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基于漏磁原理的管道缺陷检测与识别方法研究

高鹏飞  
【摘要】:石油和天然气管道作为一种高效的运输方式,已经发展成为我国现代工业和国民经济的重中之重,被称为“能源血脉”。目前我国部分长输管道已逐步进入老化阶段,因管道的材质产生腐蚀和一些外力因素而造成的损伤,使得管道的运行存在很大安全隐患,对人民的生活财产造成了巨大的威胁,在漏磁检测装置中,传统永磁励磁存在磁化强度改变困难,且当中断励磁后管道仍存在剩磁、难以进行重复性试验等问题,因此寻求一种替代永磁的方法、在此环境下,针对管壁材料下不同缺陷的漏磁信号分布规律进行分析,识别缺陷的前提是对缺陷的大小与漏磁信号的特征之间关系进行定量化的判定,通过仿真替代部分重复性试验对漏磁信号进行研究,这对实际工程的管道检测具有一定意义。针对传统永磁检测的励磁装置涉及的问题,基于电磁场原理及麦克斯韦方程组对电磁励磁磁路和永磁励磁磁路模型进行数学建模,得到电磁励磁的线圈参数对励磁效果的影响;对永磁励磁和电磁励磁的磁化效果的差异性进行对比,探究有限元法对电磁场的计算过程及在Comsol软件中的联系。建立一种以直流线圈为励磁源的仿真模型,优化模型参数,为利于重复性试验,在Comsol中利用和管壁相同参数的钢板模拟实际管壁,对不同的钢板缺陷进行仿真求解,分析不同的几何特征的凹槽缺陷漏磁信号波形的分布规律,选取漏磁信号曲线的特征量,并通过曲线拟合得到缺陷大小与波形特征量的数学关系,通过数学模型确定缺陷的各项几何参数进而识别缺陷尺寸。搭建直流电磁励磁检测平台并进行实验,对不同几何尺寸的矩形缺陷钢板进行检测,通过选取不同凹槽缺陷测波形对比仿真与实验的漏磁信号分布特征及幅值大小,验证仿真模型的正确性。结果表明:当检测钢板等与管壁相同的铁磁性材料时,磁化强度与线圈匝数和励磁电流大小的乘积成正比,优化仿真线圈相关参数(匝数和电流大小),可达到实际检测相符的磁化效果,进而替代永磁励磁环境,建立可以准确描述永磁磁路的电磁励磁仿真模型;说明缺陷的几何尺寸与漏磁信号的径向信号分量峰峰值间距和轴向信号分量的峰值大小等特征量相关,通过最小二乘法对缺陷大小进行量化,可得出缺陷几何尺寸与漏磁信号的数学关系。电磁励磁仿真数据与实验数据趋势及幅值大小吻合,这为实际工程识别管道缺陷尺寸大小提供可能。


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