抗幹擾的脈衝渦流檢測方法與流程

2024-02-18 03:55:15

本發明涉及檢測技術，特別涉及一種帶包覆層管道腐蝕抗相鄰管道幹擾的脈衝渦流檢測方法。

背景技術：

帶包覆層鐵磁性管道的使用範圍很廣，特別是在石化等行業使用率很高。管道內部常會用來輸送高壓，高溼和腐蝕性液氣介質，管外的雨水，潮溼空氣等會引起管道腐蝕。出於保溫和防腐等目的，在管外部會加上包覆層。包覆層緊貼管道為不導電不導磁的保溫材料，厚度為幾十至幾百毫米，最外層為0.5mm左右的鋁皮或白鐵皮。去除包覆層進行腐蝕檢測需要停工而且成本很高，因此近年來發展出一種脈衝渦流檢測技術，在不去除包覆層的條件下對管道腐蝕進行檢測。

在國外，RTD [1]，Shell[2]等公司在該方面取得了良好的應用結果。在國內，華中科技大學[3-5]，南昌航空大學[6-8]無損檢測重點實驗室也積極開展了該方面的研究並取得良好效果。

在帶包覆層管道脈衝渦流檢測當中，存在的一個問題是被測管道經常並不是孤立的單根管道，而是存在著相鄰管道，有時候相隔還比較近，這樣就會對檢測造成影響。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，通過研究帶包覆層管道腐蝕脈衝渦流檢測當中相鄰管道影響的大小，採用在檢測探頭上加金屬屏蔽罩的方法來抑制相鄰管道對檢測的影響，並且使得檢測探頭的檢測靈敏度降低較少。

本發明採用以下技術方案實現上述目的。抗幹擾的脈衝渦流檢測方法，被測管道的一側設置有鄰近管道，被測管道包裹有帶金屬皮的包覆層，帶金屬皮的包覆層上安裝有探頭，探頭上可以施加金屬屏蔽罩，探頭與脈衝電磁儀連接，脈衝電磁儀連接到為其供電的電池，其具體步驟如下：

1）首先使用探頭，對與相鄰管道有相隔距離的被測管道進行檢測，並將各相隔距離測得電壓在坐標系中以橫坐標為時間、縱坐標為檢測電壓繪製出檢測電壓曲線，比較各相隔距離變化對檢測電壓曲線的影響；

2）在探頭上施加金屬屏蔽罩，構成帶屏蔽罩探頭，按照步驟1）中所述相隔距離，對被測管道進行檢測，繪製一組檢測電壓曲線，並與步驟1）中的檢測電壓曲線進行比較；

3）觀察步驟2）中帶屏蔽罩探頭的檢測電壓曲線，如果步驟2）的各相隔距離檢測電壓曲線之間的差值小於步驟1）中相對應的各相隔距離檢測電壓曲線之間的差值，則金屬屏蔽罩對相鄰管道有屏蔽作用；接著對帶屏蔽罩探頭的檢測電壓曲線計算曲線間的相對差值，找出相對差值較小的曲線，用於確定有效屏蔽相鄰管幹擾的最小管道相隔距離：首先在所述相隔距離範圍內選一個設定距離，對所對應的管道相隔距離大於該設定距離的檢測電壓曲線，計算該組檢測電壓曲線間的相對差值；如果該相對差值小於設定的檢測電壓曲線間差值百分比閾值，那麼記錄該設定距離為有效屏蔽相鄰管幹擾的最小管道相隔距離，稱為最小有效屏蔽距離；如果該最小有效屏蔽距離小於設定的幹擾屏蔽距離閾值，接著進行步驟4）；如果該最小有效屏蔽距離大於設定的幹擾屏蔽距離閾值，則對該帶屏蔽罩探頭的金屬屏蔽罩參數進行更改後再次從步驟2）開始進行試驗；

4）評估金屬屏蔽罩對探頭缺陷檢測靈敏度的影響；

5）在被測管道上選取管道腐蝕缺陷，計算相鄰管道與被測管道之間各相隔距離下無屏蔽罩探頭對該管道腐蝕缺陷的檢測靈敏度；

6）計算相鄰管道與被測管道之間各相隔距離下，帶屏蔽罩探頭對所述管道腐蝕缺陷的檢測靈敏度；

7）將步驟5）與步驟6）中的探頭檢測靈敏度進行比較，如果帶屏蔽罩探頭與無屏蔽罩探頭的檢測靈敏度下降百分比小於設定的探頭檢測靈敏度下降百分比閾值，則該帶屏蔽罩探頭的設計完成；否則對該帶屏蔽罩探頭的金屬屏蔽罩參數進行更改後，再次從步驟2）開始進行試驗。

優選地，所述相隔距離取值範圍為0.2-1.5m。

優選地，所述金屬屏蔽罩參數包括金屬屏蔽罩的鐵磁性材料的磁導率與電導率，以及屏蔽罩的幾何尺寸。

優選地，所述包覆層為緊貼管道且厚度為50-250mm的不導電不導磁的保溫材料，最外層包裹0.3-1.0mm的鋁皮或白鐵皮。

優選地，所述設定距離取值範圍為0.2-1.5m。

優選地，所述相對差值定義為一組電壓曲線在同一時刻點的最高電壓值和最低電壓值的差值除以最高電壓值所得出的百分比。

優選地，所述檢測電壓曲線間差值百分比閾值取值範圍為0-3%。

優選地，所述幹擾屏蔽距離閾值取值範圍為0.2-1.5m。

優選地，所述探頭檢測靈敏度下降百分比閾值取值範圍為0-30%。

優選地，所述管道腐蝕缺陷為管道壁厚平均減薄5-35%且長度為100-200mm的缺陷。

本發明的優點或有益效果是：當使用脈衝渦流檢測技術在不去除包覆層的條件下檢測帶包覆層管道的腐蝕時，如果被測管道附近存在其他管道，就會對檢測造成影響。通過在檢測探頭上加金屬屏蔽罩的方法，可以抑制相鄰管道的影響，有效縮小影響距離。檢測靈敏度雖然有所下降，但在可接受的範圍內。尤其是在幹擾管與被檢管不平行的狀況下，不能夠通過平行於管道軸線移動的方法消除幹擾，那麼施加屏蔽罩，犧牲一定檢測靈敏度換取幹擾的減弱甚至消除也就成為合理的選擇。採用本發明的方法通過有序的試驗，就可以找到合適的屏蔽參數。

附圖說明

圖1是本發明的試驗用的脈衝渦流檢測系統示意圖；

圖2是本發明的無屏蔽罩探頭檢測電壓曲線圖；

圖3是本發明的帶屏蔽罩探頭檢測電壓曲線圖；

圖4是無屏蔽罩探頭檢測靈敏度曲線圖；

圖5是本發明的帶屏蔽罩探頭檢測靈敏度曲線圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

參見圖1，被測管道1的一側設置有相鄰管道2，被測管道1包裹有帶金屬皮的包覆層4，帶金屬皮的包覆層4上安裝有帶金屬屏蔽罩的探頭3，探頭3電線與脈衝電磁儀6連接，電池5連接到脈衝電磁儀6為其供電。

首先將無屏蔽罩探頭安裝在被測管道1上的包覆層4上，對被測管道1進行檢測。相鄰管道2和被測管道1有一定相隔距離，相隔距離根據需要取一系列值，如0.2m、0.3m、0.6、0.8m、1.0m、1.2m、1.5m等。將各相隔距離測得電壓在坐標系中以橫坐標為時間、縱坐標為檢測電壓繪製出檢測電壓曲線。每個相隔距離得到一條檢測電壓曲線，這樣得到一組檢測電壓曲線。比較相隔距離變化對檢測電壓曲線的影響。

接著使用帶屏蔽罩探頭，按照與無屏蔽罩探頭相同的相隔距離，對被測管道1進行檢測，繪製一組檢測電壓曲線，並與無屏蔽罩探頭的檢測電壓曲線進行比較。

觀察帶屏蔽罩探頭的檢測電壓曲線，如果該探頭各相隔距離檢測電壓曲線之間的差值小於無屏蔽罩探頭相對應的各相隔距離檢測電壓曲線之間的差值，則金屬屏蔽罩對於相鄰管道的影響有屏蔽作用。

接著對帶屏蔽罩探頭的檢測電壓曲線計算曲線間的相對差值，找出相對差值較小的曲線，用於確定有效屏蔽相鄰管幹擾的最小管道相隔距離：首先在所述相隔距離範圍內選一個設定距離，對於所對應的管道相隔距離大於該設定距離的檢測電壓曲線，計算該組檢測電壓曲線間的相對差值；如果這個相對差值小於設定的檢測電壓曲線間差值百分比閾值，那麼記錄該設定距離為有效屏蔽相鄰管幹擾的最小管道相隔距離，稱為最小有效屏蔽距離；如果該最小有效屏蔽距離小於設定的幹擾屏蔽距離閾值，接著可以進行下一步，評估金屬屏蔽罩對探頭缺陷檢測靈敏度的影響，否則應對該帶屏蔽罩探頭的金屬屏蔽罩參數進行更改後，再次按照與無屏蔽罩探頭相同的相隔距離，對被測管道1進行檢測，繪製檢測電壓曲線，並與無屏蔽罩探頭的檢測電壓曲線進行比較，接著進行其後的相對差值計算及找出最小有效屏蔽距離的步驟，直到最小有效屏蔽距離小於設定的幹擾屏蔽距離閾值，再進行下一步，評估金屬屏蔽罩對探頭缺陷檢測靈敏度的影響。

評估金屬屏蔽罩對探頭缺陷檢測靈敏度的影響的方法是：在被測管道1上選取管道腐蝕缺陷，計算相鄰管道2與被測管道1之間各相隔距離下無屏蔽罩探頭對該管道腐蝕缺陷的檢測靈敏度；接著計算相鄰管道2與被測管道1之間各相隔距離下帶屏蔽罩探頭對所述管道腐蝕缺陷的檢測靈敏度；將帶屏蔽罩探頭與無屏蔽罩探頭的檢測靈敏度進行比較，如果帶屏蔽罩探頭與無屏蔽罩探頭相比檢測靈敏度下降百分比小於設定的探頭檢測靈敏度下降百分比閾值，則該帶屏蔽罩探頭的設計完成；否則對該帶屏蔽罩探頭的金屬屏蔽罩參數進行更改後，再次按照與無屏蔽罩探頭相同的相隔距離，對被測管道1進行檢測，繪製檢測電壓曲線，並進行其後與上所述相同的所有步驟直到此步,然後再次判斷是否已滿足設計完成條件。

圖2是本發明使用無屏蔽罩探頭時，在相鄰管道2和被測管道1不同間距下，所得到的一組檢測電壓曲線圖。

圖3是本發明使用帶屏蔽罩探頭時，在相鄰管道2和被測管道1不同間距下，所得到的一組檢測電壓曲線圖。

圖4是本發明使用無屏蔽罩探頭時，在相鄰管道2和被測管道1不同間距下，對被測管道1上人工管道腐蝕缺陷的檢測靈敏度曲線圖。

圖5是本發明使用帶屏蔽罩探頭時，在相鄰管道2和被測管道1不同間距下，對被測管道1上人工管道腐蝕缺陷的檢測靈敏度曲線圖。

實施例:以下列舉本發明一個較佳的具體實施案例：

1）採用圖1所示的檢測系統，所使用的被測管道1的長度為6000mm、公稱尺寸φ139.7×7.72的J55管道上加工人工管道腐蝕缺陷，壁厚減薄為32%，長度150mm。相鄰管道2為同樣規格的未加工人工缺陷的管道。

2）圖1脈衝渦流檢測系統中的探頭3在實施例中的規格（如表1所示），探頭中的激勵線圈和信號接收線圈同軸，均採用圓形線圈，線圈結構參數如表1所給出。

帶屏蔽罩探頭所使用的金屬屏蔽罩在本實施例中由雙重屏蔽罩構成。第一重為杯形結構，杯壁厚為1mm，將探頭放置其中，杯形結構倒置置於金屬屏蔽罩的鋁皮表面。第二重為白鐵皮結構，採用0.5mm厚度的白鐵皮製作，共疊合3層。

脈衝電磁儀6的激勵源使用正負雙極性脈衝方波電流，佔空比為1:1，激勵頻率為4Hz，大小為3.0A。包覆層厚度為110mm，外覆0.5mm厚鋁皮。

3）當檢測被測管道1時，為觀察周邊1.5m內相鄰管道2對於檢測的影響，將探頭3置於帶被檢管道1靠近鄰近管道2的一側，不加屏蔽罩，固定於距被檢管道左端頭1.2m的位置，分別設置被檢管道1和鄰近管道2之間的水平距離為1.5m、1.0m、0.8m、0.6m、0.4m、0.3m、0.2m，然後進行激勵，並且從探頭3的接收傳感器採集檢測電壓。在坐標系中以橫坐標為時間、縱坐標為檢測電壓繪製檢測電壓曲線如圖2。圖2中給出的是小於0.8m管道相隔距離的檢測電壓曲線的局部放大圖。大於0.8m管道相隔距離的檢測電壓曲線與0.8米時的檢測電壓曲線重合。

從圖2可以看出，探頭3不帶金屬屏蔽罩時，被檢管道1和鄰近管道2相隔距離在0.8m到0.3m之間時，檢測電壓曲線是分離的，說明鄰近管道2對被檢管道1的檢測產生幹擾，且幹擾逐漸增大。其中，從0.3m到0.2m之間幹擾顯著增加。

4）將探頭3加上金屬屏蔽罩，成為帶屏蔽罩探頭，按照與無屏蔽罩探頭相同的相隔距離，對被測管道1進行檢測，繪製一組檢測電壓曲線，並與無屏蔽罩探頭的檢測電壓曲線進行比較。

比較圖3和圖2，圖3中帶屏蔽罩探頭檢測電壓曲線之間的差值小於圖2中無屏蔽罩探頭相對應相隔距離的檢測電壓曲線之間的差值，表明金屬屏蔽罩對於相鄰管道2的影響有屏蔽作用，從而使得管道相隔距離的變化引起的檢測電壓曲線的變化減小。

接著對圖3中帶屏蔽罩探頭的檢測電壓曲線計算曲線間的相對差值，找出相對差值較小的曲線，用於確定有效屏蔽相鄰管幹擾的最小管道相隔距離。首先在實驗的相隔距離範圍內選一個設定距離，（參照圖3）曲線差值情況選擇設定距離為0.3m，同時選定檢測電壓曲線間差值百分比閾值為3%。對於圖3中0.3m以上的檢測電壓曲線，即0.3-0.8m的曲線，取同一時間點時，最高電壓和最低電壓相差小於3%，因此記錄0.3m為有效屏蔽相鄰管幹擾的最小管道相隔距離，即最小有效屏蔽距離。接著進行下一步，評估金屬屏蔽罩對探頭3檢測靈敏度的影響。

5）探頭檢測靈敏度的意義是，檢測電壓曲線的剖面曲線中缺陷引起的幅值變化佔背景幅值的百分比。有關定義和計算方法敘述如下：

在進行人工管道腐蝕缺陷檢測時，探頭在包覆層上順著管道軸向方向從該缺陷的一端移動到另一端，每隔一定距離選擇一個檢測點進行檢測，每個檢測點在接收線圈中得到一個檢測電壓曲線（類型如圖2、圖3中所示）。

設在人工管道腐蝕缺陷附近共檢測M個測點，並設N為每個測點的接收線圈檢測電壓曲線的採樣時刻點數，將每個時刻點稱為一個時窗，則第i個測點的檢測數據可以表示成向量：

(1)

把所有M個檢測點的數據寫成矩陣形式為：

(2)

式中：W表示一個矩陣；矩陣W的行向量為Vi，i=1,…M，表示M個測點的M條檢測電壓曲線；每條行向量Vi由N個採樣時刻點的共N個採樣值構成，用vij表示，j=1,…N，第j個時刻的檢測電壓值為vij。

矩陣W的列向量則為從第1點至第M個檢測點在下降曲線的同一時刻所對應的感應電壓值。以檢測點的坐標為橫坐標，以某個列向量為縱坐標繪製出的曲線稱為該列向量對應時刻的工件的檢測電壓剖面曲線圖。若某個測點處存在缺陷，則某個列向量的檢測電壓剖面曲線圖上，該測點處的感應電壓值將出現異常，從而表明該處出現缺陷。

設管道某個檢測點的檢測電壓曲線在某個時窗（即時刻點）的電壓為v，其與無缺陷處相應時窗的電壓差值為△v，在此定義△v/v作為檢測線圈在該時窗的檢測靈敏度。△v/v值越大，說明該時窗缺陷檢測靈敏度越高。

為了研究該金屬屏蔽罩對檢測靈敏度的影響，在被測管道1的試件上選取人工管道腐蝕缺陷進行了檢測，計算相鄰管道2與被測管道1在相隔距離0.3m、0.4m、0.8m下無屏蔽罩探頭對缺陷的檢測靈敏度，繪製檢測靈敏度曲線圖（如圖4所示）；接著計算相鄰管道2與被測管道1在相隔距離0.3m、0.4m、0.8m下帶屏蔽罩探頭對所述人工管道腐蝕缺陷的檢測靈敏度，繪製檢測靈敏度曲線圖（如圖5所示）；同時設定探頭檢測靈敏度下降百分比閾值為15%；將圖5與圖4進行比較，帶屏蔽罩探頭與無屏蔽罩探頭相比檢測靈敏度下降百分比小於15%，因此該帶屏蔽罩探頭的設計完成。

6）本發明的討論：

施加金屬屏蔽罩後探頭檢測靈敏度會下降，這是由於屏蔽罩本身也構成了金屬負載的一部分，增大了探頭的負載。而缺陷檢測靈敏度反映的是負載的相對變化。負載基數變大，因此同樣的腐蝕缺陷，施加屏蔽罩後由於金屬負載基數變大，相對變化量減小，導致檢測靈敏度會變小。

相鄰管道與被檢管道不平行的狀況在生產現場也很常見，這時候不能夠通過平行於管道軸線移動的方法消除相鄰管道幹擾，那麼施加屏蔽罩，犧牲一定檢測靈敏度換取幹擾的減弱甚至消除是一種合理的選擇。另外，如果探頭環繞管道移動進行檢測，通過比較周向數據的差異以便判斷缺陷，那麼相鄰管道也構成了嚴重影響。這時也需要施加屏蔽罩，儘管靈敏度有所降低。

參考文獻：

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