【摘要】：帶金屬保護層的管道、壓力容器等承壓構(gòu)件在千萬噸煉油、百萬噸乙烯等大型成套裝置中大量使用,局部大面積腐蝕引起的壁厚減薄嚴(yán)重影響其安全、可靠運行,因此,需進行定期檢測。常規(guī)檢測方法需要拆除保護層,效率低、成本高,脈沖渦流檢測技術(shù)因穿透力強,可實現(xiàn)承壓構(gòu)件不停機檢測,近年來開始廣泛應(yīng)用。然而,金屬保護層的電磁屏蔽特性不僅使脈沖渦流的檢測機理更復(fù)雜,也嚴(yán)重影響了其穿透能力和檢測性能,給傳感器研制和信號處理方法提出了挑戰(zhàn)。本學(xué)位論文圍繞帶金屬保護層構(gòu)件脈沖渦流檢測模型和方法展開研究。首先,根據(jù)承壓設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料特點,通過分析構(gòu)件和保護層所在區(qū)域的磁場方向,改進經(jīng)典截斷區(qū)域展開式法(Truncated region eigenfunction expansion,TREE),提出基于羅賓邊界條件的帶保護層構(gòu)件脈沖渦流檢測解析模型,提高了模型求解精度。其次,針對現(xiàn)有模型將構(gòu)件缺陷等效為均勻壁厚減薄,僅能獲取缺陷一維尺寸的問題,提出含二維平底盲孔缺陷構(gòu)件(以下簡稱平底盲孔構(gòu)件)脈沖渦流傳感器檢測解析模型,并求解了同軸式傳感器和非同軸Transmitter-Receiver傳感器(以下簡稱TR傳感器)兩種情況下模型的解析解,解決了現(xiàn)有方法只適用于非鐵磁性材料構(gòu)件和矩形截面接收線圈TR傳感器解析解難于計算的問題。然后,以上述模型為基礎(chǔ),從傳感器和信號處理方法兩個角度研究減小保護層電磁屏蔽特性的方法。傳感器方面,通過研究保護層的屏蔽效能分布和傳感器線圈系數(shù)特點,分析了同軸傳感器和TR傳感器的性能,明確了根據(jù)保護層材料選取傳感器結(jié)構(gòu)的原則;信號處理方面,通過分析脈沖渦流檢測信號解析解的組成,提出與保護層等干擾因素?zé)o關(guān)的特征量—基于歸一化信號相似性度量的特征量,并將其用于缺陷評估,結(jié)果表明,對于均勻壁厚減薄,其最小能檢測減薄量7.5%的缺陷,對于平底盲孔,其能有效檢測傳感器覆蓋區(qū)(3倍激勵線圈外徑)內(nèi)的缺陷。最后,將上述研究成果集成在一起,開發(fā)具有信號仿真和缺陷定量評估功能的脈沖渦流檢測信號仿真評估軟件平臺,并進行現(xiàn)場應(yīng)用。本論文的研究工作豐富了脈沖渦流檢測理論和方法,支持了國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO20669:2017 Non-destructive testing—Pulsed eddy current testing of ferromagnetic metallic components》的編制,有助于推動脈沖渦流檢測技術(shù)在帶保護層承壓構(gòu)件檢測中的進一步發(fā)展和應(yīng)用。
【圖文】：

(a) 壓力管道 (b) 內(nèi)壁腐蝕圖 1.1 帶保護層承壓構(gòu)件及典型失效形式帶保護層承壓構(gòu)件的失效模式大致可分為“動”、“靜”兩種[4]�！皠印敝赋袎簶�(gòu)件在生產(chǎn)過程中的頻繁加、卸載或使用過程中溫度和壓力波動造成的交變應(yīng)力引起的疲勞裂紋[5]�！办o”一般指由于沖刷、電化學(xué)作用等在承壓構(gòu)件內(nèi)、外壁均造成的局部大面積腐蝕[6]，如圖 1.1(b)所示。腐蝕直接導(dǎo)致設(shè)備壁厚減薄，當(dāng)壁厚減薄達到一定程度時，會突然爆裂，引發(fā)事故。某石化企業(yè)對鍋爐主蒸汽管道的統(tǒng)計分析表明，，由腐蝕引起的壁厚減薄造成的主蒸汽管道事故約占鍋爐全部事故的 16.2%[7-8]；某單位對國內(nèi) 200起壓力管道事故進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕引起的事故占所有事故的 10.6%；同時對國外399 起壓力管道事故進行分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕造成的管道事故高達 28.1%[9]。因此，檢測和承壓構(gòu)件腐蝕缺陷對減少帶保護層承壓構(gòu)件事故發(fā)生率至關(guān)重要。帶保護層承壓構(gòu)件的保護層一般由 0.3-1.0 mm 的鍍鋅鐵皮(又名白鐵皮)、鋁皮或不銹鋼皮組成，其內(nèi)部的絕熱層通常由巖棉、聚氨酯、硅酸鈣等非導(dǎo)電材料組成，厚度從

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文 。隨后李勇將 TREE 法擴展到接收元件為 Hall 元件的情況，并考慮 Hall 元件的實寸，推導(dǎo)了空間中磁感應(yīng)強度 B 的表達式，為磁敏元件的空間布置提供了理論基礎(chǔ)方法的應(yīng)用促進了解析模型的進一步發(fā)展，借助上述方法，脈沖渦流檢測中的很多得到了解決。如 de Haan 等[41]從感應(yīng)電壓解析表達式中提取出了與線圈結(jié)構(gòu)相關(guān)的式，稱為線圈系數(shù)，表征了不同波數(shù)對脈沖渦流檢測信號的貢獻程度，并提出利用系數(shù)優(yōu)化線圈參數(shù)的方法；陳興樂等[42]通過比較測量得到的感應(yīng)電壓和解析模型計到的感應(yīng)電壓，確定構(gòu)件厚度、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率；Tian 等[43]利用脈沖渦流檢測解析分析了接收元件為 Hall 元件時，提離交叉點(Lift-Off Invariance, LOI)的特性，提出除提離的方法等。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG115.28

【參考文獻】

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本文編號：2650156