一种承压工业管道壁厚全覆盖监测方法的研究

【摘 要】 承压工业管道一般由铁磁性材料轧制形成。管道壁厚受到油气和危险化学品的腐蚀作用会发生壁厚变薄，严重的会受压破裂泄漏，造成安全事故。国际上常用射线测厚和超声测厚两大常规方法，不能满足对管道全面覆盖监测。本文研究一种对承压工业管道全覆盖的壁厚监测方法。该方法利用管道的磁屏蔽效益，对铁磁性工业管道外施稳恒磁场充分磁化，由于壁厚损失区对壁内磁场的排斥作用，将一部分磁场排挤到管道外表面，利用大量磁敏元件覆盖管道圆周，拾取被排挤到管道外表面的壁厚损失磁场，转化为壁厚的损失图形，达到全覆盖监测承压工业管道壁厚的目的。

【关键词】 承压工业管道 壁厚损失 稳恒磁场 全覆盖 壁厚监测

【Abstract】 Industrial pressure-bearing pipes are made of ferromagnetic material. The pipe wall thickness may be reduced due to the corrosion of oil， gasoline and biohazard. The wall-thickness loss area would be cracked and leaked under the pressure to cause safety accident. The two common methods of testing wall-thickness are x-ray and ultrasonic. However， neither of the methods can test the pipe wall-thickness full-lengthily. In this paper a new method is proposed to achieve full-lengthily test of pipe wall thickness. When a ferromagnetic pipe is saturated in an external constant magnetic field， magnetic shielding will be formed on the pipe. If wall-thickness loss area exists on the pipe， there will be magnetic flux leakage. Arrange an array of magnetic sensors to cover the circumference of the pipe. Move the magnetic sensors array from one end of the pipe to the other to pick up the magnetic flux leakage signal. The MFL signal will be displayed graphically on a computer monitor. The goal of full-lengthily testing pipe wall thickness is achieved.

【Keywords】 industrial pressure-bearing pipe； wall-thickness loss； constant magnetic field； full-lengthily test； wall-thickness test

承压工业管道一般由铁磁性材料轧制成，承载高压油气采集和运输，也输送危险品化工材料。管道壁厚受到油气和危险化学品的腐蚀作用会发生的变薄现象，严重的壁厚变薄可能造成管道承受不了高压作用而造成破裂泄漏，甚至发生严重的安全事故[1]。对这些承压管道壁厚定期全覆盖监测有非常重要意义。目前，国际上通常采用射线和超声测厚两大常规方法。射线测厚是将射线束聚焦后在穿过管道，在感光胶片或显示器上形成图像，再对图像分析，确定壁厚变化情况。该方法要求严密防护射线对人体的伤害，同时也只能进行局部测厚；超声测厚也是将超声束聚焦，通过油、水介质耦合到管道壁上进行测厚。介质的耦合性能对检测结果影响很大，也只能对局部区域的测厚[2][3]。本文研究一种对承压工业管道全覆盖壁厚监测方法。该方法利用管道的磁屏蔽效益，对铁磁性工业管道外施稳恒磁场，进行充分磁化，根据管道壁厚损失区对磁场的排斥作用，将一部分磁场排斥到管道外表面空间。利用磁敏探头检测管道外表面空间磁场的变化，并转换成电信号，经过信号分析和专用软件图形显示管道壁厚的化情况和等级，达到全覆盖监测承压工业管道壁厚的目的。

1 工业管道壁厚电磁法检测原理

1.1 管道对稳恒磁场的屏蔽效应

如果铁磁性管道材料介质的磁导率为μ1，管道内外空间的介质的磁导率为μ2，由于（μ2

1.2 承压工业管道壁厚电磁法监测原理

根据管道对稳恒磁场的屏蔽效应，对管道施加轴向磁化场至充分饱和程度，磁场主要分布在管道壁内和管道外壁表面空间，而管道内腔几乎没有磁场通过[5][6]；在管道外壁设置大量磁敏传感器组成的阵列，他们闭合时构成完整的检测圆环，检测管道外壁空间磁场的分布和变化情况[7][8]。当管道壁厚正常的部分进入磁化区，管道外表面空间形成磁场恒定，磁敏探头检测该恒定磁场，并显示正常管道壁厚图形数据；当管道的壁厚变薄区域进入磁化区，管壁内部分磁力线被排斥到管道外表面空间，在管道外表面空间形成磁场增量，磁敏探头检测磁场增量并转换成电信号，经过信号分析和专用软件界面图形来显示管道壁厚的变薄情况和等级。当管道的壁厚增厚区域进入磁化区，外壁空间部分磁力线被汇聚到管道壁内，在管道外表面空间形成磁场减量。探头检测磁场减量并转换成相应的电信号，监测管道壁厚的增加情况。