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磁性材料在长输管道内检测装置中的应用


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2004 年增刊(35)卷

磁性材料在长输管道内检测装置中的应用*
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谢祖荣,戴

波,张永丽,马景兰

(北京石油化工学院 信息工程学院,北京 102617) 摘 要: 介绍了长输管道漏磁法无损检测系统的原理 部分磁力线穿出管壁形成漏磁(MFL) ,如图 1 右部 所示。位于两磁极之间且紧贴管壁的探头(霍尔元件 或感应线圈)检测到的漏磁场大小即反映管壁的缺陷 或壁厚减薄情况。
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和结构,讨论了漏磁检测装置中的漏磁探测器、定位 里程轮中永磁体选材与磁化、磁轭选材、磁路设计及 超低频收发装置中天线线圈磁芯材料的选用等问题。 关键词:磁性材料;漏磁;长输管道;腐蚀;检测 中图分类号:TM27;TE985.8 文章编号:1001-9731(2004)增刊 文献标识码:A

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我国用于石油与天然气长输管道总长已超过 2 万公里。许多管道深埋地下,由于长年磨损、内外腐 蚀及人为损伤等原因导致泄漏事件频频发生, 不仅造 成巨大的经济损失,而且严重污染环境,危及人类健 康。石油、天然气长输管道的腐蚀程度、壁厚减薄情 况检测对于适时定点维修、防范泄漏事故、保证油气 正常输送及有效评估管道寿命有着极其重要的意义。 长输管道的内检测技术发展至今, 国内外广泛采用超 声波检测和漏磁检测两种方法, 这两种检测方法中都 必不可少地采用了各种软、硬磁材料。由于超声波的 传导依靠液体介质,且容易被蜡吸收,所以超声波方 法有一定的局限性, 不适合检测气管线和含蜡髙的油 管线。 近年来漏磁法无损检测得到较快发展和广泛应 用。
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图1

漏磁法检测原理

Fig 1 The detecting principle of leaking magnetism method

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管道漏磁检测装置结构与工作原理
油气管漏磁检测装置通常由漏磁探测器、 计算机

舱、电池舱组成,相互间用万向节连接,以便于通过 长输油气管内的弯头部分。 检测装置在管内依靠密封 皮碗两侧油气压差形成的推力行走, 同时进行检测, 其结构如图 2 所示。图中:1—管壁,2—探头组合, 3—永磁磁极组合, 4—万向节, 5—里程轮, 6—皮碗, 7—超低频天线。

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漏磁法检测的原理
漏磁法检测的原理如图 1 所示。图中:1、5—磁

轭,2—永磁体,3—腐蚀坑,4—探头,6—管壁。 管内漏磁探测器由永磁体、 磁轭与探头组成,当 其贴近管内壁时, 两磁轭间的一段管壁成为永磁磁路 的一部分, 如果管壁没有缺陷, 磁力线局限于管壁内, 均匀分布,如图 1 左部所示;当管壁有蚀坑、裂纹等 缺陷时, 由于缺陷处磁阻增大, 使磁场分布发生畸变,

漏磁探测器

计算机舱

电池舱

图 2 油气管漏磁检测装置结构 Fig 2 The structure of leaking magnetism detecting device in the pipeline 漏磁探测器检测反映管壁的缺陷或壁厚减薄情 况的漏磁场且产生相应的感应电信号, 这些信号经滤

* 基金项目:中国石油化工股份有限公司科学技术研究开发项目(302017) 收稿日期:2004-03-08 通讯作者:谢祖荣 作者简介:谢祖荣(1942-) ,男,浙江余姚人,教授,北京石油化工学院电气工程系主任,长期从事磁性材料与磁应用技术研究。 (E-mail: xiezurong@bipt. Edu. cn) ,Tel: 010-69292591

谢祖荣 等:磁性材料在长输管道内检测装置中的应用

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波、放大、模数转换等处理后被传送到计算机舱的存 储器中。为了同步记录所探测到蚀坑等缺陷的位置, 装置采用了里程轮作测距内定位, 里程轮每行进 1 单 位距离(如 1cm)发出一个电脉冲,传送給计算机。 为减小里程轮测距的积累误差, 系统采用超低频收发 装置与地面上的管线里程标志杆联络与校准。 当一段 管线检测完成后,取出沿途测得的数据,用专门的软 件进行回放处理和解析识别, 可判定管道内的缺陷和 腐蚀情况及位置。电池舱存放高比能的锂电池组,为 系统计算机及各电路供电, 以满足长输管道一次检测 几十至上百公里的要求。

术,用高导磁性材料将漏磁通集中并引到探头。工业 纯铁、电工硅钢薄板、坡莫合金等都是可选的材料, 其弱场下的磁导率越大越好。 4.2 测距里程轮 测距里程轮侧面圆周上均匀排布的许多小磁铁 工作于开路状态,与霍尔元件相距足够的距离,以保 证检测中不至于被管中杂质堵塞, 因此也应选用高磁 能积、高矫顽力的烧结 NdFeB 材料,且应有一定的 长径比,尽可能地提高工作点。 4.3 超低频发射机与接收机天线线圈磁芯材料 实验证明,采用初始磁导率(弱场下的磁导率) 和最大磁导率都较高的坡莫合金 1J79 条束作为天线 线圈磁芯效果较好, 可适当降低接收机电路的放大倍 数, 提高抗干扰能力。 为了减小天线磁芯的涡流损耗, 要限制坡莫合金每片条的横截面大小, 而且各片条间 应保持电绝缘。

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磁性材料在漏磁检测装置中的应用
漏磁探测器中的永磁体是用来对一段管壁沿轴

4.1 漏磁探测器 线方向进行饱和磁化的磁源,要求具有高磁能积、高 矫顽力,又由于管道内输运的油料(实际是油水混合 物)经常被加热到 50℃左右以保持其良好的流动性, 所以该永磁体还要求具有一定的耐蚀性和耐热性。 SmCo5 、 (SmPr)Co5 、Sm2(Co,Cu,Fe,Zr)17 等稀土钴 永磁合金符合上述两方面要求,但价格较贵。也可选 用价廉的烧结 NdFeB, 但应尽可能用居里点较高的材 料并采取镀镍等防锈措施。 为提高漏磁探测器中永磁 体的利用效率并保证对各段管壁的饱和磁化, 以至于 遇有微小缺陷或壁厚减薄便能产生足够大的漏磁场, 有必要采取在闭合磁路充磁的方式。 可在永磁体外绕 制一个匝数不多的充磁线圈, 在组装好磁轭并放入管 内准备检测前对永磁体进行脉冲充磁, 可得到较高的 工作点。 漏磁探测器中的磁轭常采用钢丝刷或导磁轮的 形式,要求有较好的导磁性能,以减小在永磁磁路中 的磁阻与磁位降损失,选用廉价的低碳钢材料即可。 为提高探头检测漏磁场的灵敏度, 常采用聚磁技

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(1)各种软硬磁材料在长输管道内检测装置中 得到广泛应用。 (2)作为漏磁探测器中磁源的永磁体和测距里 程轮中产生计数电脉冲的小磁铁优先选用具有高磁 能积、高矫顽力的烧结 NdFeB 材料。 (3)作为探头或天线磁芯聚磁用的软磁材料, 优先选用具有初始磁导率和最大磁导率都较高的坡 莫合金 1J79。 参考文献:
[1] [2] [3] 金 虹. 漏磁检测技术在我国管道腐蚀检测上的应用和发 展. [J]. 管道技术与设备, 2003, (1): 43-46. 杨利践, 王玉梅, 冯海英. 智能化管道漏磁检测装置的研 究. [J]. 无损检测, 2002, 24(3): 100-102. 王太勇, 蒋 奇, 薛国光. 钢管漏磁在线检测技术的研究. [J]. 计量学报, 2002, 23(4): 299-302.

The application of magnetic material in the detecting device of the pipeline
XIE Zu-rong, DAI Bo, ZHANG Yong-li, MA Jing-lan
(Information Engineering Institute, Beijing Institute of Petro-chemichal Technology, Beijing 102617, China) Abstract:the paper introduces the principle and the structure of detecting device by the methods of leaking magnetism detecting in the pipeline, and discusses some problems, such as, leaking-magnetism detector, the permanent magnet’s selecting and magnetization in the orientating wheels, the selecting of magnetic yoke, the magnetic circuit’s designing, the selecting of magnetic core in the antenna of Ultra-Low Frequency’s incepting and transmitting device. Key words:magnetic material;leaking magnetism;pipeline;corrsion;detecting


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