抗干扰的脉冲涡流检测方法与流程

本发明涉及检测技术，特别涉及一种带包覆层管道腐蚀抗相邻管道干扰的脉冲涡流检测方法。

背景技术：

带包覆层铁磁性管道的使用范围很广，特别是在石化等行业使用率很高。管道内部常会用来输送高压，高湿和腐蚀性液气介质，管外的雨水，潮湿空气等会引起管道腐蚀。出于保温和防腐等目的，在管外部会加上包覆层。包覆层紧贴管道为不导电不导磁的保温材料，厚度为几十至几百毫米，最外层为0.5mm左右的铝皮或白铁皮。去除包覆层进行腐蚀检测需要停工而且成本很高，因此近年来发展出一种脉冲涡流检测技术，在不去除包覆层的条件下对管道腐蚀进行检测。

在国外，RTD ^[1]，Shell^[2]等公司在该方面取得了良好的应用结果。在国内，华中科技大学^[3-5]，南昌航空大学^[6-8]无损检测重点实验室也积极开展了该方面的研究并取得良好效果。

在带包覆层管道脉冲涡流检测当中，存在的一个问题是被测管道经常并不是孤立的单根管道，而是存在着相邻管道，有时候相隔还比较近，这样就会对检测造成影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，通过研究带包覆层管道腐蚀脉冲涡流检测当中相邻管道影响的大小，采用在检测探头上加金属屏蔽罩的方法来抑制相邻管道对检测的影响，并且使得检测探头的检测灵敏度降低较少。

本发明采用以下技术方案实现上述目的。抗干扰的脉冲涡流检测方法，被测管道的一侧设置有邻近管道，被测管道包裹有带金属皮的包覆层，带金属皮的包覆层上安装有探头，探头上可以施加金属屏蔽罩，探头与脉冲电磁仪连接，脉冲电磁仪连接到为其供电的电池，其具体步骤如下：

1）首先使用探头，对与相邻管道有相隔距离的被测管道进行检测，并将各相隔距离测得电压在坐标系中以横坐标为时间、纵坐标为检测电压绘制出检测电压曲线，比较各相隔距离变化对检测电压曲线的影响；

2）在探头上施加金属屏蔽罩，构成带屏蔽罩探头，按照步骤1）中所述相隔距离，对被测管道进行检测，绘制一组检测电压曲线，并与步骤1）中的检测电压曲线进行比较；

3）观察步骤2）中带屏蔽罩探头的检测电压曲线，如果步骤2）的各相隔距离检测电压曲线之间的差值小于步骤1）中相对应的各相隔距离检测电压曲线之间的差值，则金属屏蔽罩对相邻管道有屏蔽作用；接着对带屏蔽罩探头的检测电压曲线计算曲线间的相对差值，找出相对差值较小的曲线，用于确定有效屏蔽相邻管干扰的最小管道相隔距离：首先在所述相隔距离范围内选一个设定距离，对所对应的管道相隔距离大于该设定距离的检测电压曲线，计算该组检测电压曲线间的相对差值；如果该相对差值小于设定的检测电压曲线间差值百分比阈值，那么记录该设定距离为有效屏蔽相邻管干扰的最小管道相隔距离，称为最小有效屏蔽距离；如果该最小有效屏蔽距离小于设定的干扰屏蔽距离阈值，接着进行步骤4）；如果该最小有效屏蔽距离大于设定的干扰屏蔽距离阈值，则对该带屏蔽罩探头的金属屏蔽罩参数进行更改后再次从步骤2）开始进行试验；

4）评估金属屏蔽罩对探头缺陷检测灵敏度的影响；

5）在被测管道上选取管道腐蚀缺陷，计算相邻管道与被测管道之间各相隔距离下无屏蔽罩探头对该管道腐蚀缺陷的检测灵敏度；

6）计算相邻管道与被测管道之间各相隔距离下，带屏蔽罩探头对所述管道腐蚀缺陷的检测灵敏度；

7）将步骤5）与步骤6）中的探头检测灵敏度进行比较，如果带屏蔽罩探头与无屏蔽罩探头的检测灵敏度下降百分比小于设定的探头检测灵敏度下降百分比阈值，则该带屏蔽罩探头的设计完成；否则对该带屏蔽罩探头的金属屏蔽罩参数进行更改后，再次从步骤2）开始进行试验。

优选地，所述相隔距离取值范围为0.2-1.5m。

优选地，所述金属屏蔽罩参数包括金属屏蔽罩的铁磁性材料的磁导率与电导率，以及屏蔽罩的几何尺寸。

优选地，所述包覆层为紧贴管道且厚度为50-250mm的不导电不导磁的保温材料，最外层包裹0.3-1.0mm的铝皮或白铁皮。

优选地，所述设定距离取值范围为0.2-1.5m。

优选地，所述相对差值定义为一组电压曲线在同一时刻点的最高电压值和最低电压值的差值除以最高电压值所得出的百分比。

优选地，所述检测电压曲线间差值百分比阈值取值范围为0-3%。

优选地，所述干扰屏蔽距离阈值取值范围为0.2-1.5m。

优选地，所述探头检测灵敏度下降百分比阈值取值范围为0-30%。

优选地，所述管道腐蚀缺陷为管道壁厚平均减薄5-35%且长度为100-200mm的缺陷。

本发明的优点或有益效果是：当使用脉冲涡流检测技术在不去除包覆层的条件下检测带包覆层管道的腐蚀时，如果被测管道附近存在其他管道，就会对检测造成影响。通过在检测探头上加金属屏蔽罩的方法，可以抑制相邻管道的影响，有效缩小影响距离。检测灵敏度虽然有所下降，但在可接受的范围内。尤其是在干扰管与被检管不平行的状况下，不能够通过平行于管道轴线移动的方法消除干扰，那么施加屏蔽罩，牺牲一定检测灵敏度换取干扰的减弱甚至消除也就成为合理的选择。采用本发明的方法通过有序的试验，就可以找到合适的屏蔽参数。

附图说明

图1是本发明的试验用的脉冲涡流检测系统示意图；

图2是本发明的无屏蔽罩探头检测电压曲线图；

图3是本发明的带屏蔽罩探头检测电压曲线图；

图4是无屏蔽罩探头检测灵敏度曲线图；

图5是本发明的带屏蔽罩探头检测灵敏度曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，被测管道1的一侧设置有相邻管道2，被测管道1包裹有带金属皮的包覆层4，带金属皮的包覆层4上安装有带金属屏蔽罩的探头3，探头3电线与脉冲电磁仪6连接，电池5连接到脉冲电磁仪6为其供电。

首先将无屏蔽罩探头安装在被测管道1上的包覆层4上，对被测管道1进行检测。相邻管道2和被测管道1有一定相隔距离，相隔距离根据需要取一系列值，如0.2m、0.3m、0.6、0.8m、1.0m、1.2m、1.5m等。将各相隔距离测得电压在坐标系中以横坐标为时间、纵坐标为检测电压绘制出检测电压曲线。每个相隔距离得到一条检测电压曲线，这样得到一组检测电压曲线。比较相隔距离变化对检测电压曲线的影响。

接着使用带屏蔽罩探头，按照与无屏蔽罩探头相同的相隔距离，对被测管道1进行检测，绘制一组检测电压曲线，并与无屏蔽罩探头的检测电压曲线进行比较。

观察带屏蔽罩探头的检测电压曲线，如果该探头各相隔距离检测电压曲线之间的差值小于无屏蔽罩探头相对应的各相隔距离检测电压曲线之间的差值，则金属屏蔽罩对于相邻管道的影响有屏蔽作用。

接着对带屏蔽罩探头的检测电压曲线计算曲线间的相对差值，找出相对差值较小的曲线，用于确定有效屏蔽相邻管干扰的最小管道相隔距离：首先在所述相隔距离范围内选一个设定距离，对于所对应的管道相隔距离大于该设定距离的检测电压曲线，计算该组检测电压曲线间的相对差值；如果这个相对差值小于设定的检测电压曲线间差值百分比阈值，那么记录该设定距离为有效屏蔽相邻管干扰的最小管道相隔距离，称为最小有效屏蔽距离；如果该最小有效屏蔽距离小于设定的干扰屏蔽距离阈值，接着可以进行下一步，评估金属屏蔽罩对探头缺陷检测灵敏度的影响，否则应对该带屏蔽罩探头的金属屏蔽罩参数进行更改后，再次按照与无屏蔽罩探头相同的相隔距离，对被测管道1进行检测，绘制检测电压曲线，并与无屏蔽罩探头的检测电压曲线进行比较，接着进行其后的相对差值计算及找出最小有效屏蔽距离的步骤，直到最小有效屏蔽距离小于设定的干扰屏蔽距离阈值，再进行下一步，评估金属屏蔽罩对探头缺陷检测灵敏度的影响。

评估金属屏蔽罩对探头缺陷检测灵敏度的影响的方法是：在被测管道1上选取管道腐蚀缺陷，计算相邻管道2与被测管道1之间各相隔距离下无屏蔽罩探头对该管道腐蚀缺陷的检测灵敏度；接着计算相邻管道2与被测管道1之间各相隔距离下带屏蔽罩探头对所述管道腐蚀缺陷的检测灵敏度；将带屏蔽罩探头与无屏蔽罩探头的检测灵敏度进行比较，如果带屏蔽罩探头与无屏蔽罩探头相比检测灵敏度下降百分比小于设定的探头检测灵敏度下降百分比阈值，则该带屏蔽罩探头的设计完成；否则对该带屏蔽罩探头的金属屏蔽罩参数进行更改后，再次按照与无屏蔽罩探头相同的相隔距离，对被测管道1进行检测，绘制检测电压曲线，并进行其后与上所述相同的所有步骤直到此步,然后再次判断是否已满足设计完成条件。

图2是本发明使用无屏蔽罩探头时，在相邻管道2和被测管道1不同间距下，所得到的一组检测电压曲线图。

图3是本发明使用带屏蔽罩探头时，在相邻管道2和被测管道1不同间距下，所得到的一组检测电压曲线图。

图4是本发明使用无屏蔽罩探头时，在相邻管道2和被测管道1不同间距下，对被测管道1上人工管道腐蚀缺陷的检测灵敏度曲线图。

图5是本发明使用带屏蔽罩探头时，在相邻管道2和被测管道1不同间距下，对被测管道1上人工管道腐蚀缺陷的检测灵敏度曲线图。

实施例:以下列举本发明一个较佳的具体实施案例：

1）采用图1所示的检测系统，所使用的被测管道1的长度为6000mm、公称尺寸φ139.7×7.72的J55管道上加工人工管道腐蚀缺陷，壁厚减薄为32%，长度150mm。相邻管道2为同样规格的未加工人工缺陷的管道。

2）图1脉冲涡流检测系统中的探头3在实施例中的规格（如表1所示），探头中的激励线圈和信号接收线圈同轴，均采用圆形线圈，线圈结构参数如表1所给出。

带屏蔽罩探头所使用的金属屏蔽罩在本实施例中由双重屏蔽罩构成。第一重为杯形结构，杯壁厚为1mm，将探头放置其中，杯形结构倒置置于金属屏蔽罩的铝皮表面。第二重为白铁皮结构，采用0.5mm厚度的白铁皮制作，共叠合3层。

脉冲电磁仪6的激励源使用正负双极性脉冲方波电流，占空比为1:1，激励频率为4Hz，大小为3.0A。包覆层厚度为110mm，外覆0.5mm厚铝皮。

3）当检测被测管道1时，为观察周边1.5m内相邻管道2对于检测的影响，将探头3置于带被检管道1靠近邻近管道2的一侧，不加屏蔽罩，固定于距被检管道左端头1.2m的位置，分别设置被检管道1和邻近管道2之间的水平距离为1.5m、1.0m、0.8m、0.6m、0.4m、0.3m、0.2m，然后进行激励，并且从探头3的接收传感器采集检测电压。在坐标系中以横坐标为时间、纵坐标为检测电压绘制检测电压曲线如图2。图2中给出的是小于0.8m管道相隔距离的检测电压曲线的局部放大图。大于0.8m管道相隔距离的检测电压曲线与0.8米时的检测电压曲线重合。

从图2可以看出，探头3不带金属屏蔽罩时，被检管道1和邻近管道2相隔距离在0.8m到0.3m之间时，检测电压曲线是分离的，说明邻近管道2对被检管道1的检测产生干扰，且干扰逐渐增大。其中，从0.3m到0.2m之间干扰显著增加。

4）将探头3加上金属屏蔽罩，成为带屏蔽罩探头，按照与无屏蔽罩探头相同的相隔距离，对被测管道1进行检测，绘制一组检测电压曲线，并与无屏蔽罩探头的检测电压曲线进行比较。

比较图3和图2，图3中带屏蔽罩探头检测电压曲线之间的差值小于图2中无屏蔽罩探头相对应相隔距离的检测电压曲线之间的差值，表明金属屏蔽罩对于相邻管道2的影响有屏蔽作用，从而使得管道相隔距离的变化引起的检测电压曲线的变化减小。

接着对图3中带屏蔽罩探头的检测电压曲线计算曲线间的相对差值，找出相对差值较小的曲线，用于确定有效屏蔽相邻管干扰的最小管道相隔距离。首先在实验的相隔距离范围内选一个设定距离，（参照图3）曲线差值情况选择设定距离为0.3m，同时选定检测电压曲线间差值百分比阈值为3%。对于图3中0.3m以上的检测电压曲线，即0.3-0.8m的曲线，取同一时间点时，最高电压和最低电压相差小于3%，因此记录0.3m为有效屏蔽相邻管干扰的最小管道相隔距离，即最小有效屏蔽距离。接着进行下一步，评估金属屏蔽罩对探头3检测灵敏度的影响。

5）探头检测灵敏度的意义是，检测电压曲线的剖面曲线中缺陷引起的幅值变化占背景幅值的百分比。有关定义和计算方法叙述如下：

在进行人工管道腐蚀缺陷检测时，探头在包覆层上顺着管道轴向方向从该缺陷的一端移动到另一端，每隔一定距离选择一个检测点进行检测，每个检测点在接收线圈中得到一个检测电压曲线（类型如图2、图3中所示）。

设在人工管道腐蚀缺陷附近共检测M个测点，并设N为每个测点的接收线圈检测电压曲线的采样时刻点数，将每个时刻点称为一个时窗，则第i个测点的检测数据可以表示成向量：

(1)

把所有M个检测点的数据写成矩阵形式为：

(2)

式中：W表示一个矩阵；矩阵W的行向量为V_i，i=1,…M，表示M个测点的M条检测电压曲线；每条行向量V_i由N个采样时刻点的共N个采样值构成，用v_ij表示，j=1,…N，第j个时刻的检测电压值为v_ij。

矩阵W的列向量则为从第1点至第M个检测点在下降曲线的同一时刻所对应的感应电压值。以检测点的坐标为横坐标，以某个列向量为纵坐标绘制出的曲线称为该列向量对应时刻的工件的检测电压剖面曲线图。若某个测点处存在缺陷，则某个列向量的检测电压剖面曲线图上，该测点处的感应电压值将出现异常，从而表明该处出现缺陷。

设管道某个检测点的检测电压曲线在某个时窗（即时刻点）的电压为v，其与无缺陷处相应时窗的电压差值为△v，在此定义△v/v作为检测线圈在该时窗的检测灵敏度。△v/v值越大，说明该时窗缺陷检测灵敏度越高。

为了研究该金属屏蔽罩对检测灵敏度的影响，在被测管道1的试件上选取人工管道腐蚀缺陷进行了检测，计算相邻管道2与被测管道1在相隔距离0.3m、0.4m、0.8m下无屏蔽罩探头对缺陷的检测灵敏度，绘制检测灵敏度曲线图（如图4所示）；接着计算相邻管道2与被测管道1在相隔距离0.3m、0.4m、0.8m下带屏蔽罩探头对所述人工管道腐蚀缺陷的检测灵敏度，绘制检测灵敏度曲线图（如图5所示）；同时设定探头检测灵敏度下降百分比阈值为15%；将图5与图4进行比较，带屏蔽罩探头与无屏蔽罩探头相比检测灵敏度下降百分比小于15%，因此该带屏蔽罩探头的设计完成。

6）本发明的讨论：

施加金属屏蔽罩后探头检测灵敏度会下降，这是由于屏蔽罩本身也构成了金属负载的一部分，增大了探头的负载。而缺陷检测灵敏度反映的是负载的相对变化。负载基数变大，因此同样的腐蚀缺陷，施加屏蔽罩后由于金属负载基数变大，相对变化量减小，导致检测灵敏度会变小。

相邻管道与被检管道不平行的状况在生产现场也很常见，这时候不能够通过平行于管道轴线移动的方法消除相邻管道干扰，那么施加屏蔽罩，牺牲一定检测灵敏度换取干扰的减弱甚至消除是一种合理的选择。另外，如果探头环绕管道移动进行检测，通过比较周向数据的差异以便判断缺陷，那么相邻管道也构成了严重影响。这时也需要施加屏蔽罩，尽管灵敏度有所降低。

参考文献：

[1]Breet C R, Raad J A. Validation of a pulsed eddy current system for measuring wall thinning through insulation[J]. SPIE, 1996, 2947: 211-222.

[2]Crouzen P, Munns I. Pulsed Eddy Current Corrosion Monitoring in Refineries and Oil Production Facilities –. Experience at Shell. ECNDT 2006.

[3]武新军, 黄琛, 丁旭, 等. 钢腐蚀脉冲涡流检测系统的研制与应用[J]. 无损检测, 2010, 32(2): 127-130.

[4]Huang C, Wu X J, Xu Z Y, et al Pulsed eddy current signal processing method for signal denoising in ferromagnetic plate testing[J]. NDT&E Int. , 2010, 43: 648–653.

[5]Huang C, Wu X J, Xu Z Y, et al. Ferromagnetic material pulsed eddy current testing signal modeling by equivalent multiple-coil-coupling approach [J]. NDT&E Int. , 2011, 44: 163–168.

[6]康小伟, 付跃文. 带包覆层铁磁性管道腐蚀脉冲涡流检测技术[J]. 无损检测, 2011,33(9): 40-42.

[7]付跃文，康小伟，喻星星. 带包覆层铁磁性金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测[J]. 应用基础与工程科学学报,2013, 21(4): 786-795.

[8]薛盛龙，付跃文，顾增涛. 周边管道对带包覆层管道脉冲涡流检测的影响. 无损检测, 2016,38(3): 1-3.