罐底板腐蚀缺陷漏磁场分析及可视化技术研究

摘要

随着我国经济的发展和国家战略原油储备体系的建立,储罐数量和容量增加很快,其安全性也得到企业和技术人员的关注.罐底板的腐蚀是造成储罐安全隐患的重要原因,因此,罐底板的腐蚀检测尤为重要.为了完成罐底板日益繁重的检测任务和实现检测时缺陷直观的需求,研究全数字式检测系统、高精度定位系统、高智能化评价系统的要求更加迫切.目前漏磁信号的分析处理、信号特征量的提取、重构缺陷外形等技术在漏磁检测领域还没有形成系统的方法,尤其是国内在漏磁检测可视化技术方面还没有成熟的体系.针对我国的现状和需要,本文选择腐蚀缺陷定量分析及三维重构为主攻方向,希望能够在罐底板腐蚀缺陷漏磁场分析及可视化技术方面得到突破.本文主要研究了腐蚀缺陷漏磁场形成的原理和漏磁检测的原理,确定了两种漏磁场理论计算方法:解析法和数值法.用解析法主要分析了三种基本的磁偶极子模型:等效点偶极子模型、等效线偶极子和等效带偶极子模型.由于三种基本磁偶极子模型不能准确地描述罐底板的腐蚀缺陷,建立了圆柱形和椭圆柱形腐蚀缺陷模型.在麦克斯韦方程组的基础上进行有限元法理论分析,应用电磁场数值计算中的有限元方法来研究漏磁场.应用ANsYs对椭圆柱形腐蚀缺陷进行有限元模拟和分析,得到缺陷漏磁场的空间分布和大量仿真数据.根据腐蚀缺陷漏磁场仿真数据,提取漏磁场特征量,研究得到缺陷外形特征参数与漏磁场特征量的定性和定量关系.通过腐蚀缺陷特征参数和漏磁场特征量关系,提出了腐蚀缺陷漏磁检测三维重构的方法,确定缺陷的等效位置、深度、长度和宽度,实现了罐底板腐蚀缺陷漏磁检测的可视化.建立罐底板腐蚀缺陷漏磁检测可视化实验系统,通过实验分析验证腐蚀缺陷的量化关系和三维重构方法.

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及学位论文使用授权声明

创新点摘要

第1章引言

第2章腐蚀缺陷漏磁场的理论分析

2.1漏磁场形成的原理

2.2漏磁检测的原理

2.3漏磁场的理论计算方法

2.4漏磁场磁偶极子理论模型分析

2.4.1三种基本磁偶极子模型

2.4.2圆柱形腐蚀缺陷模型

2.4.3椭圆柱形腐蚀缺陷模型

2.5漏磁场有限元理论分析

2.6小结

第3章基于有限元法的罐底板腐蚀缺陷漏磁场分析

3.1有限元方法在漏磁场分析中的应用

3.2罐底板腐蚀缺陷漏磁场三维有限元分析

3.2.1漏磁场三维有限元分析的模型建立

3.2.2模型的单元体类型和材料属性

3.2.3模型的网格划分

3.2.4漏磁场三维有限元分析的边界条件和求解

3.3罐底板腐蚀缺陷漏磁场静态摸拟与动态摸拟结果分析

3.3.1漏磁场三维有限元静态模拟结果分析

3.3.2漏磁场三维有限元动态模拟结果分析

3.3.3动态模拟结果与实验结果的对比分析

3.4小结

第4章罐底板腐蚀缺陷特征参数与漏磁场的关系分析

4.1罐底板腐蚀缺陷特征参数

4.2提离值与漏磁场的关系

4.3缺陷深度与漏磁场的关系

4.3.1缺陷深度与磁通量密度水平分量的关系

4.3.2缺陷深度与磁通量密度垂直分量的关系

4.4缺陷长度与漏磁场的关系

4.4.1缺陷长度与磁通量密度垂直分量的关系

4.4.2缺陷长度与磁通量密度水平分量的关系

4.5缺陷长度对缺陷深度与漏磁场之间关系的影响

4.5.1缺陷长度对缺陷深度与磁通量密度水平分量之间关系的影响

4.5.2缺陷长度对缺陷深度与磁通量密度垂直分量之间关系的影响

4.6缺陷宽度与漏磁场的关系

4.6.1缺陷宽度对平行检测方向漏磁场的影响

4.6.2缺陷宽度对垂直检测方向漏磁场的影响

4.7小结

第5章罐底板腐蚀缺陷漏磁检测三维重构方法研究

5.1漏磁信号

5.2腐蚀缺陷等效位置的确定

5.3腐蚀缺陷等效长度的确定

5.3.1漏磁信号垂直分量确定缺陷等效长度

5.3.2漏磁信号水平分量确定缺陷等效长度

5.4腐蚀缺陷等效深度的确定

5.4.1漏磁信号水平分量确定缺陷等效深度

5.4.2漏磁信号垂直分量确定缺陷等效深度

5.5腐蚀缺陷等效宽度的确定

5.6小结

第6章罐底板腐蚀缺陷漏磁检测可视化实验研究

6.1实验系统

6.1.1实验装置

6.1.2实验对象

6.1.3实验采集信号波形

6.2实验分析

6.2.1漏磁信号特征量提取

6.2.2确定缺陷等效位置

6.2.3确定缺陷等效外形尺寸

6.2.4缺陷外形重构

6.3小结

结论

展望

参考文献

攻读学位期间发表学术论文及参与科研项目

致谢