漏磁檢測(cè)技術(shù)在鋼絲繩檢測(cè)中的應(yīng)用與研究

田志新(中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司，天津300452)

1 引言

起重設(shè)備和鉆修井設(shè)備均為海上設(shè)施重要生產(chǎn)、鉆采設(shè)備，設(shè)備價(jià)值高。鋼絲繩是起重設(shè)備和鉆修井設(shè)備的“生命線”，在使用過程中始終潛伏著因強(qiáng)度損耗而發(fā)生斷繩事故的危險(xiǎn)，一旦發(fā)生事故，多會(huì)出現(xiàn)人員傷亡或重大財(cái)產(chǎn)損失。因此，保證海上設(shè)施重要用途鋼絲繩完整性和安全可靠成為必然要求。

隨著海上設(shè)施服役年限的不斷增加，起重設(shè)備及鉆修井設(shè)備的故障頻率也隨之增多，帶來的維修、保養(yǎng)、更換費(fèi)用等投入隨之增多。近年來，隨著國(guó)家對(duì)安全生產(chǎn)工作的大力倡導(dǎo)和投入，各客戶對(duì)設(shè)備使用安全的高度關(guān)注，采用人工手段的傳統(tǒng)檢測(cè)方法(外觀、卡尺量)進(jìn)行重要用途鋼絲繩檢驗(yàn)的不足日益突顯，檢測(cè)條件的局限和檢測(cè)手段的落后使鋼絲繩的安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)制度難以落實(shí)，成為長(zhǎng)期存在并難以克服的重大危險(xiǎn)源。怎樣完善檢測(cè)手段、提高缺陷檢出率、保障設(shè)備安全可靠運(yùn)行成為必須面對(duì)的課題。

2 鋼絲繩在線檢測(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

在線檢測(cè)系統(tǒng)由漏磁檢測(cè)傳感器、滑輪輔助跟蹤機(jī)構(gòu)、定位編碼信號(hào)采集模塊和集成一體化檢測(cè)主機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成(內(nèi)含工業(yè)一體機(jī)、電氣控制模塊、信號(hào)采集模塊、報(bào)警控制模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊)。

漏磁檢測(cè)傳感器由滑輪輔助跟蹤機(jī)構(gòu)支撐連接，而環(huán)套套在被檢鋼絲繩上，使漏磁檢測(cè)傳感器始終跟隨鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，與鋼絲繩表面提離間距保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，其中滑輪輔助跟蹤機(jī)構(gòu)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備型號(hào)、尺寸的不同單獨(dú)設(shè)計(jì)。定位編碼信號(hào)采集模塊與鋼絲繩卷?yè)P(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)軸齒輪嚙合連接驅(qū)動(dòng)，漏磁檢測(cè)傳感器和定位編碼信號(hào)采集模塊通過信號(hào)傳輸電纜與一體化檢測(cè)主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行電信號(hào)連通。

2.2 工作原理

漏磁檢測(cè)傳感器采用漏磁檢測(cè)原理，也即：磁化器將磁能量導(dǎo)入鋼絲繩，在鋼絲繩上的斷絲或磨損處產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，布置在磁化器中間的磁敏元件捕獲這一漏磁場(chǎng)信息并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，最終形成斷絲或磨損存在的檢測(cè)評(píng)判依據(jù)。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1系統(tǒng)工作原理

漏磁檢測(cè)傳感器探測(cè)到的鋼絲繩損傷信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集處理器到達(dá)計(jì)算機(jī)顯示及處理系統(tǒng)，完成鋼絲繩損傷信號(hào)的顯示及分析評(píng)判結(jié)果處理；另外，與鋼絲繩卷?yè)P(yáng)機(jī)相聯(lián)的定位編碼信息采集模塊將漏磁檢測(cè)傳感器與被檢測(cè)鋼絲繩的掃描相對(duì)運(yùn)動(dòng)移動(dòng)位置/距離參數(shù)傳遞給計(jì)算機(jī)顯示及處理系統(tǒng)，最終完成鋼絲繩損傷信息的定位。

3 在線檢測(cè)系統(tǒng)模擬測(cè)試

3.1 系統(tǒng)調(diào)試

設(shè)備通電后使模擬待測(cè)鋼絲繩處于靜止?fàn)顟B(tài)下，檢測(cè)傳感器基波信號(hào)為一條正常直線，非雜亂無章曲線；先用細(xì)鋼絲測(cè)試傳感器內(nèi)腔，在系統(tǒng)顯示屏上有信號(hào)顯示，且系統(tǒng)聲光報(bào)警器有聲光報(bào)警，則說明檢測(cè)傳感器、信號(hào)線、檢測(cè)軟件及報(bào)警器等功能均正常。

3.2 參數(shù)設(shè)置

本次測(cè)試采用檢測(cè)1根斷絲報(bào)警設(shè)置，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)信號(hào)顯示范圍(Ymax/Ymin)使檢測(cè)信號(hào)正好位于檢測(cè)通道正中位置，再分別調(diào)節(jié)報(bào)警上限值和下限值，確定后此時(shí)檢測(cè)報(bào)警參數(shù)即設(shè)定完成(如圖2)。

圖2參數(shù)設(shè)置界面

3.3 模擬檢測(cè)

本次測(cè)試選定某平臺(tái)修井機(jī)鋼絲繩作為模擬測(cè)試對(duì)象，鋼絲繩直徑為Φ32mm，鋼絲繩結(jié)構(gòu)為6×19S+IWR。模擬缺陷采用與鋼絲同材質(zhì)同直徑的細(xì)鋼絲作為模擬斷絲，并分別采用1根、2根、3根鋼絲捆扎來模擬鋼絲繩上不同的斷絲數(shù)量。為驗(yàn)證檢測(cè)傳感器上、下兩部分的靈敏度，將1根、2根、3根斷絲分別固定于傳感器的上部分側(cè)鋼絲繩不同位置上，并在3根模擬斷絲鋼絲繩的相同位置的下部分側(cè)固定2根模擬斷絲，用以測(cè)試傳感器上、下兩部分是否可以準(zhǔn)確分辨。

模擬斷絲在系統(tǒng)顯示屏相應(yīng)位置出現(xiàn)明顯的波形顯示，編碼位置信息可與實(shí)際模擬斷絲位置相對(duì)應(yīng)，并且檢測(cè)傳感器探測(cè)到模擬缺陷超過了設(shè)置的報(bào)警門限，報(bào)警器產(chǎn)生紅色閃光及蜂鳴聲報(bào)警。根據(jù)波形幅值顯示(如圖3)可以定性確定模擬缺陷越大波形幅值越高，超過報(bào)警門限越高。對(duì)比分析檢測(cè)傳感器上、下部分檢測(cè)波形可以確定，在有模擬缺陷側(cè)均有缺陷波形顯示，沒有模擬缺陷的一側(cè)無缺陷波形顯示，同尺寸模擬缺陷顯示的最大波形幅值基本相同。

圖3 斷絲檢測(cè)波形

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過模擬測(cè)試可以看出，漏磁檢測(cè)技術(shù)可以有效檢測(cè)出鋼絲繩上存在的斷絲等缺陷，并能準(zhǔn)確確定斷絲位置信息。

(2)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可達(dá)到實(shí)時(shí)、預(yù)警、可靠、提效的效果。使鋼絲繩的運(yùn)行始終處于實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)狀態(tài)，當(dāng)鋼絲繩突發(fā)嚴(yán)重缺陷時(shí)及時(shí)報(bào)警，可有效防范事故；該技術(shù)相對(duì)于單純的人工定期檢查能發(fā)現(xiàn)更多缺陷，尤其是內(nèi)部缺陷，為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和制度落實(shí)提供支持。

(3)設(shè)備在運(yùn)行的同時(shí)完成檢測(cè)，增加了有效作業(yè)時(shí)間，提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。同時(shí)，在數(shù)據(jù)處理、報(bào)告生成、超限預(yù)警、檢測(cè)評(píng)估等可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理，可以更加科學(xué)的提供維修、保養(yǎng)策略，節(jié)約更換鋼絲繩成本。

(4)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以改變整個(gè)海上設(shè)施重要用途鋼絲繩檢測(cè)行業(yè)的傳統(tǒng)工作方式。