李建鵬

（1中石化股份勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心 山東東營(yíng) 257000）

（2 勝利油田檢測(cè)評(píng)價(jià)研究有限公司 山東東營(yíng) 257000）

1 引言

作為油田企業(yè)集輸系統(tǒng)的重要設(shè)備，泵出口管匯失效與否直接關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)人員及設(shè)備的安全，應(yīng)用場(chǎng)合包括鉆注水、注聚、注氣等專用設(shè)備作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，最高額定工作壓力達(dá)到70MPa。由于常年受到高壓流體的沖刷和酸性腐蝕，極易產(chǎn)生裂紋、壁厚減薄以及早期應(yīng)力集中等安全隱患。隨著無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，泵出口管匯的缺陷檢測(cè)難點(diǎn)也被克服，檢測(cè)流程也隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展得到了完善。采用磁記憶檢測(cè)法對(duì)泵出口管匯進(jìn)行缺陷檢查，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出泵出口管匯的應(yīng)力集中區(qū)域，具有可檢測(cè)微小缺陷、設(shè)備簡(jiǎn)單輕便、提離值影響小、靈敏度高、無(wú)需磁化設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。此外，磁記憶檢測(cè)能夠有效地預(yù)測(cè)和監(jiān)控泵出口管匯的缺陷產(chǎn)生區(qū)，降低了泵出口管匯事故發(fā)生概率 [1]。由于不需要外加磁場(chǎng)激勵(lì)，也就省去了勵(lì)磁機(jī)構(gòu)和檢后的退磁工作,近年來(lái)，在防噴器檢測(cè)、連續(xù)桿損傷檢測(cè)、深水鉆井隔水管等檢測(cè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用[2-4]，研究表明磁記憶檢測(cè)技術(shù)對(duì)檢測(cè)管匯失效有良好的檢出效果[5]，但磁記憶技術(shù)檢測(cè)實(shí)踐中，因靈敏度高，對(duì)操作人員現(xiàn)場(chǎng)操作提出了更高的要求，如何在保證精度的前提下，減少人為因素影響[6]，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，成為亟待解決的問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)磁記憶方法的研究和試驗(yàn)，研制了自動(dòng)磁記憶檢測(cè)裝置，完成了基于磁記憶方法的多通道自動(dòng)檢測(cè)儀在高壓直管管匯上的標(biāo)定，提高了磁記憶檢測(cè)可靠性和準(zhǔn)確度，該套技術(shù)也可應(yīng)用于鉆桿、架空輸油輸氣管道的磁記憶快速檢測(cè)，對(duì)其他領(lǐng)域的鐵磁性管桿類設(shè)備檢測(cè)，也有一定的借鑒意義。

2 多通道磁記憶自動(dòng)檢測(cè)裝置原理

金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)[7]是在不施加人工激勵(lì)磁場(chǎng)的條件下，采用傳感器測(cè)量被檢件表面的磁場(chǎng)分布，通過(guò)獲得磁場(chǎng)突變信號(hào)來(lái)發(fā)現(xiàn)被測(cè)件上可能存在的應(yīng)力集中或損傷。金屬磁記憶檢測(cè)不僅可以檢測(cè)構(gòu)件的宏觀缺陷，而且可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的應(yīng)力集中等早期缺陷，可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)域的預(yù)報(bào)，且無(wú)需打磨等預(yù)處理，更適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和普查作業(yè)。目前國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口磁記憶儀器普遍采用霍爾元件作為磁場(chǎng)檢測(cè)傳感器，其磁場(chǎng)檢測(cè)靈敏度一般為5mV/Gauss和10mV/Gauss。本文研究設(shè)計(jì)的新型高精度磁記憶檢測(cè)探頭磁場(chǎng)檢測(cè)靈敏度為18mV/Gauss，比目前常用傳感器靈敏度高（8-13）mV/Gauss。

目前國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口儀器的磁記憶檢測(cè)探頭分為接觸式和非接觸式，非接觸式檢測(cè)探頭尺寸較大，適用于埋地管道檢測(cè)，不適用于泵出口管匯檢測(cè)，而接觸式檢測(cè)探頭一般為筆式單探頭或小車式探頭，一次掃測(cè)覆蓋的范圍有限，對(duì)于常用不用直徑管匯需要不小于（5～8）次的掃測(cè)才能覆蓋整個(gè)管匯表面。本文研究所用便攜式自適應(yīng)多通道磁記憶檢測(cè)儀采用接觸式探頭，可自適應(yīng)泵出口管匯彎管及各種不同管徑的直管檢測(cè)，一個(gè)探測(cè)模組可實(shí)現(xiàn)8通道數(shù)據(jù)采集，對(duì)于不同直徑的管匯僅需1至2次掃測(cè)即可覆蓋整個(gè)被測(cè)件，大大提高了磁記憶檢測(cè)效率。基于該探頭設(shè)計(jì)的自動(dòng)適應(yīng)不同管徑的多通道自動(dòng)磁記憶檢測(cè)裝置，因傳感器與管壁距離恒定，一次自動(dòng)掃測(cè)就可實(shí)現(xiàn)全覆蓋檢測(cè)，消除了人工操作帶來(lái)的誤差影響，對(duì)同一缺陷的多次檢測(cè)效果呈現(xiàn)良好的匹配性，提高了檢測(cè)準(zhǔn)確度和檢測(cè)效率。

3 自動(dòng)磁記憶檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)由檢測(cè)控制箱、遙控器及計(jì)算機(jī)組成，其中，檢測(cè)控制箱通過(guò)線纜給檢測(cè)裝置主體供電，遙控器通過(guò)無(wú)線接收器控制檢測(cè)裝置主體的運(yùn)動(dòng)。高壓直管管體缺陷等相關(guān)信號(hào)信息通過(guò)位于檢測(cè)裝置上方的數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，而計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線路由器對(duì)采集器進(jìn)行初始化和檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及分析。采用無(wú)線遙控控制及采集數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸使得整個(gè)檢測(cè)裝置更加簡(jiǎn)潔，且控制及數(shù)據(jù)采集變的尤為方便快捷。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 自動(dòng)磁記憶檢測(cè)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

4 自動(dòng)磁記憶裝置室內(nèi)缺陷標(biāo)定試驗(yàn)

4.1 縱向刻槽檢測(cè)試驗(yàn)

為得到自動(dòng)檢測(cè)磁記憶信號(hào)隨管匯刻槽深的變化規(guī)律及對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)了縱向刻槽檢測(cè)試驗(yàn)方案，試驗(yàn)?zāi)康臑橥ㄟ^(guò)自動(dòng)檢測(cè)裝置檢測(cè)泵出口管匯縱向刻槽試樣，截取三段泵出口直管1200mm長(zhǎng)試樣，在三段管件試樣外壁分別沿縱向刻長(zhǎng)度為20mm、30mm和40mm的槽?？滩畚恢瞄g隔為50mm，均勻分布，槽寬為6mm，槽深為2.2～4mm，相鄰兩槽深度依次遞增0.2mm，刻槽尺寸如表1、圖2所示。

表1 縱向刻槽尺寸表

圖2 縱向刻槽示意圖

4.2 自動(dòng)磁記憶檢測(cè)試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)改變傳感器型號(hào)、提離值等參數(shù)對(duì)三根管匯試樣進(jìn)行試驗(yàn)后，記錄刻槽長(zhǎng)度與刻槽深度檢測(cè)數(shù)據(jù)。以刻槽長(zhǎng)度20mm直管的自動(dòng)磁記憶檢測(cè)為例，經(jīng)檢測(cè)得到如圖3所示結(jié)果，可以看出：信號(hào)梯度峰峰值隨刻傷深度增大而增大，信號(hào)梯度波寬隨刻槽長(zhǎng)度增大而增大。

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算得出各處刻傷所對(duì)應(yīng)的信號(hào)梯度峰峰值，將所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列入表內(nèi)，并建立起刻槽深度與信號(hào)梯度峰峰值之間的關(guān)系圖，如表2、圖4所示。

表2 刻槽管匯磁記憶檢測(cè)的信號(hào)梯度峰峰值

圖4 刻槽深度與信號(hào)梯度峰峰值關(guān)系圖

由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖4可以看出，在刻槽寬度和長(zhǎng)度相同的情況下，信號(hào)梯度峰峰值隨著刻槽深度的增大呈單調(diào)遞增的趨勢(shì)，究其原因是由于刻槽處形成局部的漏磁場(chǎng)，刻槽深度決定了漏磁場(chǎng)的大小。刻槽深度越深，局部磁場(chǎng)變化越大，磁記憶信號(hào)梯度峰峰值就越大；刻槽深度越淺時(shí)，局部磁場(chǎng)變化越小，磁記憶信號(hào)梯度峰峰值就越小。在刻槽寬度和刻槽深度相同的情況下，隨著刻槽長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，磁記憶信號(hào)的梯度峰峰值也有明顯的增大?；诳滩凵疃扰c信號(hào)梯度峰峰值關(guān)系，可在自動(dòng)磁記憶檢測(cè)裝置的檢測(cè)靈敏度下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提取的信號(hào)梯度峰峰值，得到線（槽）型缺陷的槽長(zhǎng)與槽深的缺陷當(dāng)量關(guān)系。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

本文在自動(dòng)磁記憶檢測(cè)裝置樣機(jī)研制的基礎(chǔ)上，針對(duì)泵出口管匯的檢測(cè)特點(diǎn)，在室內(nèi)完成了縱向刻槽缺陷的檢測(cè)試驗(yàn)，得到了不同槽深和槽長(zhǎng)磁記憶信號(hào)梯度峰峰值關(guān)系，確定了自動(dòng)磁記憶檢測(cè)中泵出口管匯線（槽）型缺陷的槽長(zhǎng)與槽深的缺陷當(dāng)量關(guān)系，為磁記憶縱向缺陷判定提供了一種有效的量化手段。在實(shí)際的管匯件檢測(cè)中，除縱向缺陷外，還應(yīng)包括橫向缺陷和環(huán)向缺陷等典型缺陷的判定，在今后的研究中，還應(yīng)進(jìn)一步總結(jié)不同缺陷的磁記憶變化規(guī)律，在提高磁記憶檢測(cè)速度的同時(shí)，提升對(duì)泵出口管匯各種類型缺陷的檢出率。