开题报告-管道缺陷的脉冲远场涡流检测研究.doc

一、选题的依据及意义： 石油、化工和核电领域的管道内部工况一般较为复杂，高温、高压气体以及流体长期作用，加速了管道内部缺陷的产生，使得管道结构存在重大安全隐患。对服役管道定期实施无损检测和评估，对保证安全生产和可靠的油气输送具有十分重要的意义。目前管道缺陷无损检测方法主要有超声波检测法、漏磁检测法、射线检测法和涡流检测法等。超声检测法常需要耦合剂，造成该方法在管道检测中的应用受到了限制，存在检测效率低等劣势；漏磁检测法在裂纹检测方面的能力有限，该方法对于闭合裂纹检出率较低；射线法需要放射源，实际检测过程中存在放射性物质污染；常规涡流检测技术由于受到集肤效应的影响，难以对铁磁性管道进行有效的检测。 脉冲远场涡流检测是一种新兴的电磁无损检测技术，将其应用于管道检测, 效率高, 实用性强, 经济可靠。研究发现，该技术对铁磁性管道检测有着巨大优势。脉冲远场涡流检测采用一定占空比的方波激励信号施加于激励线圈，并在远场区拾取感应线圈电压信号。由傅里叶变换可知，方波激励信号可以等效为不同频率正弦信号的叠加，具有频谱信息丰富等优点。近年来，国内外一些学者对脉冲远场涡流检测进行了探究。研究表明，脉冲远场涡流检测油气管道存在一定优势。相比传统远场涡流检测，脉冲远场涡流检测技术具有较高检测深度、检测精度和效率，且其检测探头长度较短，能更好地运用到实际服役管道检测中。远场涡流检测对于应力腐蚀裂纹具有较好的检测能力，而且在无需磁化的条件下具有较深的穿透深度，同时对内外壁缺陷具有相同的检测灵敏度，因此其在铁磁性管道的检测中得到了广泛的应用。 国内外研究概况及发展趋势： 远场涡流( Remote field eddy current, RFEC) 技术最早发表于 1951 年美国 W. R. Maclean 的一篇专利报告中112, 20 世纪50 年代末 60 年代初, 壳牌公司的T. R. Schmidt 教授研制成功了应用于油井套管检测的远场涡流仪。80 年代, 有限元法和计算机数值分析技术的应用进一步推动了远场涡流机理的研究,美国学者 T. R. Schmidt 教授、W. Lord 教授、D. L.Atherton 和我国的孙雨施教授等用有限元法和计算机仿真技术研究了远场涡流现象, 应用能量扩散流的概念阐明了远场涡流现象的机理122。1986 年, 美国的科罗拉多州立大学用有限元方法模拟并复制了远场状态。我国的孙雨施教授和 W. Lord 教授合作引入能流的概念, 发现了/ 磁位峡谷0和/ 相位节点0现象[1]132。20 世纪 80 年代以后, 国内外一些研究机构着手进行远场涡流检测系统的研制, K. Tomitaand K. Yasui 等人还撰文介绍了其应用系统。近年来, 远场涡流技术的应用得到全面深入的研究, 许多研究机构正在进行远场涡流检测系统的研制工作。与检测铁磁性管的不完全磁饱和涡流法和漏磁法相比, 远场涡流检测技术可以提供最佳的缺陷尺寸。远场涡流检测设备主要由以下几部分组成： ( 1 ) 振荡器和功率放大器, 用于激励线圈, 输出信号, 为相位测量提供参考信息。 ( 2 ) 相位及幅值检测放大器, 用于处理接收线圈的接收信号。 ( 3 ) 计算机系统, 用于存储、处理和显示检测信号。 ( 4 ) 探头及定位编码器, 其中包括激励线圈和接收线圈。 ( 5 ) 爬行器或清管器式控制器及电源系统。采用爬行器式驱动装置, 便于掌握检测速度和扫描采样速率。 1.脉冲远场涡流的检测原理： 脉冲远场涡流传感器与常规正弦激励下的远场涡流传感器结构相同，也是由间隔一定距离的激励线圈和检测线圈组成，检测线圈放置在传统意义下的过渡区，脉冲远场涡流检测的原理如图1 所示。在激励线圈上施加一个具有较小占空比的方波激励信号，产生出一个脉冲磁场，磁场能量从激励线圈到检测线圈也存在2 个不同的耦合路径: 沿管道轴线方向的直接耦合路径，以及从激励线圈附近穿出管壁沿管壁传播，并最终再次穿过管壁到达检测线圈的间接耦合路径; 直接耦合路径上的磁场能量由于管道的屏蔽作用，迅速地衰减，而间接耦合路径上的信号2 次穿越管壁，携带了管道的结构信息，因此成为管道检测的依据[2]。 脉冲信号激励下激励线圈上电流和检测线圈上的感应电压时域波形分别见图2、图3。从图中可以看出，感应电压信号的直接耦合分量只出现在脉冲激励电流的上升沿和下跳沿时刻，当激励电流断开以后，感应电压信号并没有消失，而体现为间接耦合分量，且间接耦合分随时间衰减较慢。直接耦合电压的负峰值对管道内径的变化敏感，而间接耦合电压的过零时间对管道壁厚的变化敏感，因此可以提取感应电压信号的负峰值和过零时间( 见图3 中标注) 作为特征量来分析管道裂纹缺陷的检测信