齊洪洋 陳 阮 林 楠

廣東省特種設(shè)備檢測研究院茂名檢測院, 廣東 茂名 525000

0 前言

漏磁檢測技術(shù)經(jīng)過多年研究和發(fā)展,已經(jīng)在檢測原理的基礎(chǔ)上,有了非常廣泛的應(yīng)用。尤其近10年國內(nèi)漏磁檢測技術(shù)的大量應(yīng)用,推動了漏磁檢測技術(shù)的縱深發(fā)展,為此,本文將對漏磁檢測技術(shù)在承壓類特種設(shè)備無損檢測方面做詳細研究論述。

1 漏磁檢測技術(shù)原理

漏磁檢測技術(shù)原理是通過給鐵磁性材料勵磁,使材料內(nèi)部磁通量達到飽和狀態(tài),如果材料內(nèi)部存在切割磁力線的缺陷,會導(dǎo)致缺陷部位的磁場發(fā)生畸變,磁力線漏出材料表面,形成漏磁場,采用霍爾元件等磁感應(yīng)傳感器捕捉該漏磁場信息,通過分析多個傳感器所捕捉到漏磁場信息,確定缺陷的三維尺寸,并進行定位。

2 漏磁檢測技術(shù)的研究進展

漏磁檢測技術(shù)原理簡單,但屬于綜合性科學(xué)研究,其研究方向主要有以下三方面。

1)對磁場特性的研究。ANSYS等數(shù)值模擬軟件具有性能優(yōu)良的磁場模擬能力,可以為科研人員提供高度接近現(xiàn)實的模擬磁場,多用于對復(fù)雜工件磁場的研究,從而在研究新型漏磁檢測設(shè)備過程中,節(jié)省人力、物力、時間等資源。

2)數(shù)據(jù)處理方式的優(yōu)化。對缺陷信號的數(shù)學(xué)模型,科研人員提出了多種分析方法,適用不同的研究方向,如:基于場點的磁場采用簡單模型b=Am;處理信號采用小波降噪法去除高頻噪聲,保留可用的低頻部分;采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法識別缺陷類型等。

3)增加可檢測部位。漏磁檢測技術(shù)存在天然的檢測弊端,如:在焊縫部位信號不穩(wěn);由于信號紊亂,工件端部存在檢測盲區(qū)、不能進行缺陷深度方向的定位等?？蒲腥藛T正在對這些課題進行攻關(guān),并取得一定進展。

3 漏磁檢測技術(shù)應(yīng)用

由于漏磁檢測技術(shù)優(yōu)勢明顯,在石化行業(yè)中應(yīng)用廣泛。下面介紹漏磁檢測技術(shù)在壓力容器、壓力管道、鍋爐、常壓儲罐缺陷檢測中的應(yīng)用情況。

3.1 壓力容器漏磁檢測

檢測方式的選擇和工裝制造是壓力容器漏磁檢測的重點問題:為適應(yīng)壓力容器表面的曲度,改變極靴的形狀,采用內(nèi)壁檢測或外壁檢測的方式對壓力容器進行漏磁檢測;對于不能吹掃、不便開罐、不能打磨表面漆皮的壓力容器(如容器未經(jīng)吹掃或介質(zhì)未排出等情況),采用外表面漏磁檢測的方式對罐壁進行全壁厚缺陷檢測;對于埋地容器、拆除和恢復(fù)保溫層成本過高的壓力容器,可以采用內(nèi)壁檢測的方式進行檢測[1-2]。圖1所示的壓力容器漏磁內(nèi)壁檢測技術(shù),優(yōu)勢是降低停車和配合作業(yè)帶來的檢測成本,減輕檢測勞動強度,提高缺陷檢出率;在無人進入的情況下,對壓力容器內(nèi)表面狀態(tài)和缺陷的分布情況有較清晰了解。

圖1 壓力容器漏磁內(nèi)壁檢測技術(shù)示意圖Fig.1 Schematic diagram of internal magnetic flux leakagetesting technology for pressure vessels

海上平臺壓力容器的工況復(fù)雜,同時面臨內(nèi)外腐蝕的風險。磁粉和滲透檢測只能對容器表面和近表面缺陷起作用;超聲直探頭可以對缺陷進行判定,但只能對點進行檢測,工作效率低;由于海上平臺噪聲大,聲發(fā)射等其他檢測手段均有一定局限性。漏磁檢測不僅可以克服以上困難,而且能實現(xiàn)在線檢測,成為海上平臺壓力容器檢驗的首選。采用漏磁檢測技術(shù),可以在外側(cè)檢驗壓力容器罐體及封頭的腐蝕情況,彌補超聲波測厚只是點測、不能覆蓋的不足[3]。

3.2 壓力管道漏磁檢測

根據(jù)2014版《特種設(shè)備目錄》,壓力管道分為工業(yè)管道、長輸管道和公用管道。目前,漏磁檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)管道和長輸管道,其中工業(yè)管道主要采用漏磁外檢測技術(shù),輔以漏磁內(nèi)檢測技術(shù),而長輸管道幾乎完全采用漏磁內(nèi)檢測技術(shù)。

3.2.1 工業(yè)管道漏磁檢測

工業(yè)管道的傳統(tǒng)檢測方法需要拆保溫層、打磨油漆等輔助工作,停車周期長,配合人員多,造成較大經(jīng)濟損失和安全隱患。因此,工業(yè)管道用戶急需一種新的檢測手段,滿足在有能力檢測缺陷的同時,減少配合工作的工程量,減少停車時間。漏磁檢測技術(shù)在一定程度上解決了這些問題[4-6],由于工業(yè)管道結(jié)構(gòu)原因,現(xiàn)場多采用管道漏磁外檢測技術(shù)，如帶保溫層管道的漏磁檢測技術(shù)見圖2。另外,目前工程使用的防銹漆和防腐材料對磁場無影響,且厚度一般<6 mm,而業(yè)內(nèi)多數(shù)品牌的管道漏磁外檢測設(shè)備的可接受提離值均≥6 mm,因此,漏磁外檢測技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)管道檢測,可免打磨油漆。

圖2 帶保溫層管道的漏磁檢測技術(shù)示意圖Fig.2 Schematic diagram of magnetic flux leakage testingtechnology for pipeline with insulating layer

在工裝方面,由于工業(yè)管道的特殊性,通用管道漏磁設(shè)備難以滿足所有檢測現(xiàn)場的要求,為此,科研人員做了大量工作。為解決小管徑內(nèi)表面缺陷檢出率低的問題,研發(fā)了小管徑管道漏磁檢測裝置,可檢測到φ27×3.5 mm小管徑管道內(nèi)壁的人工缺陷,檢測效率高,檢測效果可靠[7];通過改進“三簧探頭機構(gòu)”,使得改進后的探頭機構(gòu)不僅能夠適應(yīng)大管徑管道,同時可以適應(yīng)小管徑管道,極限壓縮尺寸為30 mm,適用范圍更廣泛[8];另外,管道外壁漏磁檢測儀也在反復(fù)研究和應(yīng)用中得到改進,如根據(jù)不同工況選取磁化方式、變徑方式[9]、減輕作業(yè)人員體力消耗[10]等問題,在不影響檢測結(jié)果的前提下,也已經(jīng)得到解決。

3.2.2 長輸管道的漏磁檢測技術(shù)

長輸管道是重要的油氣運輸通道,是國家戰(zhàn)略工程,但在很長一段時間里,缺乏有效的無損檢測手段。隨著對漏磁內(nèi)檢測技術(shù)的深入研究,解決了軸向勵磁[11]、特定缺陷漏磁信號識別[12-13]、盜油孔漏磁信號識別[14]、缺陷定位和缺陷增長率識別[15]等重點和難點問題,使得漏磁檢測技術(shù)優(yōu)于其他檢測方法,成為長輸管道最常用的檢測方法,尤其是針對西氣東輸?shù)却笮陀蜌鈨\項目管道的腐蝕缺陷,漏磁內(nèi)檢測技術(shù)是最有效的檢測手段[16-19],長輸管道的漏磁檢測設(shè)備見圖3。

圖3 長輸管道的漏磁檢測設(shè)備圖Fig.3 Magnetic flux leakage testing equipmentsfor long distance pipeline

漏磁內(nèi)檢測技術(shù)應(yīng)用于長輸管道檢測,優(yōu)點是不停車作業(yè),對油氣輸送工作幾乎沒有影響,正常清管作業(yè)流程即可實現(xiàn)對管道缺陷的檢測，見圖4;檢測結(jié)果清晰,可精確采集缺陷信息,以曲線或云圖[20-21]形式呈現(xiàn),定位精準;檢測效率高,檢測速度可根據(jù)管道內(nèi)介質(zhì)流速決定;開挖結(jié)果顯示,漏磁檢測結(jié)果準確、可靠。

圖4 長輸管道的漏磁內(nèi)檢測技術(shù)示意圖Fig.4 Schematic diagram of magnetic flux leakage testingtechnology for long distance pipeline

然而,海底管道作為特殊的長輸管道,沒有開挖取出卡堵的漏磁檢測儀或驗證結(jié)果的條件,因此不允許檢測儀器發(fā)生卡堵現(xiàn)象,對檢測儀器的穩(wěn)定性、可靠性提出了更高要求[22]?？蒲腥藛T通過整合及簡化信號采集單元,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)穩(wěn)定運行,滿足海底管道缺陷漏磁檢測工程應(yīng)用的技術(shù)要求。目前,已有漏磁檢測技術(shù)應(yīng)用于海底管道,并獲得了較高的檢測精度[23]。

3.3 鍋爐漏磁檢測

漏磁檢測技術(shù)在鍋爐上的應(yīng)用主要是對水冷壁管檢測,由于水冷壁管直徑較小(一般

對于較大管徑的爐管(如DN150),可采用漏磁內(nèi)檢測技術(shù),借助介質(zhì)的壓力推動檢測器在管道內(nèi)部運動,達到檢測目的。漏磁內(nèi)檢測系統(tǒng)可發(fā)現(xiàn)φ6 mm通孔信號,為爐管檢測提供了一種有效方法[26]。

3.4 立式儲罐檢測

立式儲罐底板最常見的失效形式是坑狀腐蝕,并且在鋼板上下表面均有可能發(fā)生[27],引發(fā)泄漏事故,見圖5。對底板的檢測方法有漏磁檢測、超聲波測厚、聲發(fā)射檢測、真空檢漏等檢測手段。超聲波測厚僅能對點進行檢測,對均勻腐蝕有效,但不易發(fā)現(xiàn)點狀腐蝕(特別是底板外表面點狀腐蝕);聲發(fā)射檢測條件是高液位、無干擾,且僅對檢測過程中發(fā)出聲發(fā)射信號的缺陷有效,對于未激發(fā)的缺陷無效;真空檢漏僅對泄漏的底板效果明顯,不能檢出未泄漏的外表面腐蝕;而漏磁檢測技術(shù)對鋼板上下表面體積型缺陷(包括穿孔)具有優(yōu)良的檢測能力,尤其是對底板下表面點狀腐蝕的檢測能力突出[28],使得漏磁檢測技術(shù)可以在儲罐底板眾多檢測方法中有較大優(yōu)勢。

圖5 立式儲罐底板漏磁檢測發(fā)現(xiàn)漏點照片F(xiàn)ig.5 Photo of leakage detection of vertical storage tankbottom plate by MFL

為了增強漏磁檢測可操作性,提高工作效率,科研人員對常規(guī)底板漏磁檢測設(shè)備進行了較多改進,如:采用電力驅(qū)動取代手動掃查[29];給底板漏磁自動檢測車搭載定位系統(tǒng),設(shè)計運行軌跡,定位誤差±4 mm,滿足儲罐底板漏磁檢測要求[30]。

當然,底板漏磁檢測也有其局限性,如掃查盲區(qū)、補板漏磁場空間分布畸變等,科研人員采用多種檢測方法疊加[31]和深入研究漏磁場分布[32]的方法彌補不足,為儲罐底板漏磁檢測補足短板,使其應(yīng)用程度更加廣泛。

與聲發(fā)射檢測技術(shù)相比,由于聲發(fā)射檢測中評級參數(shù)C值的選取需要基于儲罐實驗情況進行確定,因此對缺陷的定量需要較多經(jīng)驗積累。漏磁檢測以其更加精確的缺陷定位及尺寸等信息,可以作為聲發(fā)射檢測的對比值,為其結(jié)果的評定提供參考[33]。

此外,儲罐罐壁內(nèi)表面的腐蝕可以通過漏磁檢測技術(shù)在外表面進行檢測,因此,漏磁檢測技術(shù)在儲罐罐壁檢測方面也有了較多應(yīng)用[34-35]。由于漏磁檢測技術(shù)應(yīng)用于鋼板缺陷的檢測理論、方法、檢測儀器等已經(jīng)比較成熟,其研究的主要方向是罐壁爬行機器人檢測技術(shù)、路徑規(guī)劃[36-37]、磁特性研究[38]等。

4 結(jié)論

漏磁檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用相輔相成,共同進步。從對近10年漏磁檢測技術(shù)應(yīng)用的研究及工程實際的需求出發(fā),漏磁檢測技術(shù)有四個發(fā)展方向。

1)在理論研究方面,深入研究漏磁檢測原理及相關(guān)理論,如脈沖漏磁、交流漏磁集膚效應(yīng)等,從中尋求有利于漏磁檢測技術(shù)應(yīng)用的新方向。

2)在儀器研究方面,注意多學(xué)科交叉,如材料學(xué)可提供耐高溫、耐磨損的元件,電子科學(xué)提供更強大的信號采集、存儲、處理等元件,數(shù)學(xué)、計算機技術(shù)提供更合理的數(shù)據(jù)處理方式。

3)在工程使用方面,設(shè)計合適的工裝,適應(yīng)不同的工作條件,如針對焊縫、彎頭等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的漏磁檢測設(shè)備。

4)與自動化控制結(jié)合,搭配行走、定位、無線傳輸?shù)饶K,實現(xiàn)漏磁檢測工作的“人機分離”,應(yīng)用于檢測人員無法到達的管道,或在線檢測常壓儲油罐等更現(xiàn)實、更復(fù)雜的工況。