煤气管道壁厚检测装置研究

　　0引言

　　随着国民经济的发展,油气管道已成为输送石油天然气等各种能源的重要途径.由于管道的工作环境恶劣,容易发生腐蚀、疲劳破坏、破损而引发事故,这不仅会造成巨大经济损失,而且对社会和环境也会产生严重的后果,其直接、间接经济损失巨大,修理费用也非常高.因此,管道的监测、诊断、清理和维护就成为保障管道系统安全、畅通和高效运营的关键,管道的在役和在线探查也就成了管道无损检测技术应用、发展的重要方向之一[1].

　　管道壁厚、缺陷的在线检测为管道服务质量、服务水平和安全技术状况的评价提供了依据,是管道在线检测的主要内容.目前对于壁厚及缺陷的无损检测方法很多,主要有漏滋法、超声法、涡流法、光学法、射线法等,不同的检测方法有不同的适应范围.油气管道环境特殊,特别是煤气管道,大多埋于地下,其检测手段有限,很多检测方法都难以实现,如超声法,在检测过程中必须使用耦合剂,很难适应煤气、天然气管道在线检测的要求.通常,煤气管道为铁磁性材料,对于铁磁性材料的检测,漏磁通法检测具有如下优点:测量原理简单,结构容易实现,测量精度较高;检测时无需耦合剂,可实现非接触测量;不易发生漏检;受环境温度影响较小;信号反馈快,易于采集和处理.因此,在油气管道在线检测中,国际上现行所采用的主流方法以漏磁检测法居多[2].

　　过去,漏磁检测一般用于缺陷、裂纹的检测[3~5],本文介绍一种用于煤气管道壁厚在线探测的无损检测装置,能被煤气管道机器人携带进入管道,实现对管壁壁厚进行定量的探测.该装置基于电磁式无气隙漏磁检测原理,采用传感器阵列的方式同时采集被测管壁的周向信息;采用程控恒流励磁检测与装置轴向运动交替进行的微型计算机控制方案,实现在导磁管道内同时对管壁周向,分时沿管壁轴向进行检测;装置还可实现径向自适应调节以适应被测管径的变化,管径适用范围400~650mm.

　　1漏磁法管壁厚度检检测原理

　　图1为基于电磁激励的漏磁通法厚度测量原理图.传感器由衬铁、励磁线圈、霍尔器件支架、霍尔器件、聚磁件和管壁(铁磁材料)的局部共同构成一个闭合的恒定磁回路.

　　为了简化分析,采用等效磁路的方法进行分析.图2为等效磁路图,图中F表示磁动势大小,R0表示衬铁的磁阻大小;Rk表示磁极间空气的当量磁阻大小;Rt表示被测对象局部的磁阻大小.根据等效磁路图有如下关系式

（1）

　　式中0为穿过衬铁的磁通量,单位:Wb;k为磁极间空气的漏磁通,单位:Wb;t为穿过被测对象局部的磁通量,单位:Wb.同时,由磁场原理有

　　　　(2)