基于永磁体动生涡流的高钢级管道内壁微裂纹检测方法.pdf

摘要

截止2022年年底，中国已建成的长输油气管道总里程已经超过18.5万公里。

根据我国对中长期长输油气管道网络的规划，至2025年长输油气管道的总里程数

将会达到24万公里。随着油气管道里程数的增加，对管道进行定期的检测和维护

非常重要。目前主要用于管道缺陷检测的技术是漏磁无损检测，但目前漏磁检测

存在一些问题：能够同时检测到管道内外壁缺陷但是无法分辨，造成维护困难；

只能检测大缺陷无法检测到微缺陷；结果只能判断有无缺陷，无法对缺陷尺寸进

行定量表征；当检测速度过快时漏磁检测容易发生漏检情况。针对漏磁检测存在

的问题，本文提出基于永磁体动生涡流的高钢级管道内壁微裂纹检测方法，主要

研究内容包括：

（1）基于永磁体动生涡流的高钢级管道内壁微裂纹检测系统设计。研究了

基于永磁体动生涡流的检测机理，并建立了基于永磁体动生涡流管道内壁微裂纹

检测的有限元仿真模型。通过仿真中的峰值到达时间和基值与峰值的差值与微缺

陷的几何尺寸的灵敏度和线性度对永磁体尺寸及检测点位置进行优化。优化永磁

体的长宽高为20mm×10mm×5mm。然后，探究了运动速度波动对检测结果的影

响。结果表明：当速度在5±1m/s的范围内波动时，对峰值到达时间影响最高为

13.2%，对基值与峰值之差影响最高为8.8%。

（2）高钢级管道内壁微裂纹动生涡流检测实验平台构建。在实验室已有的

高速转台基础上，设计带有目标缺陷的实验试件；采用TLE4998S磁传感器与永

磁体封装形成检测探头；采用N73E003单片机和串口调试助手作为信号采集端收

集数据上传至上位机；集成实验测试系统形成高钢级管道内壁微裂纹动生涡流检

测系统。设计实验方案并完成测试，并且对实验数据进行预处理，提取了新的定

量特征。

（3）提出基于永磁体动生涡流的高钢级管道内壁微裂纹定量检测方法。依

据实验数据提出电磁成像方法，并以此图像为基准建立了改进的基于VGG16卷积

神经网络模型对缺陷中的裂纹与腐蚀孔进行分类。研究缺陷尺寸与检测信号特征

之间的定量关系，并以此确定了微裂纹和腐蚀孔的定量检测方法。最后通过实验

对本文提出的微裂纹定量检测方法进行验证。

关键词：无损检测，油气管道，动生涡流，卷积神经网络，微缺陷

ABSTRACT

Asoftheendof2022,thetotallengthoflong-distanceoilandgaspipelinesbuiltin

Chinahasexceeded185,000kilometers.AccordingtoChineseplanforthemedium-and

long-termoilandgaspipelinenetwork,theplannedinvestmentscaleofChineselong-

distanceoilandgaspipelineswillreach1.68trillionyuanby2025,andthetotalmileage

oflong-distanceoilandgaspipelineswillreach240,000kilometers.Atpresent,manyoil

andgaspipelineshavebeeninserviceformanyyears,andsomeofthemhavebegunto

showsignsofaging.Asthemileageofoilandgaspipelinesincreases,thisphenomenon

willbecomemoreandmoreserious.Inordertopreventpipelinefailurefromcausingloss

oflifeandproperty,regularinspectionandmaintenanceofpipelinesisveryimportant.

Currently,thetechnologymainlyusedforpipelinedefectdetectionis