基于雙勵(lì)磁場(chǎng)的管道應(yīng)力內(nèi)檢測(cè)工程應(yīng)用研究*

田野 羅寧 陳翠翠 李坤 陳海燕

(1. 管網(wǎng)集團(tuán)(新疆) 聯(lián)合管道有限責(zé)任公司 2. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院)

0 引 言

長(zhǎng)輸管道是石油及天然氣的主要運(yùn)輸方式, 為了保證油氣運(yùn)輸?shù)母咝А?安全, 定期對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的管線進(jìn)行檢測(cè)及安全維護(hù)是管道運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵[1-3]。 管道檢測(cè)行業(yè)發(fā)展的初期是為了發(fā)現(xiàn)管道的體積損傷位置。 由于管道深埋于地下且距離長(zhǎng)達(dá)上百千米, 傳統(tǒng)的表面檢測(cè)方法只適合檢測(cè)小型零件, 漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)成為長(zhǎng)輸油氣管道檢測(cè)的主流技術(shù)[4]。 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展, 漏磁檢測(cè)技術(shù)也從早期的軸向勵(lì)磁檢測(cè)發(fā)展出周向勵(lì)磁檢測(cè)以及全方位檢測(cè)[5-9]。 油氣管道內(nèi)檢測(cè)器的進(jìn)步與發(fā)展和管道檢測(cè)的需求息息相關(guān), 軸向勵(lì)磁對(duì)周向范圍較小的缺陷識(shí)別較為困難, 由此發(fā)展出了周向勵(lì)磁漏磁內(nèi)檢測(cè)器, 為了更全面地識(shí)別各種形狀的體積缺陷發(fā)展出了全方位勵(lì)磁漏磁內(nèi)檢測(cè)器。 隨著檢測(cè)人員總結(jié)過(guò)往的管道安全事故原因, 人們發(fā)現(xiàn)單純的體積缺陷檢測(cè)無(wú)法滿足對(duì)管道失效的預(yù)防要求, 管道在失效前往往經(jīng)歷局部的應(yīng)力集中變化[10]。 因此,如果可以監(jiān)測(cè)到管道實(shí)時(shí)的應(yīng)力異常情況就可以針對(duì)性地做到管道安全事故的預(yù)防, 提高管道運(yùn)營(yíng)的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

應(yīng)力檢測(cè)在其他行業(yè)早已被重視與研究, 如飛機(jī)零部件的檢測(cè), 橋梁鋼筋、 鋼絲繩的應(yīng)力分布檢測(cè)等等。 在這些檢測(cè)項(xiàng)目當(dāng)中, 超聲法、 射線法經(jīng)常被采用[11-13], 也發(fā)展出了各自行之有效的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。 但是只適用于較小的或裸露的零部件, 無(wú)法應(yīng)用到長(zhǎng)輸油氣管道應(yīng)力檢測(cè)當(dāng)中。 俄羅斯學(xué)者杜波夫提出了磁記憶檢測(cè)方法用來(lái)檢測(cè)管道應(yīng)力分布, 國(guó)內(nèi)也有相應(yīng)的磁記憶磁檢測(cè)器應(yīng)用于管線檢測(cè)當(dāng)中[14-17]。 但是, 磁記憶檢測(cè)在地磁場(chǎng)條件下進(jìn)行, 磁場(chǎng)強(qiáng)度微弱不易識(shí)別, 勵(lì)磁場(chǎng)不穩(wěn)定也會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果具有較大的不確定性, 國(guó)內(nèi)至今仍無(wú)法對(duì)磁記憶應(yīng)力內(nèi)檢測(cè)方法做出有效的歸納并形成切實(shí)有效的標(biāo)準(zhǔn)[18-21]。 如何有效地檢測(cè)管道異常應(yīng)力, 形成穩(wěn)定的可重復(fù)的檢測(cè)結(jié)果是當(dāng)前檢測(cè)人員關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題[22]。 一套可以應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)長(zhǎng)輸油氣管道應(yīng)力內(nèi)檢測(cè)的設(shè)備具有重要的研制意義。

筆者提出了一套可以應(yīng)用于長(zhǎng)輸油氣管道的應(yīng)力內(nèi)檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)及檢測(cè)方法, 通過(guò)原理介紹及工程試驗(yàn)驗(yàn)證為后續(xù)的管道應(yīng)力內(nèi)檢測(cè)設(shè)備發(fā)展提供參考。

1 結(jié)構(gòu)及原理

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

檢測(cè)器由2 節(jié)構(gòu)成, 前后采用萬(wàn)向節(jié)相連, 其連接方式與全方位漏磁內(nèi)檢測(cè)器相同, 保證其在管道內(nèi)部彎頭處的通過(guò)能力大于2.5 倍的管徑。 前一節(jié)為漏磁內(nèi)檢測(cè)器, 對(duì)管壁采取飽和磁化時(shí)進(jìn)行缺陷檢測(cè); 后一節(jié)為弱磁內(nèi)檢測(cè)器, 勵(lì)磁強(qiáng)度低于管材磁化曲線的近飽和磁化強(qiáng)度, 用于應(yīng)力檢測(cè)。 2節(jié)檢測(cè)器勵(lì)磁方向均為軸向勵(lì)磁。 多年的漏磁檢測(cè)結(jié)果證實(shí), 該結(jié)構(gòu)在管道內(nèi)檢測(cè)時(shí)仍然能夠保證平穩(wěn)、 安全運(yùn)行。

檢測(cè)器探頭均采用高清晰度、 高靈敏度探頭,精度可達(dá)nT 級(jí), 量程適用于勵(lì)磁強(qiáng)度。 2 節(jié)檢測(cè)器具有相同的速度與里程信息, 因此可以得到管道上同一里程同一鐘點(diǎn)在不同磁場(chǎng)下的信號(hào)特征, 用于管壁損傷的判讀識(shí)別。

2 節(jié)檢測(cè)器的磁鋼架構(gòu)如圖1 所示。 漏磁檢測(cè)節(jié)的磁鋼A 沿徑向向管壁產(chǎn)生磁通, 磁鋼B 沿徑向從管壁吸收磁通, 依靠軛鐵及鋼刷與管壁形成閉合磁路, 探頭在磁鋼A、 B 的中間位置進(jìn)行泄漏磁場(chǎng)的檢測(cè)。 弱磁檢測(cè)節(jié)的磁鋼C 沿徑向從管壁吸收磁通, 磁鋼D 沿徑向向管壁產(chǎn)生磁通, 漏磁節(jié)及弱磁節(jié)對(duì)管壁的勵(lì)磁磁通方向相反。

圖1 磁鋼架構(gòu)及磁通導(dǎo)向圖Fig.1 Magnetic steel architecture and diagram of the magnetic flux direction

管壁的磁化過(guò)程如圖2 所示。 首先從原點(diǎn)或是接近原點(diǎn)位置的初始磁化位置在漏磁場(chǎng)下進(jìn)行磁化, 磁特性達(dá)到A點(diǎn)位置, 漏磁節(jié)離開(kāi)后, 管壁受剩磁場(chǎng)影響,磁特性退回到B點(diǎn),若此時(shí)弱磁節(jié)施加相同方向的正向勵(lì)磁磁場(chǎng), 管壁磁特性沿B到A的曲線進(jìn)行磁化。 由圖2 可知, 弱磁下磁特性變化梯度較小。 若弱磁節(jié)施加的勵(lì)磁方向與強(qiáng)磁節(jié)相反, 假設(shè)強(qiáng)磁節(jié)沿反方向勵(lì)磁, 退磁后其剩磁點(diǎn)為C, 弱磁節(jié)導(dǎo)致的磁特性曲線為C-D-A曲線,磁特性變化梯度遠(yuǎn)大于前后2 節(jié)同方向勵(lì)磁之時(shí),其受應(yīng)力影響導(dǎo)致的磁特性變化更為明顯, 易于檢測(cè)器的識(shí)別。

圖2 管壁磁化過(guò)程示意圖Fig.2 Schematic diagram of the magnetization process of the pipe wall

2 節(jié)檢測(cè)器的探頭均沿周向排列, 保證管道的周向上每間隔3～4 mm 就有1 條檢測(cè)通道, 每一條通道能夠分別檢測(cè)該路徑上的管道軸向、 周向及徑向的三軸數(shù)據(jù)。 根據(jù)檢測(cè)的管道直徑不同, 探頭數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。 探頭采集數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線接入機(jī)芯組件, 組件包含大容量的存儲(chǔ)設(shè)施, 保證長(zhǎng)距離管線在線檢測(cè)數(shù)據(jù)的完整。

1.2 檢測(cè)原理

根據(jù)Jiles 與Atherton 建立的J-A 理論模型[23],磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)的關(guān)系為:

式中:M為磁化強(qiáng)度, A/m;H為外磁場(chǎng)強(qiáng)度,A/m;Man為非磁滯磁化強(qiáng)度, A/m;Ms為材料飽和磁化強(qiáng)度, A/m;a為磁化曲線形狀系數(shù), A/m;k為材料的釘扎系數(shù), 無(wú)量綱;δ為磁場(chǎng)方向系數(shù),δ= ±1;c為可逆磁化系數(shù), 無(wú)量綱;r1、r′1、r2、r′2均為常數(shù), 與材料有關(guān);μ0為真空磁導(dǎo)率, H/m;σ為應(yīng)力大小, Pa。

各參數(shù)取值如下[24]:a=1 000 A/m,c=0.15,r1=7×10-18m2/A2,r′1=-1×10-25m2/ (A2·Pa),r2=-3.3×10-30m4/A4,r′2=2.1×10-38m4/ (A4·Pa),k=1,δ=1,μ0=4π×10-7H/m,Ms=1.85×106A/m。 計(jì)算不同強(qiáng)度應(yīng)力管壁的磁化曲線, 如圖3 所示。

圖3 不同應(yīng)力管壁磁化曲線Fig.3 Pipe wall magnetization curves with different stresses

由圖3 可以看出, 當(dāng)外磁場(chǎng)強(qiáng)度從0 增大到10 kA/m 的過(guò)程中, 300 MPa 應(yīng)力下的管壁磁化強(qiáng)度增長(zhǎng)梯度高于500 MPa 應(yīng)力下的管壁, 在10 kA/m 左右, 300 MPa 下的管壁磁化強(qiáng)度為135 083 A/m, 500 MPa 下的管壁磁化強(qiáng)度為100 018 A/m,相差35 075 A/m, 具有較高的區(qū)分度, 2 種應(yīng)力磁化強(qiáng)度的差值與外磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值約為3.5。 當(dāng)外磁場(chǎng)強(qiáng)度從10 kA/m 增大到20 kA/m 的過(guò)程中,不同應(yīng)力下的磁化強(qiáng)度差值逐漸減小, 在20 kA/m時(shí)300 MPa 應(yīng)力的管壁磁化強(qiáng)度為155 993 kA/m,500 MPa 應(yīng)力的管壁磁化強(qiáng)度為147 347 kA/m, 相差8 646 A/m, 與外磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值約為0.43。 隨外磁場(chǎng)變化, 不同應(yīng)力導(dǎo)致的磁化強(qiáng)度差值與應(yīng)力識(shí)別能力變化圖如圖4 所示。 定義應(yīng)力識(shí)別率為應(yīng)力差值下磁化強(qiáng)度差值與外磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值。

圖4 應(yīng)力識(shí)別率圖Fig.4 Stress detection capacity

由圖4 可知, 隨著外磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大, 磁化強(qiáng)度差值先增大后減小隨后趨于穩(wěn)定, 說(shuō)明應(yīng)力導(dǎo)致的磁場(chǎng)變化呈先增大后減小趨勢(shì), 存在一個(gè)適宜的外磁場(chǎng)強(qiáng)度作為該應(yīng)力差值的最佳識(shí)別磁場(chǎng)。 應(yīng)力識(shí)別率呈逐漸減小趨勢(shì)隨后趨于穩(wěn)定, 在10 kA/m前下降趨勢(shì)明顯, 說(shuō)明在較低的磁場(chǎng)強(qiáng)度下應(yīng)力導(dǎo)致的磁化強(qiáng)度變化越明顯, 易于應(yīng)力的識(shí)別。 但是, 磁場(chǎng)強(qiáng)度越低意味著抗干擾能力低, 容易受環(huán)境影響, 導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性降低。 強(qiáng)磁作用下, 應(yīng)力導(dǎo)致的磁化強(qiáng)度變化趨于平穩(wěn), 無(wú)法根據(jù)磁化強(qiáng)度變化去評(píng)估應(yīng)力強(qiáng)度的大小。

綜上分析, 利用不同勵(lì)磁強(qiáng)度對(duì)管壁進(jìn)行磁化檢測(cè)時(shí), 低磁化水平可以有效地檢測(cè)應(yīng)力導(dǎo)致的磁信號(hào)變化, 最佳檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度在5 ～10 kA/m。高磁化水平用于檢測(cè)管道的體積損傷缺陷。

2 可行性試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)方法

采用管道加壓方式進(jìn)行可行性試驗(yàn)驗(yàn)證, 制作小型強(qiáng)弱磁雙場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)器, 如圖5 所示。

圖5 簡(jiǎn)易雙場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)器Fig.5 A simple dual-magnetic-field internal detector

與實(shí)際應(yīng)用的檢測(cè)器區(qū)別在于機(jī)芯裸露在外,放置于勵(lì)磁節(jié)后方用于記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 但是由于勵(lì)磁強(qiáng)度遠(yuǎn)高于地磁場(chǎng)強(qiáng)度, 所以抗干擾能力強(qiáng)于磁記憶檢測(cè)方法, 機(jī)芯組件對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響可以忽略不計(jì)。

選取經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁拖拉過(guò)的直徑273 mm 樣管, 保證樣管通體的剩磁強(qiáng)度穩(wěn)定, 進(jìn)行密閉處理后試壓至6 MPa 后泄壓, 排除管道初始?xì)堄鄳?yīng)力的不均勻分布對(duì)檢測(cè)的干擾。 將內(nèi)檢測(cè)器放置于管道內(nèi),開(kāi)啟設(shè)備, 將管道進(jìn)行密封處理, 對(duì)管道進(jìn)行加壓試驗(yàn), 記錄壓力導(dǎo)致的管壁應(yīng)力變化引起的強(qiáng)弱磁節(jié)檢測(cè)器磁信號(hào)變化。 加壓過(guò)程如下: 從0 開(kāi)始加壓至6 MPa 保持, 隨后逐漸降低至4 MPa、 2 MPa保持, 直至降到0。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

檢測(cè)結(jié)果如圖6 所示。 強(qiáng)磁下, 管道壓力變化對(duì)漏磁信號(hào)的數(shù)值影響很小, 加壓值2、 4、 6 MPa時(shí), 信號(hào)波動(dòng)范圍均在1 240 ～1 270 之間。 弱磁下, 管道壓力變化對(duì)信號(hào)的數(shù)值有影響, 加壓值2、 4、 6 MPa 時(shí), 信號(hào)波動(dòng)范圍分別為37 ～44,24～44, 0～20 之間, 區(qū)分度較為明顯。

圖6 檢測(cè)結(jié)果曲線Fig.6 Detection results

加壓試驗(yàn)采用與強(qiáng)弱磁內(nèi)檢測(cè)器相同的檢測(cè)器探頭, 該試驗(yàn)測(cè)試了強(qiáng)弱磁內(nèi)檢測(cè)器的探頭性能。由試驗(yàn)結(jié)果可知, 隨著管道壓力的增加, 強(qiáng)弱磁節(jié)的探頭運(yùn)行良好, 可以適應(yīng)壓力變化引起的管道表面應(yīng)力變化, 弱磁節(jié)的探頭分辨率完全能夠識(shí)別應(yīng)力變化。

3 工程應(yīng)用試驗(yàn)及驗(yàn)證

3.1 工程應(yīng)用介紹

選取西氣東輸二線的一段天然氣管線, 管線直徑為1 219 mm, 全長(zhǎng)137 km, 管道材質(zhì)為X80 鋼材, 管道由螺旋焊縫管與直焊縫管組成, 輸送溫度為常溫。

整個(gè)內(nèi)檢測(cè)過(guò)程共歷時(shí)15 h 39 min, 平均速度2.43 m/s, 內(nèi)檢測(cè)器外觀完好, 無(wú)機(jī)械損傷, 未缺少任何組件。 檢測(cè)器速度達(dá)到了檢測(cè)器的最佳檢測(cè)運(yùn)行速度要求。

通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析, 本段管線的環(huán)焊縫、 閥門、 三通、 法蘭及彎頭數(shù)量與業(yè)主提供的管道基礎(chǔ)特征數(shù)量相符, 無(wú)錯(cuò)檢漏檢產(chǎn)生, 里程數(shù)據(jù)與管線總里程相符無(wú)偏差。

3.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)比強(qiáng)磁節(jié)與弱磁節(jié)的信號(hào)特征, 按信號(hào)異常進(jìn)行區(qū)分, 將所有異常信號(hào)類型分為3 類: 第一類為強(qiáng)磁節(jié)與弱磁節(jié)均存在異常信號(hào), 共存在109 處; 第二類為強(qiáng)磁節(jié)無(wú)異常信號(hào), 弱磁節(jié)存在異常信號(hào), 共存在5 處; 第三類為強(qiáng)磁節(jié)有異常信號(hào), 弱磁節(jié)無(wú)異常信號(hào), 共檢測(cè)到2 561 處。 各信號(hào)特征圖例如圖7 所示。

圖7 信號(hào)特征圖例Fig.7 Example of signal characteristics

理論分析認(rèn)為: 第一類信號(hào)為管壁上存在體積缺陷, 且在體積缺陷處存在一定程度的應(yīng)力異常,應(yīng)力沒(méi)有隨著管壁的腐蝕而分散掉; 第二類信號(hào)為管壁上存在應(yīng)力集中區(qū), 無(wú)體積缺陷; 第三類信號(hào)為管壁上的金屬腐蝕, 無(wú)應(yīng)力異常, 說(shuō)明在腐蝕過(guò)程中, 應(yīng)力隨著管道的加壓分散掉而未形成集中區(qū)。

3.3 檢測(cè)結(jié)果開(kāi)挖驗(yàn)證

針對(duì)上節(jié)所述3 種缺陷類型, 選取相應(yīng)的典型開(kāi)挖點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證。 通過(guò)強(qiáng)弱磁數(shù)據(jù)的對(duì)比, 選取開(kāi)挖點(diǎn)處的信號(hào)如圖8 所示。 圖8 中: A 缺陷為強(qiáng)磁有信號(hào), 弱磁無(wú)信號(hào); B 缺陷為強(qiáng)磁、 弱磁均有信號(hào); C 為強(qiáng)磁無(wú)信號(hào), 弱磁有信號(hào)。

圖8 開(kāi)挖點(diǎn)強(qiáng)弱磁信號(hào)對(duì)比圖Fig.8 Comparison of signals at the cut-out between high-intensity and low-intensity magnetic fields

其中, 對(duì)內(nèi)部金屬損失缺陷, 采用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)厚。 采用磁記憶檢測(cè)設(shè)備、 矯頑力檢測(cè)設(shè)備對(duì)相應(yīng)位置進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)。 應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備如圖9所示。

圖9 應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備Fig.9 Device for stress verification

驗(yàn)證時(shí), 首先對(duì)管壁進(jìn)行開(kāi)挖定位, 去掉管壁的防腐層后, 對(duì)定位點(diǎn)周圍進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)證。 以缺陷定位點(diǎn)為中心繪制8×8 的網(wǎng)格, 網(wǎng)格大小為15 mm×15 mm 的正方形, 分別檢測(cè)各點(diǎn)的矯頑力, 繪制矯頑力強(qiáng)度等高圖, 如圖10 所示。

圖10 矯頑力數(shù)據(jù)等高圖Fig.10 Contour of coercivity

由矯頑力數(shù)據(jù)可知: 缺陷A 外部無(wú)損傷, 其矯頑力數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化, 可知缺陷A 周圍無(wú)應(yīng)力集中現(xiàn)象; 缺陷B 外部無(wú)損傷, 其矯頑力數(shù)據(jù)在缺陷定位點(diǎn)處存在較大的應(yīng)力集中, 其矯頑力值比管道平均應(yīng)力對(duì)應(yīng)的矯頑力值高0.5 A/cm; 缺陷C 外部無(wú)損傷, 其矯頑力數(shù)據(jù)在缺陷定位點(diǎn)處存在較大的應(yīng)力集中, 其矯頑力值比管道平均應(yīng)力對(duì)應(yīng)的矯頑力值高0.5 A/cm。 綜上所述, 缺陷A 處無(wú)應(yīng)力集中, 缺陷B 及C 均檢測(cè)到一定程度的應(yīng)力集中, 與內(nèi)檢測(cè)結(jié)果相符。

過(guò)缺陷A、 B、 C 定位點(diǎn)分別選取軸向及周向檢測(cè)線進(jìn)行磁記憶檢測(cè), 結(jié)果如圖11 所示。

圖11 磁記憶檢測(cè)圖Fig.11 Results of magnetic memory detection

由磁記憶檢測(cè)數(shù)據(jù)可知: 缺陷A 處無(wú)明顯峰值及劇烈梯度變化, 故缺陷A 處無(wú)應(yīng)力集中現(xiàn)象;缺陷B 軸向檢測(cè)線兩側(cè)存在峰值及梯度變化, 周向檢測(cè)線靠近中心兩邊存在峰值及梯度變化, 說(shuō)明缺陷B 處四周存在應(yīng)力集中點(diǎn), 應(yīng)力集中點(diǎn)圍成的范圍與矯頑力數(shù)據(jù)變化范圍相近; 缺陷C 處的軸向及周向檢測(cè)線在中心位置存在峰值及梯度變化, 說(shuō)明缺陷C 中心處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。 由檢測(cè)結(jié)果可知, 磁記憶檢測(cè)結(jié)果與矯頑力檢測(cè)結(jié)果及內(nèi)檢測(cè)結(jié)果一致。

為了進(jìn)行超聲檢測(cè), 需要對(duì)管壁進(jìn)行打磨處理, 打磨后缺陷矯頑力數(shù)據(jù)測(cè)量如圖12 所示。 由打磨后的矯頑力數(shù)據(jù)可知: 缺陷A 存在1 處矯頑力突變值, 其余位置無(wú)明顯變化; 缺陷B、 C 中心處依然能檢測(cè)到矯頑力變化區(qū)域。 這說(shuō)明管壁打磨前后不影響矯頑力數(shù)據(jù)的測(cè)量。

圖12 打磨后缺陷矯頑力數(shù)據(jù)等高圖Fig.12 Contour of coercivity after polishing

打磨后磁記憶數(shù)據(jù)測(cè)量如圖13 所示。 由圖13可知, 無(wú)論是軸向數(shù)據(jù)還是周向檢測(cè), 檢測(cè)曲線出現(xiàn)不規(guī)則波動(dòng), 無(wú)法看出是否存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。分析原因?yàn)? 磁記憶數(shù)據(jù)檢測(cè)的是管壁表面的磁場(chǎng)分布, 由于管壁打磨導(dǎo)致的管壁表面應(yīng)力重新分布且分布不均勻?qū)е卤砻娲艌?chǎng)重新分布, 無(wú)法檢測(cè)出原始的管壁應(yīng)力狀態(tài)。 因此磁記憶檢測(cè)不適宜在打磨后進(jìn)行驗(yàn)證。

圖13 打磨后磁記憶檢測(cè)圖Fig.13 Results of magnetic memory detection after polishing

對(duì)3 處缺陷進(jìn)行超聲測(cè)厚, 測(cè)厚結(jié)果等高線如圖14 所示。

圖14 打磨后缺陷超聲測(cè)厚數(shù)據(jù)等高圖Fig.14 Contour of ultrasonic thickness measurements of defects after polishing

由圖14 可知, 缺陷A 及缺陷B 處檢測(cè)到明顯的壁厚差異, 最大值達(dá)到0.8 mm, 說(shuō)明存在腐蝕傷, 缺陷C 處未檢測(cè)到明顯壁厚差異, 最大值為0.1 mm, 無(wú)體積缺陷。

綜上所述, 利用矯頑力及磁記憶應(yīng)力檢測(cè)方法說(shuō)明了強(qiáng)弱磁雙場(chǎng)應(yīng)力檢測(cè)可以檢測(cè)到管壁上的應(yīng)力集中, 且能夠通過(guò)漏磁檢測(cè)方法得到損傷位置是否存在缺陷含應(yīng)力集中的復(fù)合損傷, 利用一次檢測(cè)能夠同時(shí)得到管道上的體積缺陷損傷信息及應(yīng)力損傷信息。

4 結(jié) 論

本文介紹了雙勵(lì)磁場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)力檢測(cè)原理, 描述了其在長(zhǎng)輸油氣管道在線內(nèi)檢測(cè)上的可行性, 通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了檢測(cè)器對(duì)應(yīng)力的識(shí)別能力, 選取了一段西二線直徑1 219 mm 輸氣管線進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用, 通過(guò)開(kāi)挖驗(yàn)證的方法證明了檢測(cè)結(jié)果的有效性, 為雙勵(lì)磁場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)器的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。 得到以下結(jié)論:

(1) 基于應(yīng)力對(duì)管材磁化曲線的影響關(guān)系可以利用弱勵(lì)磁場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè), 弱磁節(jié)與漏磁節(jié)的磁化方向相反, 既排除了剩磁干擾也減弱了環(huán)境因素影響。

(2) 采用雙勵(lì)磁場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)器進(jìn)行管道檢測(cè)能進(jìn)行應(yīng)力和體積損傷的同時(shí)檢測(cè), 除管道基礎(chǔ)特征外, 檢測(cè)信號(hào)分為3 類: 第1 類信號(hào)為管壁上存在體積缺陷, 且在體積缺陷周圍存在一定程度的應(yīng)力異常, 應(yīng)力沒(méi)有隨著管壁的腐蝕而分散掉, 信號(hào)特征為強(qiáng)弱磁節(jié)在同一位置均能檢測(cè)到異常信號(hào); 第2 類信號(hào)為管壁上存在應(yīng)力集中區(qū), 無(wú)體積缺陷,信號(hào)特征為同一位置強(qiáng)磁節(jié)無(wú)信號(hào), 弱磁節(jié)有異常信號(hào); 第3 類信號(hào)為管壁上的金屬腐蝕, 無(wú)應(yīng)力異常, 說(shuō)明在腐蝕過(guò)程中, 應(yīng)力隨著管道的加壓分散掉而未形成集中區(qū), 信號(hào)特征為同一位置弱磁節(jié)無(wú)信號(hào), 強(qiáng)磁節(jié)有異常信號(hào)。

(3) 進(jìn)行管道的應(yīng)力開(kāi)挖驗(yàn)證時(shí), 矯頑力檢測(cè)結(jié)果在防腐層剝除后管壁打磨前后與雙勵(lì)磁場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)結(jié)果有較高的一致性。 磁記憶檢測(cè)在防腐層剝除后管壁打磨前與雙勵(lì)磁場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)器結(jié)果有較好的一致性, 管壁打磨后不適宜進(jìn)行磁記憶檢測(cè)。