CN109764800A - 一种基于涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统。该系统采用的激励线圈，能够定量检测一个范围内管道的腐蚀状态；用热传感器阵列取代传统的红外热像仪进行热源提取，能够更全面检测管道表面的热源分布，同时由于红外热像仪不宜携带，采用热传感器阵列能好适用于管道检测现场；采用自适应线圈提离高度矫正算法，能够消除由于线圈提离导致的表面温度变化对结果的影响，提高检测精度；能够更全面的检测管道的腐蚀壁厚；能够对管道腐蚀状态实现快速、便捷、准确的检测与评价。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测领域，尤其涉及一种基于涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统。
背景技术
管道作为石油天然气设备的运输装置，在工业生产中有着广泛的应用。当前大量的实验结果发现，管道腐蚀已经成为影响生产安全的重要原因，提高管道壁厚检测技术是提高安全性的重要手段。
涡流热成像技术是一种将红外热成像与涡流检测相融合的新型检测方法，因其检测面积大、检测速度快、检测范围广，对被检零件无影响等特点，目前受到广泛的关注；但目前对于管道腐蚀壁厚涡流热成像的检测研究大多停留在定性阶段。
现有的管道检测技术方法有：漏磁检测，利用电磁铁将管道磁化之后，通过探头检测管道的磁场效应(如磁通密度、磁致伸缩等)测得其壁厚。超声导波检测，通过导波的反射信号得出某一点的缺陷及腐蚀厚度，得出某一条线上的腐蚀情况。瞬变电磁法，通过涡流二次场的视电阻率形态规律判断管道的大致腐蚀缺陷范围；场指纹法，对管道两端添加电极，通过判断管道内电场分布情况得出管道内的腐蚀情况。
这些管道腐蚀壁厚检测方法的缺陷是：漏磁检测对较大壁厚的检测效果差，信号处理难度大，检测精度低。超声导波检测只能定量检测管道上某些点的壁厚腐蚀，无法检测整个区域；场指纹法和瞬变电磁法都只能判断腐蚀区域的整体情况，还无法定量测量腐蚀壁厚，还需配合其他技术手段进行联合检测。
如何实现管道腐蚀壁厚的全面检测，已成为管道无损检测中亟待解决的问题。主要技术要求：通过扫查的方式，在一次检测中，对一个区域内管道的腐蚀壁厚进行定量检测与评估，完整反映整个管道的腐蚀情况；检测中对管道不造成破坏；检测时不产生安全隐患；对管道腐蚀状态实现快速、便捷、准确的检测与评价。
基于以上几点考虑，本发明提出一种基于涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统。
发明内容
为了解决现有管道腐蚀壁厚检测方法存在大量缺陷的问题，本发明特提供一种基于涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统。本发明提供的检测系统及检测方法能在一次检测中，对一个区域内管道的腐蚀壁厚进行定量检测与评估，完整反映整个管道的腐蚀情况；检测中对管道不造成破坏；检测时不产生安全隐患；对管道腐蚀状态实现快速、便捷、准确的检测与评价。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统，包括检测装置和检测系统。
进一步的，在所述的检测装置包括交流电磁激励设备和热传感器阵列装置。
进一步的，在所述的电磁激励设备包括激励线圈和电磁加热系统。
进一步的，在所述的激励线圈，包含至少3圈导线，相邻两圈导线之间距离为10～50mm，每圈导线与待检测工件表面垂直；导线与管道之间垂直距离为0.5～15mm。其目的是：能在管道表面上形成多个并排导线，添加电磁激励后，能在管道表面形成并排相同涡流，由于管道存在缺陷，使表面涡流密度分布不均，导致加热后，各处传导至表面的温度分布不同。
进一步的，利用传感器阵列对管道表面温度进行提取分析，利用温度分布差异形成的图像判断管道缺陷的形状，利用温升变化幅值判断壁厚腐蚀量，由此综合分析，实现管道腐蚀缺陷的面检测。
进一步的，所述的检测系统包括一套自适应线圈提离高度矫正算法，其目的是：由于管道直径各不相同，放置线圈后会导致线圈提离发生变化，通过提离矫正算法可消除由于线圈提离导致的表面温度变化对结果的影响，提高检测精度。其特征包括提离高度测定、算法运行、温度转换、壁厚测定四个步骤
本发明的优点在于：较以往的对于管道检测方法，该系统采用的激励线圈，能够定量检测一个范围内管道的腐蚀状态；用热传感器阵列取代传统的红外热像仪进行热源提取，能够更全面检测管道表面的热源分布，同时由于红外热像仪不宜携带，采用热传感器阵列能好适用于管道检测现场；采用自适应线圈提离高度矫正算法，能够消除由于线圈提离导致的表面温度变化对结果的影响，提高检测精度；能够更全面的检测管道的腐蚀壁厚；能够对管道腐蚀状态实现快速、便捷、准确的检测与评价。
附图说明
图1为本发明的检测系统示意图。
图中：1.激励线圈；2.电磁加热设备；3.计算机；4.传感器阵列；5.管道；6.缺陷
图2为传感器阵列布置剖面图。
图中：7.距离传感器；8.温度传感器；
图3为本发明的自适应线圈提离高度矫正算法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和实际的详细描述会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
如图1所示，本发明一种涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统，包括和激励线圈1连接的电磁加热设备2和传感器阵列4及传感器阵列4连接的计算机3。
本检测系统对于容器腐蚀壁厚的检测方法，首先将电磁加热设备2与激励线圈1相连，然后将激励线圈1置于管道外侧0.5～15mm处，打开计算机3，设定标准提离值，根据管道外径设置范围在0.5mm～10mm。距离传感器7将各点处线圈的提离距离反馈给计算机3，通过提离矫正算法对线圈提离高度进行矫正，求得一个温差补偿值，通电后温度传感器8将最高温度反馈回电脑，通过所述温差补偿值对管道表面温度进行矫正得出相同提离高度下的温升变化值。由于管道5存在缺陷6且缺陷6处的壁厚较薄，涡流在此处分布密集，热量高于未腐蚀区域，进而引起整个区域内表面温度场分布不均匀，由计算机3处理得出最终检测结果，即腐蚀缺陷的大小、壁厚信息。
如图3所示，为了消除由于线圈提离导致的表面温度变化对结果的影响，提高检测精度，本发明提出采用一种自适应线圈提离高度矫正算法。
本发明的工作原理为距离传感器7将各点处的提离高度数据传输至电脑并设定标准提离高度z0。由于一定提离高度所产生的涡流密度Je为涡流密度，z为提离高度，μ表示管道材料的磁导率，σ为管道材料的电导率，f为电流频率。激励线圈所产生的焦耳热为又由焦耳定律可知，感生涡流将由电能转化成焦耳热，产生的热量正比于涡流密度和电场强度，对应关系为ρ为管道材料密度；Cρ为管道材料的比热容；K为热传递系数；T为温度场分布函数。忽略热扩散效应的影响，可消除算子中x，y方向的向量。由此可得由积分变换可得通过实验检测相似材料测定4个时刻环境场温度可联立求得A，B，C，D四个未知常数值。于是此检测条件下各点的温差补偿值ΔT可表示为将温度传感器8实际测得的各点温度值和温差补偿值进行叠加，得出矫正后的检测温度，将温度数据通过计算机2处理，根据定量实验所测定的温度-壁厚拟合函数，可定量分析得出缺陷区域及腐蚀深度。
Claims (6)
1.一种基于涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统，其特征在于包括检测系统算法和热成像检测装置。
2.根据权利要求1所述一种基于涡流热成像阵列的管道腐蚀壁厚检测系统，其特征在于：所述检测系统包括交流电磁激励设备和热传感器阵列装置。
3.根据权利要求2所述的交流电磁激励设备其特征在于：包括激励线圈和电磁加热系统。
4.根据权利要求3所述的交流电磁激励设备，其特征在于：所述激励线圈包含至少3圈导线，相邻两圈导线之间距离为10～30mm，每圈导线与待检测工件表面垂直；导线与管道之间垂直距离为0.5～15mm。
5.根据权利要求4所述的热传感器阵列装置其特征在于：包括一套自适应线圈提离高度矫正算法。
6.根据权利要求5所述适应线圈提离矫正算法，其特征在于包括：提离高度测定、算法运行、温度测定、温度矫正四个步骤。
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