卧式储罐漏磁内检系统设计及其应用研究

2014-05-29孙立强

化工机械 2014年3期

孙立强

(克拉玛依职业技术学院机械工程系)

卧式圆柱形储罐具有承受较高正压和负压的能力，有利于减少油品的蒸发损耗，也减少了发生火灾的可能性，它可以成批制造，然后运往工地安装，便于搬运和拆迁，机动性较好，因此广泛应用于石油化工行业。而目前对此类储罐的安全检测还没有比较完善的方法。漏磁检测凭借其特有的优势，在无损检测领域得到了迅猛的发展，目前我国漏磁检测研究取得了许多成果，并应用于立式储罐罐底板检测及管道检测等方面，但是对于应用到卧式储罐检测的研究还较少[1]。笔者结合国内外现有漏磁检测的研究进展，提出卧式储罐内部漏磁检测方法，对检测的影响因素进行了阐述，设计卧式储罐检测系统并验证了此方法实际应用到卧式储罐检测中的效果。

1 漏磁检测原理与影响因素

实际卧式储罐多采用导磁性能良好的高碳钢或者合金钢制成，适合利用漏磁检测方法进行检测。漏磁检测是利用磁现象来检测铁磁材料工件表面及近表面缺陷的一种无损检测方法[2]。它通过电磁能量与被测件之间的交互作用来检测工件存在的缺陷。笔者采用永磁局部磁化方式，磁化结构沿着储罐内壁周向进行扫描检测。

影响卧式储罐漏磁检测的因素主要有以下几个方面：

a. 磁化场的强弱对缺陷漏磁场的影响很大。由于磁化场决定了工件的磁化程度(磁感应强度)，当磁化程度较低时，漏磁场偏小，而且增加缓慢，当磁感应强度达到饱和值的80%左右时，漏磁场不仅幅值较大，而且随着磁化场的增加会迅速增大。

b. 卧罐的材料和曲率。漏磁检测其本身的特性是仅能对铁磁性材料进行检测，所以容器材料的情况也直接影响到卧罐漏磁检测的结果。材料磁导率越低的容器其缺陷漏磁场越不容易被检测到；当磁化结构一定时，检测还受储罐的曲率的影响。

c. 缺陷特征对漏磁场的影响。对卧式储罐进行检测时，缺陷本身是产生漏磁场的主要原因，其中缺陷的方向、大小、位置和性质会对缺陷漏磁场的强度产生影响[3]。

实际检测中，检测速度、腐蚀产物、表面涂层厚度以及传感器提离值等都会对漏磁检测产生一定影响[4]。

2 漏磁检测系统组成及设计

根据卧式储罐漏磁检测的基本原理，采用局部励磁，本设计卧式储罐内部漏磁检测仪主要由励磁装置、漏磁检测装置及检测信号处理系统(包括传感器、信号采集处理装置、软件系统)等组成，另外根据卧式储罐检测仪的现场应用要求，还应该包含有输入输出、人机交互设备及充电等基本功能。

2.1 励磁结构设计

此次分析卧式储罐的漏磁检测采用内部周向检测，检测磁化结构如图1所示。磁化结构中衔铁、永久磁铁、极靴、气隙和卧式储罐罐壁组成了整个励磁回路，实现对被测容器壁的局部磁化。励磁装置的设计是影响检测系统检测能力的主要因素，可以用试件的磁饱和率来衡量结构尺寸是否满足要求，在满足容器磁化强度的前提下，尽量使磁化结构体积小、重量轻。在理论初步计算的基础上，应用ANSYS软件仿真进行优化选择，确定磁铁、衔铁和极靴的尺寸参数。

图1 卧式储罐内检测磁化示意图

2.2 漏磁检测装置设计

2.2.1传感器的选择与应用

传感器作为提取缺陷漏磁场之用，将磁信号转换为电信号，本检测系统传感器采用霍尔元件。但传感器是精密器件，为使其在检测过程中不受到损坏，将其放入由不锈钢制成的传感器盒中。

2.2.2编码器的选择与应用

编码器主要是选用问题，缺陷漏磁场信号是在空间域上的连续信号，根据空间域采样定理确定出采样间隔，光电脉冲编码器为e6a2型旋转光电脉冲编码器，采用的采样间距为2mm。

2.2.3数据采集卡的选择与应用

数据采集卡选用PCI总线数据采集卡，动态采集缺陷漏磁场径向分量与轴向分量及传感器位移信息。

2.3 检测信号处理系统设计

检测信号处理系统由数据采集卡、计算机和分析软件组成。根据卧式储罐漏磁检测仪的现场应用要求，其信号处理系统必须包含有数据采集、显示、报警、输入输出以及充电等基本功能。考虑到这些要求，设计的卧式储罐漏磁检测信号处理系统的总体框图如图2所示。整个系统由3部分组成，主体部分包括电源模块、数据采集模块和PCI2036模块。

2.4 检测系统软件设计

卧式储罐漏磁检测数据采集和分析软件是以Windows98/2000/XP为操作平台，采用可视化编程工具C++Builder编制的，整个软件采用多线程技术，操作简便，软件的操作能适应快速检测的需要，可以实现磁场数据实时显示和缺陷计数，实时采集存储及事后返放分析等功能。此软件系统可以通过显示彩色带图的形式实时反映缺陷的严重程度，还可以通过事后返放分析其波形图。