管道漏磁检测的数值模拟及实验研究

摘要

油气管道在使用过程中，由于传输介质腐蚀、应力、施工破坏等原因会造成管壁上产生腐蚀缺陷，这些缺陷对管道正常运行具有潜在的危害性，及早对腐蚀缺陷进行检测是指导管道维修工作、维护管道完整性的重要手段。目前，针对管道腐蚀和金属损失缺陷，比较成熟的在役检测方法是漏磁检测法。但缺陷的漏磁检测定量化、智能化的难题一直是无损检测技术领域的研究重点，本文结合油气管道检测现场的实际情况，通过理论分析和现场试验，系统地分析了管道缺陷漏磁检测技术。 本文利用有限元数值仿真与现场试验相结合的方法，将有限元方法应用到缺陷漏磁场分析，实现了管道样本缺陷漏磁场的数值模拟，并进行了检测样机现场试验，具体内容如下： 1)基于管道漏磁检测原理，以φ325mm规格的管道内检测器为研究对象，运用有限元分析方法建立漏磁场的数学模型，采用ANSYS软件建立漏磁检测装置的二维实体模型，应用静态磁场仿真方法，计算分析矩形缺陷产生的漏磁信号及磁力线分布； 2)对管道缺陷的漏磁场信号进行分析，为确定缺陷的几何参数与漏磁信号(MFL)之间的关系，建立相应的缺陷样本库。包括矩形槽、梯形槽、倾斜槽、三角形槽、半圆孔等缺陷，分析了缺陷参数对漏磁信号的影响规律，比对了不同类型相当大小缺陷的变化规律。仿真结果表明不同的缺陷引起不同的漏磁信号，漏磁信号特征与缺陷特征之间的有特定的关系，通过该方法对缺陷的漏磁信号进行量化分析； 3)在钢管(φ325mm，壁厚为7mm)上制作大量不同类别的样本缺陷用于实际检测试验，采集了缺陷漏磁的相关信号，并分析处理。结果表明，该检测样机在试验中有较高的检出率，具有较高的灵敏度，且与仿真信号的一致性较好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1漏磁检测理论研究现状

1.2.2漏磁检测技术的应用现状

1.2.3铁磁性承压管道漏磁无损检测的相关标准

1.3本课题的来源及主要研究内容

第2章 漏磁检测基础

2.1物质的磁性

2.2漏磁检测原理

2.3漏磁检测特点

2.3.1漏磁检测的优点

2.3.2漏磁检测的缺点

2.4管道检测器系统结构及工作原理

2.5漏磁场影响因素分析

2.6本章小结

第3章 缺陷漏磁场的有限元模拟

3.1缺陷漏磁检测的理论模型

3.2缺陷漏磁场的有限元分析

3.2.1电磁场理论

3.2.2有限元法思想

3.2.3有限元软件

3.3 ANSYS有限元仿真

3.3.1漏磁检测模型的建立

3.3.2定义材料属性

3.3.3划分网格

3.3.4施加载荷及求解

3.3.5后处理

3.4漏磁研究方法对比

3.5本章小结

第4章 漏磁检测信号分析

4.1管道缺陷漏磁场

4.1.1管道漏磁场检测信号分析

4.1.2漏磁场样本制作

4.2矩形缺陷及其漏磁场关系

4.2.1深度对漏磁场的影响

4.2.2长度对漏磁场的影响

4.2.3倾角对漏磁场的影响

4.2.4提离值对漏磁场的影响

4.3其它缺陷类型

4.3.1梯形与矩形缺陷对比

4.3.2半圆孔与矩形缺陷对比

4.3.3三角形缺陷

4.4本章小结

第5章 管道漏磁实验研究

5.1牵拉实验

5.1.1实验装置

5.1.2钢管磁化

5.1.3检测元件

5.1.4实验环境

5.1.5检测样本

5.2实验处理及结论

5.2.1原始信号滤波

5.2.2滤波信号与实验缺陷图

5.2.3实验对比

5.3速度实验

5.3.1实验设备及方法

5.3.2实验及结论

5.4本章小结

结论

参考文献

附录1 原始信号与滤波后信号的时域波形对比

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢