长输天然气管道在燃气能源运输中发挥着关键作用,被称为“能源命脉”。随着服役年限的增加,管道安全问题日趋严重,导致我国管道事故率居高不下,定期对管道进行检测和维护是保障管道安全稳定运行的主要手段。在多种管道检测技术中,漏磁检测技术由于自动化程度高、对检测环境要求低、检测信号可靠等因素被广泛应用于管道无损检测。在漏磁检测理论基础上进行仿真、实验研究,通过仿真分析与实验验证,分析了天然气管道缺陷与漏磁场的对应关系,研发了天然气管道漏磁检测系统。首先,分析了天然气管道缺陷漏磁场形成机理,引入磁偶极子模型来近似求解漏磁场,为了克服磁偶极子模型求解时存在的误差和不准确性等不足之处,采用有限元方法对管道缺陷漏磁场进行求解,建立了有限元方法漏磁场求解的数学模型。接着,根据实际检测管道情况,建立了天然气管道缺陷漏磁检测三维有限元仿真模型。研究了4种不同形状缺陷(矩形、圆柱形、梯形和不对称三角形)长度、深度改变对漏磁信号的影响,并且对比分析了相同条件时不同形状缺陷的漏磁信号。结果表明漏磁信号的分布与缺陷的形状密切相关,相同情况下矩形缺陷漏磁信号的幅值最大、波形有效宽度最宽、信号强度最大;圆柱形缺陷漏磁信号的幅值最小、波形有效宽度最窄、信号强度最小;不对称三角形缺陷漏磁信号发生明显偏移;梯形缺陷漏磁信号类似于矩形缺陷,信号强度居中。此外,还研究了邻近缺陷漏磁场的相互作用和传感器提离值对漏磁信号的影响,发现了邻近缺陷漏磁信号存在叠加现象,传感器提离值在检测中应当适量减小达到最佳检测效果。然后,设计一套天然气管道漏磁检测系统。整个信号采集电路以MCU为控制核心,由多路传感器探头、多通道模拟开关、A/D转换模块和数据存储器共同组成。信号采集电路要求在0.5ms内采样120路霍尔传感器,在信号采集电路中多通道模拟开关采用单通道8选1的MAX4638EUE芯片,该芯片在+5V单电源供电时输入阻抗为3.5?,选通1个通道的总时间为25ns,理论完成120路霍尔传感器采样的时间为3us,完全满足设计要求。A/D转换采用ADS1256,是一款8通道24位高速低功耗连续逼近的A/D转换芯片,采样速率达到30KSPS,精度可达0.00001,在转换速度和精度上满足电路设计要求。研发了管道实验样机,实现了管道缺陷的检测、显示和历史数据查看。使得管道检测方法自动化程度高,可视化效果好。最后,搭建实验平台,进行牵拉实验,通过实验检测结果对有限元仿真进行了验证,两者的信号曲线具有相同的变化趋势,实验结果与有限元分析得到的漏磁场规律一致。实验表明:实验检测结果验证了有限元仿真的准确性,得出不同缺陷特征和漏磁信号特征的对应关系,实验样机能够实现天然气管道缺陷的有效检测。为缺陷的准确量化和管道检测设备的研制提供参考。