周边管道对带包覆层管道脉冲涡流检测的影响

薛盛龙，付跃文，顾增涛

(南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室， 南昌 330063)



周边管道对带包覆层管道脉冲涡流检测的影响

薛盛龙，付跃文，顾增涛

(南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室， 南昌 330063)

在对带包覆层管道进行脉冲涡流检测时，带包覆层管道周围经常存在其他管道，这些管道会对脉冲涡流管道检测造成干扰。针对这种情况，建立了周边管道在被检测管道的两侧且与检测管道平行的仿真模型，比较周边管道与被检测管道不同距离情况下的干扰影响。进行了周边管道在不同位置的多组试验，并与仿真结果进行比较。结果表明，周边管道在被检测管道两侧0.6 m处时开始影响检测结果。

脉冲涡流检测; 周边管道;干扰;仿真

带包覆层铁磁性管道在石油、化工等领域被普遍应用，并且已经成为现代工业中不可缺少的部分。随着我国经济社会的高速发展，管网数量和里程都快速增长。这些铁磁性管道在有传输介质时，为了防止介质的能量通过管道表面造成过大损失，往往会在管道的外层加上一层厚厚的保温层；同时又为了避免保温层遭受外部坏境的破坏，在保温层外面又会加上一层一定厚度的金属保护层[1]。最外层的金属保护层材料一般为铝皮、白铁皮等，厚度一般在1～2 mm范围内,即常用包覆层管道[2]。包覆层铁磁性管道大多为普通碳素钢管和低合金钢管等铁磁性管道,这些管道会发生外壁腐蚀和内壁腐蚀。包覆层管道中的保温层材料多含有矿物盐成分，其结构疏松多孔且极易吸水，当包覆层管道的外层金属保护层发生破裂时，雨水等自然介质就进入保温层材料中并与金属管壁发生氧化作用和电化学反应，时间一长就造成了包覆层下的管道壁厚外壁腐蚀(Corrosion-under-insulation ,CUI)[2]。管输介质内含有的腐蚀性杂质的成分和含量复杂，又经常运行在高温高压环境下，因此管道很容易发生电化学腐蚀[3]。常规的无损检测技术都需要先去除管道外的包覆层再进行检测，而且都需要进行停机检测[4-6]，而脉冲涡流检测就不用去除包覆层,所以需要研究带包覆层管道的脉冲涡流检测。但是在实际检测中，很少对单根管道进行检测，通常周围都有其他管道，这些管道对被检测管道上的磁场是有影响的。因此研究这些管道在不同位置对检测的影响是有必要的。

1　带包覆层管道的脉冲涡流检测基本原理

脉冲涡流检测(PEC, Pulsed Eddy Current)技术采用的是具有一定占空比的脉冲方波信号作为激励，由工件上脉冲涡流信号引起检测线圈上的感应电压变化作为检测分析结果[7-8]，该检测技术能穿透包覆层管道一定厚度的金属保护层和保温层，并检测到不同深度的缺陷[9-10]。将方波信号加载在激励线圈两端，当瞬间关断激励线圈两端的方波激励信号时，激励线圈就会感应生成一个快速衰减的脉冲磁场，快速衰减的脉冲磁场在导体试件中就会感应出脉冲涡流；最后脉冲涡流又会感应出一个衰减的二次磁场，脉冲涡流感应的二次磁场在检测线圈上又会感应出瞬态的感应电压。如果试件上有缺陷，就会对试件上的脉冲涡流分布产生影响，涡流的变化又会影响感应磁场的变化，磁场的变化最终会导致检测线圈上的感应电压发生变化，所以通过分析检测线圈上的感应电压，就可以得到试件上的缺陷信息[11-13]。

在带包覆层铁磁性管道腐蚀的脉冲涡流检测时，传感器线圈置于包覆层管道的外层，传感器线圈由激励线圈和检测线圈两部分构成。检测激励线圈采用双极性脉冲方波电流作为激励，当瞬间关断激励线圈中的电流时，在激励电流的作用下，激励线圈中会产生一个快速衰减的脉冲磁场，磁场穿过包覆层管道的外层和保温层到达管壁中;然后变化的脉冲磁场又在铁磁性管道材料中感应出瞬时涡流，瞬时涡流又会感应出二次磁场，二次磁场被检测线圈接收，并感应出瞬态感应电压。图1所示为有腐蚀缺陷和无腐蚀缺陷时的感应电压衰减曲线，从图中可以明显看出有腐蚀区域的感应电压曲线衰减要快于无腐蚀区域的感应电压曲线衰减。

图1　有无缺陷条件下的感应电压衰减曲线

2　仿真与试验

2.1仿真过程与结果

利用ANSYS软件对管道进行仿真，分别建立探头在包覆层的水平两侧的模型并进行计算。图2所示为激励线圈在包覆层一侧的三维模型。之后对模型进行属性设置、网格划分、加载计算和后处理。

图2　建立的仿真模型

提取出接收线圈的感应电压值，绘制出感应电压的衰减曲线。图3(a)所示是在干扰管(周边管道)距被检测管0.5 m时的左右两侧的感应电压衰减曲线，此时曲线已经失去了对称性。图3(b)所示的是右侧(称靠近干扰管的一侧为右侧，另一侧为左侧)在无干扰管和干扰管距检测管右侧0.5 m情况下的感应电压衰减曲线，可见,干扰管已经对感应电压的衰减有了影响。

图3　接收线圈的仿真感应电压衰减曲线

2.2试验系统

采用的检测系统含发射机、接收机、专用阻尼线、自制检测探头、供电电源等，图4为试验检测系统平台。探头由一个发射线圈和一个接收线圈组成，发射机主要对激励线圈进行供电，接收机对检测线圈信号进行接收。

图4　试验检测系统平台

2.3试验方法及步骤

为了研究干扰管在不同位置对检测的影响，在包覆层的水平两侧分别采集数据，由于管道的对称性，在没有干扰管时，左右两点的数据是一样的。但是在有干扰管的影响下，会使左右两点的数据失去对称性。同时还可以研究干扰管对单点检测的影响。 试验步骤为：① 探头分别放置在包覆层的水平两侧，在无干扰管的情况下进行多组试验，完成单管的数据采集。② 干扰管分别放置在距检测管2，1.8，1.6，1.4，1.2， 1， 0.9，0.8，0.7，0.6，0.5，0.4 m处，进行多组试验，完成双管的数据采集。③ 对采集的数据进行处理。④ 利用画图软件画图，使得试验结果更明显。

2.4试验结果及分析

图5(a)为在无干扰管的情况下，包覆层左右水平两侧感应电压的衰减曲线。由于管道的对称性，左右两侧采集的信号数据是一样的，所以感应电压衰减曲线也是一样的。图5(b)是在有干扰管的情况下，因为距离较远，干扰管对检测的影响较小，所以左右的感应电压衰减曲线还是一样的。图5(c)是将干扰管移至距离检测管0.6 m时，感应电压衰减曲线开始发生了变化。图5(d)是干扰管移至距检测管0.4 m时，感应电压衰减曲线变化更加明显，失去了对称性。

对试验数据继续进行分析，由于右侧距离干扰管更近，所以干扰管会先对右测有影响，导致了左右的数据不一致，失去对称性。取有无干扰管时，右侧的数据进行对比。在距离为0.7～2 m范围时，干扰管的影响较小，感应电压的衰减曲线一致。图5(e)为干扰管移动到距检测管右侧0.6 m时，感应电压衰减曲线变化。图5(f)为干扰管移到距检测管右侧0.4 m时，感应电压衰减曲线变化更加明显。

图5　包覆层左右两侧感应电压衰减曲线

3　结语

对带包覆层管道腐蚀进行脉冲涡流检测时，当干扰管距检测管水平两侧小于0.6 m，干扰管会影响磁场在检测管中的传播，导致感应电压的衰减曲线发生变化，使得管道两侧的磁场对称性消失。干扰管会影响试验的单点数据采集，探头在靠近干扰管的一侧检测时，干扰管也会影响接收线圈采集的感应电压的衰减曲线，使得电压衰减缓慢。

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Influence of Surrounding Pipes Pulsed Eddy Current Testing of Pipeline with Insulation

XUE Sheng-long, FU Yue-wen, GU Zeng-tao

(Key Laboratory of Nondestructive Testing (Ministry of Education), Nanchang Hangkong University,Nanchang 330063, China)

When conducting a pulsed eddy current testing of corrosive pipeline with cladding layer,other channels are often surrounded by other popes in the vicinity, causing interference detection.For this case,the simulation model of interference tube,which is on the both sides of the test pipe and parallel to the direction of the detection,has been formed,comparing the impact of interferences in case of different distances.Meanwhile,several experiments of interference tube at different positions have also been conducted in order to make a comparison with the simulation.The simulation and experimental results show that test results will be affected when the interference detection pipe is 0.6m apart from the detection tube on both sides.

Pulsed eddy current testing; Surrounding pipe; Interference; Simulation

2015-05-28

国家自然科学基金资助项目(51565043);国家重大仪器设备开发专项资助项目(2013YQ140505)

薛盛龙(1990-)，男，硕士，研究方向为电磁无损检测。

10.11973/wsjc201603001

TG115.28

A

1000-6656(2016)03-0001-03