卧式埋地储罐漏磁检测技术的研究与应用*

杨 薇 何承代 陆卫军 刘延雷

（1.杭州拓瑞博科技有限公司 2.杭州市特种设备检测研究院 3.杭州市富阳区食品安全检验检测中心）

0 前言

近年来，埋地储罐被广泛应用于石油化工类企业和储运库站。由于此类容器所盛装的介质大多为腐蚀性介质，其物理和化学性质较为复杂，因此储罐的安全运行极为重要。埋地储罐长期埋于地下，若防腐不利，外壁接触酸类土壤，将会对罐壁产生很大的腐蚀作用，甚至导致储罐产生严重的腐蚀类缺陷。储罐一旦发生泄漏，轻则造成工作介质流失、环境污染和能源浪费，重则危及人身安全，引发重大事故。因此如何了解此类容器的腐蚀状况，有目的地对容器进行维修，减少事故发生，具有较大的经济和社会意义。

目前针对埋地罐的检测方法有射线检测法、超声波检测法、磁粉检测法、磁记忆检测法、渗透检测法、漏磁检测法[1-4]。但是埋地罐大多采用半埋地或全埋地的形式，不便于进行外部检测。漏磁检测的基本原理为对被检试件进行局部磁化，当材料表面出现裂纹或坑点等缺陷时，就会在缺陷表面局部区域形成漏磁场，漏磁信号随缺陷几何形状的不同而变化，采用磁传感器检测漏磁场的变化，根据测得的漏磁信号就可判别缺陷情况。漏磁检测法具有对缺陷灵敏度高、检测速度快，对试件表面清洁度要求不高，而且成本低、操作简单，能检测内外壁缺陷等优点[5-6]。因此采用漏磁检测方法在不开挖条件下对埋地储罐内外壁进行腐蚀检测是可行的。

1 数值仿真

采用ANSYS有限元仿真软件，建立埋地罐漏磁检测分析模型，其结构主要由磁化结构、被测容器壁、容器壁缺陷、空气层等几部分组成，有限元几何模型如图1所示。运行计算后可以得到如图2所示的磁场强度矢量分布图，即可以得到不同位置的磁场强度。改变缺陷的不同参数，包括缺陷深度、缺陷宽度、被检测件厚度等，可以得到不同缺陷对漏磁场的影响规律。

图1 有限元几何模型

图2 磁场强度矢量分布图

1.1 缺陷深度对漏磁场的影响

如图3所示，随着缺陷深度的增加，漏磁场垂直分量幅值在一定范围内随着腐蚀缺陷深度的增加近似线性增长。

1.2 缺陷直径对漏磁场的影响

如图4所示，不同直径缺陷的漏磁场垂直分量幅值在一定直径范围内 （4～8 mm）随缺陷直径的增加而增大。当直径增加到一定数值 （＞8 mm）时，缺陷漏磁场垂直分量幅值与缺陷直径呈递减关系；漏磁场垂直分量峰-峰值间距随着缺陷直径的增加而变大。

图3 不同深度缺陷的漏磁场垂直分量曲线

图4 不同直径缺陷的漏磁场垂直分量曲线

1.3 被测件壁厚对漏磁场的影响

如图5所示，随着容器壁厚度的增加，漏磁场水平分量峰值都呈近似线性减小趋势。出现这一现象主要是被测容器壁的磁化饱和度不同所致，容器壁厚的增加会导致被测容器壁磁化饱和度下降，这样漏磁信号也就相应减弱了。

图5 不同容器壁厚缺陷的漏磁场水平分量曲线

1.4 内、外璧缺陷对漏磁场的影响

为分析筒体内、外壁缺陷对漏磁信号的影响，以壁厚为8 mm、直径为2 m的圆筒为研究对象。在内、外壁分别建立两组直径为5 mm、深度为20%～80%壁厚的圆柱形缺陷，在筒壁内侧提取缺陷上方1 mm处漏磁场垂直分量进行对比，图6是深度为40%壁厚的内、外壁缺陷漏磁场垂直分量曲线；同时为了对比分析，表1还给出了内、外壁不同深度缺陷漏磁场垂直分量的峰谷差值。

图6 内、外壁缺陷漏磁场垂直分量曲线

表1 内、外壁不同深度缺陷漏磁场对比

由图6和表1可知，外壁缺陷的漏磁场强度比内壁缺陷漏磁场强度略弱，但信号形状差别并不十分明显。因此在实际检测中，要根据检测情况加以分析，才能确定是内壁缺陷还是外壁缺陷。

2 仪器开发与现场应用

该仪器磁化结构由磁铁、极靴及检测传感器组成。其中选用永久磁铁作为励磁源，采用局部励磁方式，励磁磁路采用单回路形式，并且在磁路端装上极靴，一方面可保护永久磁铁，另一方面可增加磁场的均匀性。另外，为减小磁场损失，采用将磁铁串联的磁路，磁铁间使用由软磁材料组成的磁轭连接，用来改变磁力线方向，减少磁回路系统的磁阻，在空间建立均匀的强磁场，形成导磁回路，减小磁阻。

经过设计计算，确定了磁轭和极靴的材料为高磁导率的容器用钢，而永久磁铁则采用高性能钕铁硼永磁铁。利用磁导法可准确计算出将容器壁磁化成最佳检测状态的永久磁铁、磁轭和极靴的具体尺寸。通过有限元方法对具体尺寸进行优化，形成了可手持的轻便型漏磁检测仪。采用弧形板设计了常用板厚为8、10、12 mm的标定装置，如图7(a)所示。通过实验可测量不同影响因素与漏磁信号之间的关系。有限元分析为实验分析提供了理论指导，实验分析验证了有限元数值分析的正确性和仪器的可用性。目前，所开发的漏磁检测仪已在现场进行了多次成功应用，图7(b)所示为一使用现场。

图7 试验标定装置和漏磁检测仪使用现场

3 结论

利用有限元方法，建立埋地储罐缺陷漏磁场分析模型，基于数值计算结果得出了缺陷尺寸对漏磁场的影响规律：在一定范围内漏磁信号强度与缺陷深度呈近似线性关系；缺陷漏磁场在一定范围内随缺陷直径的增加而增大，当直径增加到一定数值（＞8 mm）时，则呈现递减的趋势；容器壁厚的增加会导致被测容器壁磁化饱和度下降，一定范围内缺陷漏磁信号强度随着容器壁厚的增加而近似线性减小，但相同几何参数的缺陷漏磁场分布曲线形状却相似；内、外壁缺陷对漏磁信号存在一定影响，但影响的量很小，需做进一步分析加以区分。

结合理论计算和数值仿真优化，最终成功试制出埋地罐内部漏磁检测仪。采用所研制的漏磁检测仪进行了实验室模拟和现场实验。结果表明，该漏磁检测仪满足现场的检测需求，能实现不开挖条件下的埋地罐腐蚀检测。

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