油气管道腐蚀及裂纹的探伤检测

黄起　李奥伟　杜瑜

摘 要：在运输安全中，油气管道是不可忽略的一部分，有一个设计良好、功能健全、检测准确的探伤系统是至关重要的。在数字处理技术和霍尔传感器的基础上，利用漏磁法完成对管道缺陷的精确检测，该设计实现了检测过程中的信号发射、采集、处理和分析的功能。

关键词：安全；数字处理技术；漏磁法；霍尔传感器

中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0047-02

与其他能源运输方式相比，管道运输更高效、更安全，对环境的影响程度小，所以，管道运输方式被广泛运用。但是，管道埋于地下，管道受损或被腐蚀而造成的管道泄漏往往是难以察觉的，在长期使用的过程中，易产生腐蚀、麻点、凹坑、裂纹等缺陷。一旦发生大面积泄漏，轻则造成财产损失，重则将会造成人员伤亡。因此，要求定期对工业油气管道进行无损检测，避免或减少事故的发生。

1 方案设计与论证

油气管道因为化学反应而受到腐蚀的位置、面积和程度各不相同，其中的影响因素也有很多。因此，油气管道的检测基本上就是对管道腐蚀情况的检测。

无损检测的方法有磁粉法、渗透法、超声波法、电涡流法和漏磁法。磁粉法虽然表面探伤灵敏度高，但是，自动化程度低，在很大程度上需要用肉眼观察。超声波法虽然可以很好地发现管道的内部损伤，但是，不允许被测物表面存在涂层和油污，在实际工作过程中可操作性很小。渗透法对材料表面有很严格的要求，而且容易造成环境污染。因此，可以选择漏磁法进行油气管道的损伤检测。

铁磁材料最显著的特性是有较高的磁导率，漏磁法就是由此发展而来的。其原理如下：如果管道良好，那么当一种能产生强磁场的“磁化器”磁化被测管道时，几乎没有或有很少的磁感线会从表面穿出；如果管道存在损伤或腐蚀造成泄漏时，部分磁感线会泄漏，在材料表面损伤处形成漏磁场。因此，利用磁敏传感器即可检测出泄漏出的信号，再经过信号处理和分析即可获得较为精准的损伤特征。

2 探伤设备的基本设计

漏磁法探伤设备大体上主要由两个部分构成，即扫描头总成和信号处理电路部分，具体情况如图1所示。

正如上文所说，漏磁法需要一种能产生强磁场的磁化器，常用的磁化方法有两种，即交变磁化法和永磁法。交变磁化法利用交变电流实现对励磁器件的局部磁化，其磁场强度可以由程序控制，可调控性很强，还可以随时关闭磁场，但是，其所需功率较大，属有源器件。永磁法励磁，也就是使用特殊的磁性材料，譬如烧结钕铁硼磁钢，来产生工作磁场。其具有高磁能积、高矫顽力和磁性能稳定的特点。在该设计中，由于油气管道较长，因此，交变磁化法明显不适用。损伤处产生的漏磁场需要用磁敏传感器进行探测，但是，漏磁场的强度很小，因此选择什么型号的磁敏传感器是很关键的。常见的、可选的磁敏传感器有磁敏二极管、检测线圈、磁敏电阻和霍尔元件等。之所以选择霍尔传感器是因为霍尔元件电压灵敏度适中、线性好、不确定度小，而且封装形式多样，易于与管道匹配。

在实际探伤过程中，因为腐蚀而形成的缺陷，其形状、角度等参数是随机的，所以，漏磁场是空间上的三维向量。扫描头也要综合考虑所有因素，因为一个磁敏传感器只能测量某点处的漏磁场强度，所以，扫描头上的传感器要根据需要分辨的损伤精度的技术指标来确定数量，并且相邻传感器的探测范围必须要有重叠，这样才可以避免漏检。

漏磁法管道探伤的电信号处理电路是整个设备的核心部分，其原理如图2所示。

这部分的选择和设计主要是在电路和系统的基础上完成的，目前此类系统主要有两类，即以8031为核心的系统和以DSP芯片为核心的系统。由于系统要求有较高的精确度，并且需要有较高的效率，所以，选择基于DSP芯片为核心的系统进行数据的采集和处理。利用可编程处理器对信号进行处理，有助于提高运算速度和效率，且软件处理功能强大，可读性、可操作性、可更改性都非常好。

为了提高检测的精确度，可以在信号的采集部分添加滤波装置，从而消除低频噪声和高频噪声。由于霍尔传感器与周围的环境温度有密切的关系，而管道内与地面有较大温差，所以，可以在扫描头总成上添加温度补偿模块以提高传感器的稳定性、精确度和使用时间。

3 结论

用漏磁法探伤设备在油气管道内进行检测时，当检测到某处出现损伤时，会按照预先设置好的程序减慢运行速度，对缺陷处进行多方位、多角度探测，以实现各种参数的精准探伤，最终对探测结果进行分析、处理。

参考文献

[1]梁森.自动检测技术及应用[M].第二版.北京：机械工业出版社，2006.

[2]张俊哲.无损检测技术及其应用[M].北京：科学出版社出版社，2011.

[3]刘存.现代检测技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：白洁〕

Abstract： In the transport safety， the gas pipeline is part of a non-negligible， there is a well-designed， functional， accurate flaw detection system is essential. On the basis of digital processing technology and Hall sensor on the use of magnetic flux leakage pipeline to complete the accurate detection of defects， the design and implementation of the testing process of signal transmission， collection， processing and analysis functions.

Key words： security； digital processing technology； leakage magnetic； hall sensor

摘 要：在运输安全中，油气管道是不可忽略的一部分，有一个设计良好、功能健全、检测准确的探伤系统是至关重要的。在数字处理技术和霍尔传感器的基础上，利用漏磁法完成对管道缺陷的精确检测，该设计实现了检测过程中的信号发射、采集、处理和分析的功能。

关键词：安全；数字处理技术；漏磁法；霍尔传感器

中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0047-02

与其他能源运输方式相比，管道运输更高效、更安全，对环境的影响程度小，所以，管道运输方式被广泛运用。但是，管道埋于地下，管道受损或被腐蚀而造成的管道泄漏往往是难以察觉的，在长期使用的过程中，易产生腐蚀、麻点、凹坑、裂纹等缺陷。一旦发生大面积泄漏，轻则造成财产损失，重则将会造成人员伤亡。因此，要求定期对工业油气管道进行无损检测，避免或减少事故的发生。

1 方案设计与论证

油气管道因为化学反应而受到腐蚀的位置、面积和程度各不相同，其中的影响因素也有很多。因此，油气管道的检测基本上就是对管道腐蚀情况的检测。

无损检测的方法有磁粉法、渗透法、超声波法、电涡流法和漏磁法。磁粉法虽然表面探伤灵敏度高，但是，自动化程度低，在很大程度上需要用肉眼观察。超声波法虽然可以很好地发现管道的内部损伤，但是，不允许被测物表面存在涂层和油污，在实际工作过程中可操作性很小。渗透法对材料表面有很严格的要求，而且容易造成环境污染。因此，可以选择漏磁法进行油气管道的损伤检测。

铁磁材料最显著的特性是有较高的磁导率，漏磁法就是由此发展而来的。其原理如下：如果管道良好，那么当一种能产生强磁场的“磁化器”磁化被测管道时，几乎没有或有很少的磁感线会从表面穿出；如果管道存在损伤或腐蚀造成泄漏时，部分磁感线会泄漏，在材料表面损伤处形成漏磁场。因此，利用磁敏传感器即可检测出泄漏出的信号，再经过信号处理和分析即可获得较为精准的损伤特征。

2 探伤设备的基本设计

漏磁法探伤设备大体上主要由两个部分构成，即扫描头总成和信号处理电路部分，具体情况如图1所示。

正如上文所说，漏磁法需要一种能产生强磁场的磁化器，常用的磁化方法有两种，即交变磁化法和永磁法。交变磁化法利用交变电流实现对励磁器件的局部磁化，其磁场强度可以由程序控制，可调控性很强，还可以随时关闭磁场，但是，其所需功率较大，属有源器件。永磁法励磁，也就是使用特殊的磁性材料，譬如烧结钕铁硼磁钢，来产生工作磁场。其具有高磁能积、高矫顽力和磁性能稳定的特点。在该设计中，由于油气管道较长，因此，交变磁化法明显不适用。损伤处产生的漏磁场需要用磁敏传感器进行探测，但是，漏磁场的强度很小，因此选择什么型号的磁敏传感器是很关键的。常见的、可选的磁敏传感器有磁敏二极管、检测线圈、磁敏电阻和霍尔元件等。之所以选择霍尔传感器是因为霍尔元件电压灵敏度适中、线性好、不确定度小，而且封装形式多样，易于与管道匹配。

在实际探伤过程中，因为腐蚀而形成的缺陷，其形状、角度等参数是随机的，所以，漏磁场是空间上的三维向量。扫描头也要综合考虑所有因素，因为一个磁敏传感器只能测量某点处的漏磁场强度，所以，扫描头上的传感器要根据需要分辨的损伤精度的技术指标来确定数量，并且相邻传感器的探测范围必须要有重叠，这样才可以避免漏检。

漏磁法管道探伤的电信号处理电路是整个设备的核心部分，其原理如图2所示。

这部分的选择和设计主要是在电路和系统的基础上完成的，目前此类系统主要有两类，即以8031为核心的系统和以DSP芯片为核心的系统。由于系统要求有较高的精确度，并且需要有较高的效率，所以，选择基于DSP芯片为核心的系统进行数据的采集和处理。利用可编程处理器对信号进行处理，有助于提高运算速度和效率，且软件处理功能强大，可读性、可操作性、可更改性都非常好。

为了提高检测的精确度，可以在信号的采集部分添加滤波装置，从而消除低频噪声和高频噪声。由于霍尔传感器与周围的环境温度有密切的关系，而管道内与地面有较大温差，所以，可以在扫描头总成上添加温度补偿模块以提高传感器的稳定性、精确度和使用时间。

3 结论

用漏磁法探伤设备在油气管道内进行检测时，当检测到某处出现损伤时，会按照预先设置好的程序减慢运行速度，对缺陷处进行多方位、多角度探测，以实现各种参数的精准探伤，最终对探测结果进行分析、处理。

参考文献

[1]梁森.自动检测技术及应用[M].第二版.北京：机械工业出版社，2006.

[2]张俊哲.无损检测技术及其应用[M].北京：科学出版社出版社，2011.

[3]刘存.现代检测技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：白洁〕

Abstract： In the transport safety， the gas pipeline is part of a non-negligible， there is a well-designed， functional， accurate flaw detection system is essential. On the basis of digital processing technology and Hall sensor on the use of magnetic flux leakage pipeline to complete the accurate detection of defects， the design and implementation of the testing process of signal transmission， collection， processing and analysis functions.

Key words： security； digital processing technology； leakage magnetic； hall sensor

摘 要：在运输安全中，油气管道是不可忽略的一部分，有一个设计良好、功能健全、检测准确的探伤系统是至关重要的。在数字处理技术和霍尔传感器的基础上，利用漏磁法完成对管道缺陷的精确检测，该设计实现了检测过程中的信号发射、采集、处理和分析的功能。

关键词：安全；数字处理技术；漏磁法；霍尔传感器

中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0047-02

与其他能源运输方式相比，管道运输更高效、更安全，对环境的影响程度小，所以，管道运输方式被广泛运用。但是，管道埋于地下，管道受损或被腐蚀而造成的管道泄漏往往是难以察觉的，在长期使用的过程中，易产生腐蚀、麻点、凹坑、裂纹等缺陷。一旦发生大面积泄漏，轻则造成财产损失，重则将会造成人员伤亡。因此，要求定期对工业油气管道进行无损检测，避免或减少事故的发生。

1 方案设计与论证

油气管道因为化学反应而受到腐蚀的位置、面积和程度各不相同，其中的影响因素也有很多。因此，油气管道的检测基本上就是对管道腐蚀情况的检测。

无损检测的方法有磁粉法、渗透法、超声波法、电涡流法和漏磁法。磁粉法虽然表面探伤灵敏度高，但是，自动化程度低，在很大程度上需要用肉眼观察。超声波法虽然可以很好地发现管道的内部损伤，但是，不允许被测物表面存在涂层和油污，在实际工作过程中可操作性很小。渗透法对材料表面有很严格的要求，而且容易造成环境污染。因此，可以选择漏磁法进行油气管道的损伤检测。

铁磁材料最显著的特性是有较高的磁导率，漏磁法就是由此发展而来的。其原理如下：如果管道良好，那么当一种能产生强磁场的“磁化器”磁化被测管道时，几乎没有或有很少的磁感线会从表面穿出；如果管道存在损伤或腐蚀造成泄漏时，部分磁感线会泄漏，在材料表面损伤处形成漏磁场。因此，利用磁敏传感器即可检测出泄漏出的信号，再经过信号处理和分析即可获得较为精准的损伤特征。

2 探伤设备的基本设计

漏磁法探伤设备大体上主要由两个部分构成，即扫描头总成和信号处理电路部分，具体情况如图1所示。

正如上文所说，漏磁法需要一种能产生强磁场的磁化器，常用的磁化方法有两种，即交变磁化法和永磁法。交变磁化法利用交变电流实现对励磁器件的局部磁化，其磁场强度可以由程序控制，可调控性很强，还可以随时关闭磁场，但是，其所需功率较大，属有源器件。永磁法励磁，也就是使用特殊的磁性材料，譬如烧结钕铁硼磁钢，来产生工作磁场。其具有高磁能积、高矫顽力和磁性能稳定的特点。在该设计中，由于油气管道较长，因此，交变磁化法明显不适用。损伤处产生的漏磁场需要用磁敏传感器进行探测，但是，漏磁场的强度很小，因此选择什么型号的磁敏传感器是很关键的。常见的、可选的磁敏传感器有磁敏二极管、检测线圈、磁敏电阻和霍尔元件等。之所以选择霍尔传感器是因为霍尔元件电压灵敏度适中、线性好、不确定度小，而且封装形式多样，易于与管道匹配。

在实际探伤过程中，因为腐蚀而形成的缺陷，其形状、角度等参数是随机的，所以，漏磁场是空间上的三维向量。扫描头也要综合考虑所有因素，因为一个磁敏传感器只能测量某点处的漏磁场强度，所以，扫描头上的传感器要根据需要分辨的损伤精度的技术指标来确定数量，并且相邻传感器的探测范围必须要有重叠，这样才可以避免漏检。

漏磁法管道探伤的电信号处理电路是整个设备的核心部分，其原理如图2所示。

这部分的选择和设计主要是在电路和系统的基础上完成的，目前此类系统主要有两类，即以8031为核心的系统和以DSP芯片为核心的系统。由于系统要求有较高的精确度，并且需要有较高的效率，所以，选择基于DSP芯片为核心的系统进行数据的采集和处理。利用可编程处理器对信号进行处理，有助于提高运算速度和效率，且软件处理功能强大，可读性、可操作性、可更改性都非常好。

为了提高检测的精确度，可以在信号的采集部分添加滤波装置，从而消除低频噪声和高频噪声。由于霍尔传感器与周围的环境温度有密切的关系，而管道内与地面有较大温差，所以，可以在扫描头总成上添加温度补偿模块以提高传感器的稳定性、精确度和使用时间。

3 结论

用漏磁法探伤设备在油气管道内进行检测时，当检测到某处出现损伤时，会按照预先设置好的程序减慢运行速度，对缺陷处进行多方位、多角度探测，以实现各种参数的精准探伤，最终对探测结果进行分析、处理。

参考文献

[1]梁森.自动检测技术及应用[M].第二版.北京：机械工业出版社，2006.

[2]张俊哲.无损检测技术及其应用[M].北京：科学出版社出版社，2011.

[3]刘存.现代检测技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔编辑：白洁〕

Abstract： In the transport safety， the gas pipeline is part of a non-negligible， there is a well-designed， functional， accurate flaw detection system is essential. On the basis of digital processing technology and Hall sensor on the use of magnetic flux leakage pipeline to complete the accurate detection of defects， the design and implementation of the testing process of signal transmission， collection， processing and analysis functions.

Key words： security； digital processing technology； leakage magnetic； hall sensor