油氣管道腐蝕及裂紋的探傷檢測

黃起　李奧偉　杜瑜

摘 要：在運輸安全中，油氣管道是不可忽略的一部分，有一個設計良好、功能健全、檢測準確的探傷系統(tǒng)是至關重要的。在數(shù)字處理技術和霍爾傳感器的基礎上，利用漏磁法完成對管道缺陷的精確檢測，該設計實現(xiàn)了檢測過程中的信號發(fā)射、采集、處理和分析的功能。

關鍵詞：安全；數(shù)字處理技術；漏磁法；霍爾傳感器

中圖分類號：TE832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）14-0047-02

與其他能源運輸方式相比，管道運輸更高效、更安全，對環(huán)境的影響程度小，所以，管道運輸方式被廣泛運用。但是，管道埋于地下，管道受損或被腐蝕而造成的管道泄漏往往是難以察覺的，在長期使用的過程中，易產(chǎn)生腐蝕、麻點、凹坑、裂紋等缺陷。一旦發(fā)生大面積泄漏，輕則造成財產(chǎn)損失，重則將會造成人員傷亡。因此，要求定期對工業(yè)油氣管道進行無損檢測，避免或減少事故的發(fā)生。

1 方案設計與論證

油氣管道因為化學反應而受到腐蝕的位置、面積和程度各不相同，其中的影響因素也有很多。因此，油氣管道的檢測基本上就是對管道腐蝕情況的檢測。

無損檢測的方法有磁粉法、滲透法、超聲波法、電渦流法和漏磁法。磁粉法雖然表面探傷靈敏度高，但是，自動化程度低，在很大程度上需要用肉眼觀察。超聲波法雖然可以很好地發(fā)現(xiàn)管道的內(nèi)部損傷，但是，不允許被測物表面存在涂層和油污，在實際工作過程中可操作性很小。滲透法對材料表面有很嚴格的要求，而且容易造成環(huán)境污染。因此，可以選擇漏磁法進行油氣管道的損傷檢測。

鐵磁材料最顯著的特性是有較高的磁導率，漏磁法就是由此發(fā)展而來的。其原理如下：如果管道良好，那么當一種能產(chǎn)生強磁場的“磁化器”磁化被測管道時，幾乎沒有或有很少的磁感線會從表面穿出；如果管道存在損傷或腐蝕造成泄漏時，部分磁感線會泄漏，在材料表面損傷處形成漏磁場。因此，利用磁敏傳感器即可檢測出泄漏出的信號，再經(jīng)過信號處理和分析即可獲得較為精準的損傷特征。

2 探傷設備的基本設計

漏磁法探傷設備大體上主要由兩個部分構(gòu)成，即掃描頭總成和信號處理電路部分，具體情況如圖1所示。

正如上文所說，漏磁法需要一種能產(chǎn)生強磁場的磁化器，常用的磁化方法有兩種，即交變磁化法和永磁法。交變磁化法利用交變電流實現(xiàn)對勵磁器件的局部磁化，其磁場強度可以由程序控制，可調(diào)控性很強，還可以隨時關閉磁場，但是，其所需功率較大，屬有源器件。永磁法勵磁，也就是使用特殊的磁性材料，譬如燒結(jié)釹鐵硼磁鋼，來產(chǎn)生工作磁場。其具有高磁能積、高矯頑力和磁性能穩(wěn)定的特點。在該設計中，由于油氣管道較長，因此，交變磁化法明顯不適用。損傷處產(chǎn)生的漏磁場需要用磁敏傳感器進行探測，但是，漏磁場的強度很小，因此選擇什么型號的磁敏傳感器是很關鍵的。常見的、可選的磁敏傳感器有磁敏二極管、檢測線圈、磁敏電阻和霍爾元件等。之所以選擇霍爾傳感器是因為霍爾元件電壓靈敏度適中、線性好、不確定度小，而且封裝形式多樣，易于與管道匹配。

在實際探傷過程中，因為腐蝕而形成的缺陷，其形狀、角度等參數(shù)是隨機的，所以，漏磁場是空間上的三維向量。掃描頭也要綜合考慮所有因素，因為一個磁敏傳感器只能測量某點處的漏磁場強度，所以，掃描頭上的傳感器要根據(jù)需要分辨的損傷精度的技術指標來確定數(shù)量，并且相鄰傳感器的探測范圍必須要有重疊，這樣才可以避免漏檢。

漏磁法管道探傷的電信號處理電路是整個設備的核心部分，其原理如圖2所示。

這部分的選擇和設計主要是在電路和系統(tǒng)的基礎上完成的，目前此類系統(tǒng)主要有兩類，即以8031為核心的系統(tǒng)和以DSP芯片為核心的系統(tǒng)。由于系統(tǒng)要求有較高的精確度，并且需要有較高的效率，所以，選擇基于DSP芯片為核心的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集和處理。利用可編程處理器對信號進行處理，有助于提高運算速度和效率，且軟件處理功能強大，可讀性、可操作性、可更改性都非常好。

為了提高檢測的精確度，可以在信號的采集部分添加濾波裝置，從而消除低頻噪聲和高頻噪聲。由于霍爾傳感器與周圍的環(huán)境溫度有密切的關系，而管道內(nèi)與地面有較大溫差，所以，可以在掃描頭總成上添加溫度補償模塊以提高傳感器的穩(wěn)定性、精確度和使用時間。

3 結(jié)論

用漏磁法探傷設備在油氣管道內(nèi)進行檢測時，當檢測到某處出現(xiàn)損傷時，會按照預先設置好的程序減慢運行速度，對缺陷處進行多方位、多角度探測，以實現(xiàn)各種參數(shù)的精準探傷，最終對探測結(jié)果進行分析、處理。

參考文獻

[1]梁森.自動檢測技術及應用[M].第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]張俊哲.無損檢測技術及其應用[M].北京：科學出版社出版社，2011.

[3]劉存.現(xiàn)代檢測技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

〔編輯：白潔〕

Abstract： In the transport safety， the gas pipeline is part of a non-negligible， there is a well-designed， functional， accurate flaw detection system is essential. On the basis of digital processing technology and Hall sensor on the use of magnetic flux leakage pipeline to complete the accurate detection of defects， the design and implementation of the testing process of signal transmission， collection， processing and analysis functions.

Key words： security； digital processing technology； leakage magnetic； hall sensor

摘 要：在運輸安全中，油氣管道是不可忽略的一部分，有一個設計良好、功能健全、檢測準確的探傷系統(tǒng)是至關重要的。在數(shù)字處理技術和霍爾傳感器的基礎上，利用漏磁法完成對管道缺陷的精確檢測，該設計實現(xiàn)了檢測過程中的信號發(fā)射、采集、處理和分析的功能。

關鍵詞：安全；數(shù)字處理技術；漏磁法；霍爾傳感器

中圖分類號：TE832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）14-0047-02

與其他能源運輸方式相比，管道運輸更高效、更安全，對環(huán)境的影響程度小，所以，管道運輸方式被廣泛運用。但是，管道埋于地下，管道受損或被腐蝕而造成的管道泄漏往往是難以察覺的，在長期使用的過程中，易產(chǎn)生腐蝕、麻點、凹坑、裂紋等缺陷。一旦發(fā)生大面積泄漏，輕則造成財產(chǎn)損失，重則將會造成人員傷亡。因此，要求定期對工業(yè)油氣管道進行無損檢測，避免或減少事故的發(fā)生。

1 方案設計與論證

油氣管道因為化學反應而受到腐蝕的位置、面積和程度各不相同，其中的影響因素也有很多。因此，油氣管道的檢測基本上就是對管道腐蝕情況的檢測。

無損檢測的方法有磁粉法、滲透法、超聲波法、電渦流法和漏磁法。磁粉法雖然表面探傷靈敏度高，但是，自動化程度低，在很大程度上需要用肉眼觀察。超聲波法雖然可以很好地發(fā)現(xiàn)管道的內(nèi)部損傷，但是，不允許被測物表面存在涂層和油污，在實際工作過程中可操作性很小。滲透法對材料表面有很嚴格的要求，而且容易造成環(huán)境污染。因此，可以選擇漏磁法進行油氣管道的損傷檢測。

鐵磁材料最顯著的特性是有較高的磁導率，漏磁法就是由此發(fā)展而來的。其原理如下：如果管道良好，那么當一種能產(chǎn)生強磁場的“磁化器”磁化被測管道時，幾乎沒有或有很少的磁感線會從表面穿出；如果管道存在損傷或腐蝕造成泄漏時，部分磁感線會泄漏，在材料表面損傷處形成漏磁場。因此，利用磁敏傳感器即可檢測出泄漏出的信號，再經(jīng)過信號處理和分析即可獲得較為精準的損傷特征。

2 探傷設備的基本設計

漏磁法探傷設備大體上主要由兩個部分構(gòu)成，即掃描頭總成和信號處理電路部分，具體情況如圖1所示。

正如上文所說，漏磁法需要一種能產(chǎn)生強磁場的磁化器，常用的磁化方法有兩種，即交變磁化法和永磁法。交變磁化法利用交變電流實現(xiàn)對勵磁器件的局部磁化，其磁場強度可以由程序控制，可調(diào)控性很強，還可以隨時關閉磁場，但是，其所需功率較大，屬有源器件。永磁法勵磁，也就是使用特殊的磁性材料，譬如燒結(jié)釹鐵硼磁鋼，來產(chǎn)生工作磁場。其具有高磁能積、高矯頑力和磁性能穩(wěn)定的特點。在該設計中，由于油氣管道較長，因此，交變磁化法明顯不適用。損傷處產(chǎn)生的漏磁場需要用磁敏傳感器進行探測，但是，漏磁場的強度很小，因此選擇什么型號的磁敏傳感器是很關鍵的。常見的、可選的磁敏傳感器有磁敏二極管、檢測線圈、磁敏電阻和霍爾元件等。之所以選擇霍爾傳感器是因為霍爾元件電壓靈敏度適中、線性好、不確定度小，而且封裝形式多樣，易于與管道匹配。

在實際探傷過程中，因為腐蝕而形成的缺陷，其形狀、角度等參數(shù)是隨機的，所以，漏磁場是空間上的三維向量。掃描頭也要綜合考慮所有因素，因為一個磁敏傳感器只能測量某點處的漏磁場強度，所以，掃描頭上的傳感器要根據(jù)需要分辨的損傷精度的技術指標來確定數(shù)量，并且相鄰傳感器的探測范圍必須要有重疊，這樣才可以避免漏檢。

漏磁法管道探傷的電信號處理電路是整個設備的核心部分，其原理如圖2所示。

這部分的選擇和設計主要是在電路和系統(tǒng)的基礎上完成的，目前此類系統(tǒng)主要有兩類，即以8031為核心的系統(tǒng)和以DSP芯片為核心的系統(tǒng)。由于系統(tǒng)要求有較高的精確度，并且需要有較高的效率，所以，選擇基于DSP芯片為核心的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集和處理。利用可編程處理器對信號進行處理，有助于提高運算速度和效率，且軟件處理功能強大，可讀性、可操作性、可更改性都非常好。

為了提高檢測的精確度，可以在信號的采集部分添加濾波裝置，從而消除低頻噪聲和高頻噪聲。由于霍爾傳感器與周圍的環(huán)境溫度有密切的關系，而管道內(nèi)與地面有較大溫差，所以，可以在掃描頭總成上添加溫度補償模塊以提高傳感器的穩(wěn)定性、精確度和使用時間。

3 結(jié)論

用漏磁法探傷設備在油氣管道內(nèi)進行檢測時，當檢測到某處出現(xiàn)損傷時，會按照預先設置好的程序減慢運行速度，對缺陷處進行多方位、多角度探測，以實現(xiàn)各種參數(shù)的精準探傷，最終對探測結(jié)果進行分析、處理。

參考文獻

[1]梁森.自動檢測技術及應用[M].第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]張俊哲.無損檢測技術及其應用[M].北京：科學出版社出版社，2011.

[3]劉存.現(xiàn)代檢測技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

〔編輯：白潔〕

Abstract： In the transport safety， the gas pipeline is part of a non-negligible， there is a well-designed， functional， accurate flaw detection system is essential. On the basis of digital processing technology and Hall sensor on the use of magnetic flux leakage pipeline to complete the accurate detection of defects， the design and implementation of the testing process of signal transmission， collection， processing and analysis functions.

Key words： security； digital processing technology； leakage magnetic； hall sensor

摘 要：在運輸安全中，油氣管道是不可忽略的一部分，有一個設計良好、功能健全、檢測準確的探傷系統(tǒng)是至關重要的。在數(shù)字處理技術和霍爾傳感器的基礎上，利用漏磁法完成對管道缺陷的精確檢測，該設計實現(xiàn)了檢測過程中的信號發(fā)射、采集、處理和分析的功能。

關鍵詞：安全；數(shù)字處理技術；漏磁法；霍爾傳感器

中圖分類號：TE832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）14-0047-02

與其他能源運輸方式相比，管道運輸更高效、更安全，對環(huán)境的影響程度小，所以，管道運輸方式被廣泛運用。但是，管道埋于地下，管道受損或被腐蝕而造成的管道泄漏往往是難以察覺的，在長期使用的過程中，易產(chǎn)生腐蝕、麻點、凹坑、裂紋等缺陷。一旦發(fā)生大面積泄漏，輕則造成財產(chǎn)損失，重則將會造成人員傷亡。因此，要求定期對工業(yè)油氣管道進行無損檢測，避免或減少事故的發(fā)生。

1 方案設計與論證

油氣管道因為化學反應而受到腐蝕的位置、面積和程度各不相同，其中的影響因素也有很多。因此，油氣管道的檢測基本上就是對管道腐蝕情況的檢測。

無損檢測的方法有磁粉法、滲透法、超聲波法、電渦流法和漏磁法。磁粉法雖然表面探傷靈敏度高，但是，自動化程度低，在很大程度上需要用肉眼觀察。超聲波法雖然可以很好地發(fā)現(xiàn)管道的內(nèi)部損傷，但是，不允許被測物表面存在涂層和油污，在實際工作過程中可操作性很小。滲透法對材料表面有很嚴格的要求，而且容易造成環(huán)境污染。因此，可以選擇漏磁法進行油氣管道的損傷檢測。

鐵磁材料最顯著的特性是有較高的磁導率，漏磁法就是由此發(fā)展而來的。其原理如下：如果管道良好，那么當一種能產(chǎn)生強磁場的“磁化器”磁化被測管道時，幾乎沒有或有很少的磁感線會從表面穿出；如果管道存在損傷或腐蝕造成泄漏時，部分磁感線會泄漏，在材料表面損傷處形成漏磁場。因此，利用磁敏傳感器即可檢測出泄漏出的信號，再經(jīng)過信號處理和分析即可獲得較為精準的損傷特征。

2 探傷設備的基本設計

漏磁法探傷設備大體上主要由兩個部分構(gòu)成，即掃描頭總成和信號處理電路部分，具體情況如圖1所示。

正如上文所說，漏磁法需要一種能產(chǎn)生強磁場的磁化器，常用的磁化方法有兩種，即交變磁化法和永磁法。交變磁化法利用交變電流實現(xiàn)對勵磁器件的局部磁化，其磁場強度可以由程序控制，可調(diào)控性很強，還可以隨時關閉磁場，但是，其所需功率較大，屬有源器件。永磁法勵磁，也就是使用特殊的磁性材料，譬如燒結(jié)釹鐵硼磁鋼，來產(chǎn)生工作磁場。其具有高磁能積、高矯頑力和磁性能穩(wěn)定的特點。在該設計中，由于油氣管道較長，因此，交變磁化法明顯不適用。損傷處產(chǎn)生的漏磁場需要用磁敏傳感器進行探測，但是，漏磁場的強度很小，因此選擇什么型號的磁敏傳感器是很關鍵的。常見的、可選的磁敏傳感器有磁敏二極管、檢測線圈、磁敏電阻和霍爾元件等。之所以選擇霍爾傳感器是因為霍爾元件電壓靈敏度適中、線性好、不確定度小，而且封裝形式多樣，易于與管道匹配。

在實際探傷過程中，因為腐蝕而形成的缺陷，其形狀、角度等參數(shù)是隨機的，所以，漏磁場是空間上的三維向量。掃描頭也要綜合考慮所有因素，因為一個磁敏傳感器只能測量某點處的漏磁場強度，所以，掃描頭上的傳感器要根據(jù)需要分辨的損傷精度的技術指標來確定數(shù)量，并且相鄰傳感器的探測范圍必須要有重疊，這樣才可以避免漏檢。

漏磁法管道探傷的電信號處理電路是整個設備的核心部分，其原理如圖2所示。

這部分的選擇和設計主要是在電路和系統(tǒng)的基礎上完成的，目前此類系統(tǒng)主要有兩類，即以8031為核心的系統(tǒng)和以DSP芯片為核心的系統(tǒng)。由于系統(tǒng)要求有較高的精確度，并且需要有較高的效率，所以，選擇基于DSP芯片為核心的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集和處理。利用可編程處理器對信號進行處理，有助于提高運算速度和效率，且軟件處理功能強大，可讀性、可操作性、可更改性都非常好。

為了提高檢測的精確度，可以在信號的采集部分添加濾波裝置，從而消除低頻噪聲和高頻噪聲。由于霍爾傳感器與周圍的環(huán)境溫度有密切的關系，而管道內(nèi)與地面有較大溫差，所以，可以在掃描頭總成上添加溫度補償模塊以提高傳感器的穩(wěn)定性、精確度和使用時間。

3 結(jié)論

用漏磁法探傷設備在油氣管道內(nèi)進行檢測時，當檢測到某處出現(xiàn)損傷時，會按照預先設置好的程序減慢運行速度，對缺陷處進行多方位、多角度探測，以實現(xiàn)各種參數(shù)的精準探傷，最終對探測結(jié)果進行分析、處理。

參考文獻

[1]梁森.自動檢測技術及應用[M].第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]張俊哲.無損檢測技術及其應用[M].北京：科學出版社出版社，2011.

[3]劉存.現(xiàn)代檢測技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

〔編輯：白潔〕

Abstract： In the transport safety， the gas pipeline is part of a non-negligible， there is a well-designed， functional， accurate flaw detection system is essential. On the basis of digital processing technology and Hall sensor on the use of magnetic flux leakage pipeline to complete the accurate detection of defects， the design and implementation of the testing process of signal transmission， collection， processing and analysis functions.

Key words： security； digital processing technology； leakage magnetic； hall sensor