel of PIPESCAN electronic mainframe

Fig. 2 The PS300 detection probe of MFL for crawling along outside the wall of pipeline

国内外现场检测应用的管道外部漏磁检测仪器非常少，主要是英国SILVERWING公司生产PIPESCAN，但PIPESCAN仍存在着一定的缺陷，如，只能够发现缺陷的存在却不能对缺陷实现定量的分析（需要配合超声波测厚仪的使用），容易产生虚假信号导致谎报警等。

2.石油套管腐蚀缺陷检测装置

中国石油大学（北京）陈金忠[7]在“石油套管腐蚀缺陷漏磁检测和定量识别技术研究”中通过建立套管腐蚀缺陷漏磁场的三维有限元数学模型，以有限元仿真为基础深入的研究缺陷几何参数与缺陷漏磁信号之间的对应关系，得到了与缺陷几何参数相关的漏磁信号的特征量，并以三维有限元仿真模型为基础建立了缺陷几何参数与缺陷信号特征相对应的样本库；开发出采用基于双MCU架构，具有漏磁数据采集、存储、井深信号采集和数据导入等功能于一体的新型的套管漏磁检测系统的电测单元，改进并优化了套管漏磁检测探头的柔性机构，设计出能顺利通过在役套管且具有高压密封特点的电子仓结构；基于Labview建立了集套管的缺陷漏磁检测信号回放、小波信号处理和缺陷分析结果报表生成的功能于一体的软件系统；并将研制的套管漏磁检测系统应用到检测人工缺陷的套管和生产油井的套管。

石油套管漏磁检测装置针对12路轴向传感器的采集到到的信号开展相关分析，实现了对采集到的信号回放、数据处理及报告生成等功能。

3.石油钻杆漏磁检测装置

华中科技大学孙燕华[8]在“便携式钻杆漏磁检测装置”中提出了主动式漏磁检测方法，设计了自驱式检测探头并配备专用的辅助检测装置，提出对于钻杆检测的设计方案，并设计了便携式钻杆检测装置。该装置具有检测速度快、操作简单、携带方便等优点；还设计出了一种新型的探头芯结构，该结构具有多个浮动自由度；检测装置的探头和辅助设施能够实现自行驱动，通过电器及遥控来进行控制。最终实验结果证明了该系统能够及时快速地应用于现场钻杆的检测，提高钻杆的可靠性，并降低了钻井的成本，具有一定的工程应用价值。

五、管道外壁爬行漏磁检测装置存在的不足

目前，国内外已有许多家大型公司及科研单位开展漏磁检测方面的研究，并生产漏磁检测仪器，且取得了良好的效果。漏磁检测仪器在国内外工程检测中得到了实际的应用，但是对于外壁爬行漏磁检测装置在国内的工程应用中仍然存在着许多不足的方面：

1.国内还没有一台自行研制的管道外壁爬行漏磁检测仪器，现场应用的仪器大多数都是进口的，国外对技术的封锁、人员培训困难、当有零部件发生异常时，无法在国内检修，导致仪器的造价非常昂贵，使管道漏磁外检测技术无法得到推广，限制了检测水平的提高；

2.英国SILVERWING公司生产的管道外壁爬行检测仪器PIPESCAN只能够实现对管道是否存在缺陷进行定性的判断，而无法确定出具体的腐蚀深度和腐蚀形状，想要具体了解腐蚀情况，必须配合使用其他的检测方法；

3.目前的漏磁检测仪器大多数都存在着误报警的情况，当有干扰因素存在时，很难判断是缺陷还是干扰因素导致的报警；

4.现有的漏磁检测系统的检测灵敏度比较低，很难达到所需的要求，需要进一步提高检测的灵敏度。

由于目前国内很多管线不具备内检测条件，只能采用外检测的方法，因此，研制出一部埋地钢质管道外壁爬行漏磁检测仪器是非常必要的。

参考文献：

[1]宋小春,黄松岭等.天然气长输管道裂纹的无损检测方法[J].天然气工业,2006,26(7):103-106.

[2]高兵.管道检测系统噪声分析与自适应噪声抵消研究[D].安徽:合肥工业大学,2007.

[3]D.C Jiles, Review of Magnetic methods for NDE(part one),NDT Inter,1998.10,Vol.21 No.5

[4]申庆徽,基于有限元法的管道漏磁检测方法研究[D].山东:山东科技大学,2009.

[5]GB/T 12606-1990,钢管及钢棒的漏磁探伤方法[S].无损检测,1991,5.

[6]沈功田.中国无损检测进展[J].无损检测,1991,4.

[7]陈金忠,林立.石油套管腐蚀缺陷漏磁检测和定量识别技术研究[D].北京:中国石油大学（北京）,2009.

[8]孙燕华,康宜华,武新军.便携式钻杆漏磁检测装置[D].湖北:华中科技大学,2006.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文