基于电磁超声技术的管道壁厚检测研究.pdf
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1、检验检测52基于电磁超声技术的管道壁厚检测研究李继承 戚政武 苏宇航 杨宁祥(广东省特种设备检测研究院珠海检测院 珠海 519000)摘 要:将电磁超声技术应用于管道壁厚检测现场时,由于探头换能效率低而导致底面反射信号弱、测量结果精度低、数据稳定性差等问题出现。本研究采用试验验证的方法对电磁超声探头中,检测线圈的缠绕圈数和永磁铁的磁场强度进行了优化,并在外径 100 mm 和 300 mm 的碳钢管道上进行了壁厚检测试验。结果表明:随着检测线圈圈数和磁场强度的增大,底面反射信号的波形更加清晰、幅度更高,整个声程范围内的噪声干扰明显降低。优化后的电磁超声检测系统能够满足管道壁厚检测的技术要求。关
2、键词:电磁超声 管道测厚 检测线圈 偏置磁场Research on Thickness Testing of Pipeline Based on Electromagnetic UltrasonicLi Jicheng Qi Zhengwu Su Yuhang Yang Ningxiang(Guangdong Province Special Equipment Inspection and Research Institute Zhuhai Branch Zhuhai 519000)Abstract When electromagnetic ultrasonic technology is
3、applied to the pipeline thickness testing,problems such as weak energy of the reflection wave from bottom surface,low measurement accuracy,and poor data stability occur due to the low conversion efficiency of the probe.In this study,the method of experimental verification was used to optimize the wi
4、nding number of the detection coil and the magnetic field strength of the permanent magnet in the electromagnetic ultrasonic probe.The wall thickness testing was carried out on carbon steel pipes with outer diameter of 100 mm and 300 mm.The results show that with the increasing of coil number and ma
5、gnetic field strength,the waveform of the reflected signal from the bottom surface is clear,the amplitude is higher,and the noise interference in the whole sound path range is obviously reduced.The optimized electromagnetic ultrasonic testing system can fulfill the technical requirements of pipeline
6、 thickness measuring.Keywords Electromagnetic ultrasonic Pipeline thickness testing Testing coil Bias magnetic field中图分类号:X924.2 文献标志码:B文章编号:1673-257X(2023)S2-0052-04 DOI:10.3969/j.issn.1673-257X.2023.S2.010作者简介:李继承(1981 ),男,博士,高级工程师,从事特种设备先进无损检测技术研究工作。基金项目:广东省市场监督管理局科技项目“石化装置高温管道壁厚腐蚀减薄在线监测系统研发”(202
7、3CT04)。通讯作者:李继承,E-mail:。(收稿日期:2022-11-05)1 引言管道系统作为气体和液体介质的主要输送装置,在石油化工、煤化工、火力发电等领域获得了广泛应用。在长期服役过程中,随着环境腐蚀、内部介质流动冲蚀的持续作用,管道壁厚逐年减薄,最终导致管道发生介质泄漏,造成严重的经济损失。为保证管道系统的安全运行,多种无损检测技术在管道安装和日常维护过程中发挥了重要作用,如:超声检测技术、基于内窥镜的目视检测技术、涡流检测技术、射线检测技术等1-3。作为一种新发展起来的超声无损检测技术,电磁超声可以在检测探头与被检测材料表面不接触的情况下,实现声波的发射和接收。电磁超声在检测过
8、程中,探头和被检测材料之间不需要借助耦合剂作为声波传输介质。同时,通过改变探头内部检测线圈和磁场的配置方式,可以在被检测材料内部激发出多种类型的超声波信号,包括采用常规压电式超声波探头很难激发出的水平偏振横波(SH 波)4。基于上述优点,电磁超声技术在管道壁厚检测和壁厚腐蚀减薄的长期在线监测领域具有很好的应用前景。国内学者已经开始第 39 卷 增刊 2 检验检测53尝试将电磁超声技术应用于管道剩余壁厚的检测,开展电磁超声探头参数优化、壁厚检测精度提升、自动化检测机构研制等研究。北京航空航天大学的徐立军等人5采用有限元仿真和试验验证相结合的方式对电磁超声换能器的线圈匝数和线圈宽度进行优化,并对外
9、径 200 mm,壁厚分别为 5 mm 和 10 mm 的铝管进行壁厚检测试验,测量误差小于 0.2%。清华大学的韦远根等人6采用柔性探头机构和管道爬行机器人开发出模块化管道检测系统,检测探头能够自适应贴合管壁,在实现管道壁厚自动化检测的基础上减小检测探头的提离距离。利用该套自动化检测装置对公称直径分别为 400 mm 和 600 mm 的城市燃气管道进行壁厚检测,壁厚测量误差不超过 0.1 mm。哈尔滨工业大学的孙峥等人7研发出一种电磁超声管道壁厚内检测装置,利用三通道电磁超声换能器分时工作和壁厚检测结果平均处理的方法,有效提高了管道壁厚内检测的精度和数据稳定性,在 8 35 mm 壁厚范围
10、内,绝对误差不超过 0.05 mm。与传统压电式超声波检测技术相比,电磁超声检测技术的局限性表现为探头的能量转换效率较低,在应用于管道检测时,由于管道表面弯曲弧度的存在,降低了电磁超声探头的有效接触面积,导致探头的能量转换效率进一步降低。对电磁超声探头关键参数进行优化是目前该领域的研究热点。本研究首先对电磁超声探头检测线圈的缠绕圈数和磁铁的磁场强度进行试验优化,之后采用优化后的检测探头对外径 100 mm和 300 mm 的碳钢管道进行壁厚检测,验证电磁超声技术在管道壁厚检测应用中的可行性。2 试验系统设计电磁超声检测系统由信号发射模块、功率放大模块、接收放大滤波模块、结果显示模块和检测探头组
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