管道缺陷漏磁场和缺陷尺寸关系的研究

　　应用漏磁检测技术对油气管道腐蚀缺陷进行检测,通常是将自带永久磁铁的漏磁检测仪送入管道,进行在线实时检测并存储漏磁场数据,然后进行分析以获得腐蚀缺陷信息。由缺陷漏磁场理论知,漏磁场和缺陷外形之间的关系复杂。为定量分析腐蚀缺陷,笔者制作大量人工缺陷,通过对管道轴向磁化,进行漏磁场检测试验,撷取漏磁场的关键特征,得出缺陷漏磁场特征参数与外形尺寸之间关系,实现对油气管道腐蚀缺陷的定量分析,为业主了解和维护管道腐蚀状况提供参考^[1]。

　　1　腐蚀缺陷检测试验设计

　　由于实际现场检测的条件变化和自然腐蚀缺陷的复杂多样,因此在进行试验研究分析时,制作的对比缺陷要尽可能与自然缺陷特征接近,同时要有利于缺陷漏磁场特征分析。

　　对自然缺陷,依据腐蚀缺陷的评定等级和腐蚀破坏失效公式,可用最大深度、最大长度和最大宽度来定义缺陷的深、长、宽(图1)。制作满足上述要求和便于漏磁场分析的矩形、圆形和部分椭圆形人工缺陷,缺陷类型分为深度系列(管道壁厚的10%,20%,35%,50%,65%和80%),长度系列(5,10,20,30,40和90 mm)和宽度系列(5,10,20,30,40和90 mm),同时缺陷的长宽比也呈系列变化。为了有效地分析漏磁场数据,建立缺陷判别数学模型,对制作的缺陷漏磁场用磁场特斯拉计进行静态测试。为模拟现场检测中检测仪在地下管道内受高压气体或液体驱动的状况,采用绞车牵引连接在检测仪上的钢丝绳来作为检测仪前进的驱动装置,进行缺陷漏磁场实际动态测试。绞车速度可调,以助于对比分析缺陷静态和动态漏磁场以及动态漏磁场与检测仪移动速度的关系。

　　2　漏磁场与缺陷尺寸的关系

　　试验中的检测仪牵引速度为1 m/s,管道材料20钢,外径273 mm,厚度14.3 mm。管道经轴向磁化后,缺陷处产生的漏磁场是个空间矢量,轴对称管道常分解为垂直法向分量(径向分量)和水平切向分量(轴向分量)进行分析,国内多倾向于法向分量研究。在此选取测量漏磁场的切向分量来分析和对比研究。利用磁偶极子模型对矩形槽缺陷描述漏磁场切向分量为^[2]

　　式中　σs———磁荷线密度

　　h———缺陷深度

　　b———缺陷长度的一半

　　检测仪实际检测和插值后的缺陷漏磁场切向分量如图2所示。由图2可见漏磁场的切向分量在缺陷中心线上方有极大值;从缺陷中心到边缘,分量左右对称,大小迅速下降。

　　2.1　缺陷长度与漏磁场的关系

　　由于管道沿缺陷长度方向磁化,管道上缺陷边界处漏磁场发生突变和泄漏。因此,缺陷长度越长,突变点之间距离越大,即缺陷漏磁场的跨度越大;同时漏磁场的幅度值也降低,信号变平缓。图3为矩形缺陷不同长度的漏磁场大小,其缺陷宽度为20 mm,深度为5 mm,35%管壁厚度处,长度变化从左到右为120,92,61,40,30,9.8和6 mm。