基于磁導率擾動的厚壁管道腐蝕檢測

范依澄 秦之凡

摘??要：在復雜的工作條件下，流動腐蝕會導致的厚壁管道局部壁厚發生變化。傳統的電磁檢測方法很難評估深層缺陷，由于磁導率擾動檢測（MPPT）擁有對深埋缺陷鋼管的高靈敏度優勢，因此，采用磁導率擾動檢測方法對厚壁管道腐蝕缺陷進行檢測。對鐵磁材料施加直流電磁化，由于壁薄引起的內部磁場擾動引起表層磁導率擾動，并通過渦流探頭檢測。實驗結果表明，檢測電壓信號幅值隨管壁減薄厚度的增加而增大，可以測量管壁減薄5%的情況。

關鍵詞：腐蝕??磁導率??直流磁化??渦流

中圖分類號：TM62;TG142.71

Corrosion?Detection?of?Thick-Walled?Pipes?Based?on?Magnetic?Permeability?Perturbation

FAN?Yicheng1??QIN?Zhifan2

1.?Military?Representative?Office?of?the?Naval?Armament?Department?in?Wuxi，?Wuxi，?Jiangsu?Province，?214000?China;?2.The?7th?Military?Representative?Office?of?the?Naval?Armament?Department?in?Beijing，?Beijing，?100010?China?（請確認翻譯準確性？？）

Abstract：Under?complex?working?conditions，?flow?corrosion?can?lead?to?changes?in?the?local?wall?thickness?of?thick-walled?pipes.?The?traditional?electromagnetic?detection?method?is?difficult?to?evaluate?deep?defects，?and?because?of?the?advantage?of?the?high?sensitivity?of?the?magnetic?permeability?perturbation?testing?（MPPT）?for?deep-buried?defective?steel?pipes，?its?method?is?used?to?detect?the?corrosion?defects?of?thick-walled?pipes.?Direct?current?magnetization?is?applied?to?ferromagnetic?materials，?and?the?surface?permeability?perturbation?is?caused?by?the?internal?magnetic?field?perturbation?caused?by?wall?thinness，?which?is?detected?by?an?eddy?current?probe.?Experimental?results?show?that?the?amplitude?of?detection?voltage?signals?increases?with?the?increase?of?the?thinning?thickness?of?pipe?walls，?and?the?5%?thinning?of?pipe?walls?can?be?detected.

Key?Words：?Corrosion;?Permeability;?Direct?current?magnetization;?Vortex

近年來，隨著我國油氣發展的需求擴大，長輸管道鋪設量大幅增加。長輸管道經過長時間的運行后會發生多種損傷，管道內壁腐蝕是長輸管道運行中的一種常見損傷模式[1，2]。為了防止管道泄漏和爆炸事故的發生，需要采取一定的檢測技術對鋼管的壁厚減薄情況進行定期測量[3]。目前常用于鋼管壁厚測量的無損檢測方法主要有聲學檢測技術[4]、射線檢測技術[5]以及電磁檢測技術[6]。常規超聲檢測結果不直觀，缺陷特征評價提供的信息量不足；射線檢測在在役管道中的檢測采用雙壁單影透照方式，檢測靈敏度較低；常規電磁檢測技術由于趨膚深度的影響對于深層缺陷存在磁化作用范圍不足的問題。因此，針對厚壁鐵磁性構件內部腐蝕缺陷，需要一種新的電磁無損檢測方法對管道內壁腐蝕缺陷進行精確測量。

1?厚壁鋼管檢測技術原理

如圖1所示，在直流磁化下鐵磁性材料內部缺陷引起周圍區域磁場擾動，由于材料的非線性磁化特性，這種磁場擾動會帶來磁導率擾動。檢測探頭在工件表面激發渦流場，當探頭經過磁導率擾動區域時，材料表面感應渦流發生變化，從而引起二次磁場變化并被探頭接收[7]。但交流激勵在材料表面形成渦流場，渦流的趨膚效應使得其受到材料表層的磁導率擾動的影響，因此可將表層磁導率擾動看作磁導率特性缺陷。在該方法中，采用直流磁化主動激發磁導率擾動，不直接測量內部缺陷在外表面空氣中產生的漏磁場，而測量由工件內部磁場擾動引起的工件表層磁導率擾動，利用交流激勵來主動獲取由磁導率擾動引起的磁場變化。

2??實驗方法與數據分析

2.1??實驗系統及試件

實驗系統由信號發生器、示波器、相敏檢波電路、直流電源、U型磁化器、探頭、樣品組成。實驗系統如圖2所示。穩恒磁場將通過直流電源輸出直流電來激勵磁化線圈而產生，磁化線圈的匝數為2?000匝，磁化電流為3?A。探頭由三個相同的線圈間隔0.5?mm并排分布組成，中間一個是激勵線圈，兩側是接收線圈，它們均是由線徑0.08?mm的漆包銅線繞制而成，匝數50匝。它們的外徑為3?mm，內徑為1?mm，高度為1?mm。探頭的激勵頻率為100?kHz，電壓幅值為1?V。試件為600?mm×80?mm×8?mm的45#鋼板，試件反面加工縱向貫穿的矩形截面切口模擬壁厚減薄，圖3所示為試件的具體尺寸參數。鋼板共4個矩形槽，深度分別為h=0.5?mm、h=1?mm、h=1.5?mm、h=2?mm。

2.2??實驗信號分析

直流磁化器的磁化電流設置為3?A，差分探頭的激勵頻率設置為100?kHz，激勵幅值設置為1?V。圖4是掃查的檢測電壓幅值，可以看到當掃過減薄區時，檢測電壓在靠近減薄區邊緣的某一點先達到最大值，然后進入減薄區后減低至最小值。圖5是提取的檢測電壓峰谷值，探頭的檢測電壓峰谷值隨著壁厚減薄的增大而增大。這是因為不同壁厚鋼板截面上的磁通密度，導致磁導率分布的不同，引起探頭感應電壓的變化。

3??結語

通過搭建實驗平臺，對不同減薄深度的缺陷進行檢測，提取同一提離高度下的探頭檢測電壓幅值，探頭的檢測電壓峰谷值隨著壁厚減薄深度的增大而增大。結果表明，采用磁導率擾動檢測方法對厚壁管道腐蝕缺陷進行檢測，可以測量管壁減薄5%的情況。

參考文獻

[1] 韓燁，薛正林，陳波，等.原油工藝管道內腐蝕檢測技術及方法[J].無損檢測，2016，38（3）：25-28.

[2] 趙陽，王飛，汪寧寧，等.薄壁不銹鋼管道的泄漏分析與檢測[J].無損檢測，2023，45（6）：52-56.

[3] 曹建樹，李楊，林立，等.天然氣管道在線無損檢測技術[J].無損檢測，2013，35（5）：20-25.

[4] 馬國.油氣管道內檢測技術現狀及發展趨勢[J].石油化工安全環保技術，2021，37（3）：26-29，6.

[5] 司永宏，趙聰，何深遠，等.數字射線測厚技術工程應用的誤差分析[J].無損探傷，2021，45（5）：42-44.

[6] 孫杰，李緒豐，胡華勝，等.金屬保護層厚度對PEC檢測結果影響的試驗研究[J].無損探傷，2020，44（2）：17-20.

[7] 鄧志揚.基于直流磁化的磁導率擾動無損檢測新方法[D].武漢：華中科技大學，2019.