CN103512483B - 架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，该架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统包括发射夹钳、接收夹钳、距离控制器和操作箱，该距离控制器为该发射夹钳和该接收夹钳之间的连接，并控制该发射夹钳和该接收夹钳之间的距离，该操作箱连接于该发射夹钳和该接收夹钳，对该发射夹钳发射电流信号，采集该接收夹钳产生的感应电流信号，通过分析该感应电流信号的变化，反演管道管体缺陷，该发射夹钳和该接收夹钳分别由两支曲率半径相同的半圆形充填铁磁介质的螺线管组成。该架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统能够实现对架空管道的全面扫查检测，且不受管道外敷层的干扰，实现管道腐蚀缺陷的快速定量、定位。

Description

架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统

技术领域

本发明涉及架空金属管道的检测装置，特别是涉及到一种架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统。

背景技术

目前，国内对于架空管道的剩余壁厚检测主要采用超声波抽查检测，检测点的选择通常由检验人员根据现场情况而定，然而管道内外壁的腐蚀往往不存在必然联系，因此，超声波抽查的管道壁厚测定方法不能真实反映管道的真实剩余壁厚，容易造成缺陷的漏检；而对于带有外敷层的管道，超声波测厚方法则需要拆除管道外敷层后方能实施，给使用单位带来额外的经济负担。

在国外，新型的检测技术如超声导波、磁记忆等都已经开展了大量的研究，成为在线检测技术的主流。然而这些技术的相关设备价格昂贵，且对检测人员操作水平要求高，不适合大范围的推广应用。为此我们发明了一种新的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现对架空管道的全面扫查检测，实现管道腐蚀缺陷的快速定量、定位的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，该架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统包括发射夹钳、接收夹钳、距离控制器和操作箱，该距离控制器为该发射夹钳和该接收夹钳之间的连接，并控制该发射夹钳和该接收夹钳之间的距离，该操作箱连接于该发射夹钳和该接收夹钳，并向该发射夹钳发射电流信号，采集该接收夹钳产生的感应电流信号，通过分析该感应电流信号的变化，反演管道管体缺陷，该发射夹钳和该接收夹钳分别由两支曲率半径相同的半圆形充填铁磁介质的螺线管组成。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该发射夹钳和该接收夹钳闭合时，是一个完整的圆环形电磁螺线管，该发射夹钳和该接收夹钳的法线方向都与被测管道的轴线方向一致。

该操作箱向该发射夹钳发射该电流信号时，其中心点上的磁通量强度B_L由下式表示：

其中，H_L为该发射夹钳的圆环形螺线管中心点上的磁场强度，μ_T为该铁磁介质的磁导率，n为该发射夹钳的螺线管的总匝数，δ为该发射夹钳的螺线管的半径，M_L该发射夹钳与该被测管道之间的互感系数，Ie^-jωt为该操作箱向该发射夹钳发射的该电流信号的强度。

根据麦克斯韦尔方程，得到由该发射夹钳加载给该被测管道的待检信号是：

E_z(0)=M_L·jω·Ie^-jωt

J_z(0)=M_L·jωσ·Ie^-jωt

其中，σ为该被测管道的电导率，J_z(0)为该发射夹钳所在位置的该被测管道的信号电流的强度。

该接收夹钳上感应的磁场信号是：

其中，J_z(z)该接收夹钳所在处的该被测管道的信号电流的强度， 为该被测管道缺陷部位处的电位移矢量。

如果该被测管道没有缺陷，就不存在束缚电荷，则：

其中，N_L为该接收夹钳与该被测管道之间的互感系数，r为该发射夹钳的曲率半径，z为观测点的坐标位置。

如果该被测管道没有缺陷，保持该发射夹钳和该接收夹钳之间的距离，检测信号形成了一个固定的背景值。

如果该被测管道有缺陷，该发射夹钳或该接收夹钳通过缺陷部位时，都会观测到磁场信号的异常，并在曲线图上构成间距与该发射夹钳与该接收夹钳的间距相等的双峰异常。

该异常强度与该缺陷部位的规模、性质以及分布状态有关。

该操作箱发射的电流信号的频率为1Hz至几KHz，该频率根据被测管道的规格与材质确定。

本发明中的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，采用磁导率以及视电阻反演管道缺陷的技术方法，通过分析管道磁导率在不同缺陷下的变化规律，可实现管道剩余壁厚的检测。本发明中的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统能够实现对架空管道的全面扫查检测，检测覆盖率达100%，且不受管道外敷层的干扰，实现管道腐蚀缺陷的快速定量、定位的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统。

附图说明

图1为本发明的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统的一具体实施例结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统的结构图。该架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统由发射夹钳1、接收夹钳2、距离控制器3和操作箱4。距离控制器3为发射夹钳1和接收夹钳2之间的连接，控制发射夹钳1和接收夹钳2之间的距离。操作箱4连接于发射夹钳1和接收夹钳2，并向该发射夹钳1发射电流信号，采集该接收夹钳2产生的感应电流信号，通过分析该感应电流信号的变化，反演 管道管体缺陷，在一实施例中，操作箱向该发射夹钳1发射1Hz至几KHz的电流信号。发射夹钳1和接收夹钳2都是由两支曲率半径相同的半圆形充填铁磁介质的螺线管组成的“夹钳”。“夹钳”闭合时，就是一个完整的圆环形电磁螺线管。发射夹钳1和接收夹钳2的法线方向都与管道的轴线方向一致，保持发射夹钳1和接收夹钳2之间的距离不变并同时沿被测管道移动、逐点检测的装置称作动源同轴偶极装置，简称动源偶极装置或同轴偶极装置。

向环形螺线管加载信号电流时，其中心点上的磁通量强度B_L可由下式表示：

其中：

H_L——发射夹钳1的圆环形螺线管中心点上的磁场强度

μ_T——铁磁介质的磁导率

n——发射夹钳1的螺线管的总匝数

δ——发射夹钳1的螺线管的半径

M_L——发射夹钳1与被测管道之间的互感系数

Ie^-jωt——操作箱4向发射夹钳1发射的该电流信号的强度。

根据麦克斯韦尔方程，得到由发射夹钳1加载给管道的待检信号是：

E_z(0)=M_L·jω·Ie^-jωt

J_z(0)=M_L·jωσ·Ie^-jωt

其中：

σ——被测管道的电导率

J_z(0)——发射夹钳1所在位置的管道信号电流强度，也就是说管道产生的感应电流的强度。

在接收夹钳2中，感应的磁场信号是：

其中：

J_z(z)——接收夹钳2所在处的管中信号电流的强度，即管道产生的感应电流的强度

——管道缺陷部位处的电位移矢量。

如果管道没有缺陷，就不存在束缚电荷，于是：

其中：

N_L——接收夹钳2与被测管道之间的互感系数

r——发射夹钳1的曲率半径

z——观测点的坐标位置

如果被测管道没有金属缺陷，保持发射夹钳1和接收夹钳2之间的距离，检测信号就会形成了一个固定的背景值；如果管道存在金属缺陷，无论发射夹钳1还是接收夹钳2一旦通过缺陷部位，都会观测到磁场信号的异常，并在曲线图上构成间距与偶极间距相等的“双峰”异常。异常强度与缺陷的规模、性质以及分布状态有关。

该装置发现异常的灵敏度高，可以用来普查带保温层管道的金属缺陷。由于频率越高趋肤深度越小，不利于发现“隐埋”于管壁中的缺陷，在实际检测工作中通常选择一个合适的频率进行检测，但为了尽可能地发现被测管道上的金属缺陷，应当采用2~3个频率检测以便对比。

现场测量时，将发射夹钳1和接收夹钳2安装到被测管道上，通过距离控制器3调整两夹钳间的距离，具体距离根据管道规格与材质确定，操作箱4能够发射1Hz至几KHz的电流信号，具体频率根据被测管道的规格与材质确定，如果管道存在金属缺陷，就会观测到磁场信号的异常，并在曲线图上构成间距与偶极间距相等的“双峰”异常，通过分析异常强度与缺陷的规模、性质以及分布状态有关就可以得到缺陷的大小。

Claims (8)

1.架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，其特征在于，该架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统包括发射夹钳、接收夹钳、距离控制器和操作箱，该距离控制器为该发射夹钳和该接收夹钳之间的连接，并控制该发射夹钳和该接收夹钳之间的距离，该操作箱连接于该发射夹钳和该接收夹钳，并向该发射夹钳发射电流信号，采集该接收夹钳产生的感应电流信号，通过分析该感应电流信号的变化，反演管道管体缺陷，该发射夹钳和该接收夹钳分别由两支曲率半径相同的半圆形充填铁磁介质的螺线管组成；该发射夹钳和该接收夹钳闭合时，是一个完整的圆环形电磁螺线管，该发射夹钳和该接收夹钳的法线方向都与被测管道的轴线方向一致；该操作箱向该发射夹钳发射该电流信号时，其中心点上的磁通量强度B_L由下式表示：

其中，H_L为该发射夹钳的圆环形螺线管中心点上的磁场强度，μ_T为该铁磁介质的磁导率，n为该发射夹钳的螺线管的总匝数，δ为该发射夹钳的螺线管的半径，M_L该发射夹钳与该被测管道之间的互感系数，Ie^-jωt为该操作箱向该发射夹钳发射的该电流信号的强度。

2.根据权利要求1所述的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，其特征在于，根据麦克斯韦尔方程，得到由该发射夹钳加载给该被测管道的待检信号是：

$\▿\×\stackrel{\→}{E}=-\frac{\∂}{\∂t}\stackrel{\→}{B}$

E_z(0)＝M_L·jω·Ie^-jωt

J_z(0)＝M_L·jωσ·Ie^-jωt

其中，σ为该被测管道的电导率，J_z(0)为该发射夹钳所在位置的该被测管道的信号电流的强度。

3.根据权利要求2所述的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，其特征在于，该接收夹钳上感应的磁场信号是：

其中，J_z(z)该接收夹钳所在处的该被测管道的信号电流的强度，为该被测管道缺陷部位处的电位移矢量。

4.根据权利要求3所述的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，其特征在于，如果该被测管道没有缺陷，就不存在束缚电荷，则：

其中，N_L为该接收夹钳与该被测管道之间的互感系数，r为该发射夹钳的曲率半径，z为观测点的坐标位置。

5.根据权利要求4所述的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，其特征在于，如果该被测管道没有缺陷，保持该发射夹钳和该接收夹钳之间的距离，检测信号形成了一个固定的背景值。

6.根据权利要求3所述的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，其特征在于，如果该被测管道有缺陷，该发射夹钳或该接收夹钳通过缺陷部位时，都会观测到磁场信号的异常，并在曲线图上构成间距与该发射夹钳与该接收夹钳的间距相等的双峰异常。

7.根据权利要求6所述的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，其特征在于，该异常强度与该缺陷部位的规模、性质以及分布状态有关。

8.根据权利要求1所述的架空管道壁厚腐蚀扫查检测系统，其特征在于，该操作箱发射的电流信号的频率为1Hz至几KHz，该频率根据被测管道的规格与材质确定。