【摘 要】
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用以运输天然气和石油的管道是国家经济发展的重要通道之一,它属于铁磁性材料,相对磁导率远大于1容易磁化。管道服役过程中,容易遭受地质灾害、地壳运动、内外酸性介质腐蚀等环境的影响,在管道内外部、焊缝处造成不同程度腐蚀和破坏,导致管道爆炸、输送介质泄露等重大安全事故。因此,对管道定期安全性检测与维护具有重要意义。本文研究基于电磁涡流检测技术对油气管道内部表面缺陷的检测。涡流检测是以电磁感应原理为基础的无
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用以运输天然气和石油的管道是国家经济发展的重要通道之一,它属于铁磁性材料,相对磁导率远大于1容易磁化。管道服役过程中,容易遭受地质灾害、地壳运动、内外酸性介质腐蚀等环境的影响,在管道内外部、焊缝处造成不同程度腐蚀和破坏,导致管道爆炸、输送介质泄露等重大安全事故。因此,对管道定期安全性检测与维护具有重要意义。本文研究基于电磁涡流检测技术对油气管道内部表面缺陷的检测。涡流检测是以电磁感应原理为基础的无损检测方法,当激励线圈产生变化的磁场并接近导体时,磁通发生改变而产生涡流,导体中电涡流密度、信号相位以及电流方向将随着试件有无缺陷而发生改变,涡流生成的磁场影响检测线圈阻抗以及感应电压。由此,通过测定感应电压大小可判断试件有无缺陷。由于小口径管道内检测空间有限,对传统涡流探头存在限制,选用平面探头更适合检测内部缺陷。目前,针对管道内部的缺陷检测,大口径管道使用漏磁无损检测技术已趋于成熟,而小口径管道漏磁检测成本高,且存在磁化的局限性因此并不适合。实际检测时,由于管内环境恶劣,存在铁屑、焊头、焊缝毛刺以及腐蚀性液体附着在管道内表面,所以对检测的提离高度提出了要求。本文以平面涡流探头为基础,研究小口径管道缺陷检测技术。研究内容分为以下三个部分:(1)基于电路原理、电磁感应定理以及无线能量传输理论,提出了双层差分型平面涡流传感结构,解决检测提离、管道内部空间有限和检测灵敏度问题,并利用COMSOL仿真平台构建传感器结构模型。通过对比平面试件的仿真结果优化结构几何参数,达到最佳检测灵敏度。(2)加工设计PCB线圈,搭建涡流检测系统硬件平台。包括激励信号源制作、功率放大电路设计、接收信号预处理、以及数据采集与存储设计。获取探头实验信号并与仿真结果进行对比分析,验证其可靠性。(3)根据实际管道材料参数构建仿真模型,并进行管道试件的缺陷加工与实验,包括线圈与硬件电路搭建、探头与系统的放置支撑件加工、线圈与系统的连接装置、完成对比实验测试。在平台验证探头对管道内表面缺陷检测有效性。
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