换热管漏磁内检测与支撑板影响研究

摘要

换热管作为换热器的核心部件，其质量的好坏决定了换热器能否安全有效地运行。换热管长期处在高温高压环境中，由于腐蚀、冲击、震动等原因，可能造成换热管的失效，因此对换热管进行无损检测是非常有必要的。漏磁检测作为一种高效的无损检测方法，广泛应用于各类压力容器和管道内检测中。受换热器内管束结构的限制，换热管只能采用内检测形式，而国内对换热管的漏磁内检测方法研究尚处于起步阶段，因此，针对换热管进行漏磁检测机理分析具有重要的理论意义和指导价值。
　　首先，对小口径铁磁性换热管漏磁内检测方法进行了可行性分析。换热管常见的失效形式为裂纹和腐蚀坑，针对其标准缺陷形式，以16x1.5mm规格样管为研究对象，设计了一套检测方案，采用永磁铁作为励磁源，对管壁进行轴向局部磁化，由检测线圈拾取缺陷产生的漏磁场。实验结果表明，现有检测探头具有较好的一致性和重复性，能完成换热管上N20壁减的标准缺陷的探伤。
　　然后，分析了支撑板对临近缺陷检测的影响。统计表明，90％的外壁缺陷发生在管壁与支撑板接触处。支撑板与换热管同为铁磁性材料，当缺陷位于支撑板下方时，漏磁信号会有明显的衰减。基于此现象，结合有限元仿真，研究了支撑板对管壁磁化状态的影响、对缺陷漏磁场的重新分布作用、以及其形成的扰动背景磁场，从三个方面出发，分析了支撑板影响漏磁信号的原因，并通过实验进行验证。在此基础上，研究了支撑板与缺陷的相对位置改变时，支撑板对漏磁信号的影响情况。
　　最后，针对支撑板的影响，提供了相应消除和补偿措施。提出了周向差动传感器来消除支撑板背景磁场的方法；研究了管、板配合间隙对检测信号的影响，并通过合理选择配合方式，减小这一影响；文章末尾提出了基于阵列传感器进行支撑板位置确定的方法，通过设置不同报警门限补偿漏磁信号的衰减，避免漏检。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题的提出

1.1.3 课题的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 内旋转超声检测

1.2.2 远场涡流检测

1.2.3 局部磁饱和涡流检测

1.2.4 漏磁检测

1.3 论文的主要工作

2 小口径换热管漏磁内检测的可行性分析

2.1探头结构设计与分析

2.1.1 管壳式换热器的结构

2.1.2 换热管漏磁检测原理

2.1.3 探头基本结构

2.1.4 换热管漏磁内检测有限元分析

2.2 基于永磁磁化的漏磁内检测试验研究

2.2.1 探头的制作

2.2.2 实验结果与分析

2.2.3 影响换热管漏磁检测的因素

2.3 本章小结

3 支撑板对换热管漏磁检测信号的影响

3.1 支撑板对漏磁信号影响的机理分析

3.1.1支撑板对管壁磁化状态的影响

3.1.2 支撑板对管壁缺陷漏磁场的重新分布作用

3.1.3 支撑板形成的扰动背景磁场

3.2 支撑板对漏磁信号影响的结果分析

3.2.1 支撑板对漏磁信号影响的仿真分析

3.2.2 支撑板对漏磁检测信号的试验研究

3.3 支撑板位置的影响

3.4 本章小结

4 消除支撑板对漏磁检测影响的方法

4.1 支撑板扰动背景磁场的消除方法

4.2 支撑板对漏磁信号衰减的消除方法

4.2.1 配合间隙对漏磁检测的影响及改善

4.2.2 支撑板对漏磁信号衰减的补偿方法

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献