儲罐罐底板漏磁檢測儀的研制
儲罐是油庫、港口和石油化工存儲液體原料、中間產(chǎn)品的重要設(shè)備之一。罐底板位于儲罐的zui底層，上表面接觸含水的存儲介質(zhì)，下表面與罐基礎(chǔ)接觸，是儲罐腐蝕的主要集中區(qū)，因此罐底板腐蝕狀態(tài)檢測是儲罐定期檢修的重要內(nèi)容之一。目前常用檢測方法中，超聲波檢測效率低，磁粉探傷檢測深度小，射線檢測由于結(jié)構(gòu)原因較難實施，因此研究能對整個罐底板腐蝕狀況作出評價，且檢測效率高、勞動強度小的漏磁檢測方法具有現(xiàn)實意義。筆者研制了基于漏磁場法的罐底板檢測儀，該儀器無需油基或水基耦合劑，不受表面油污及非磁性雜物的影響，檢測速度可達1m/s，可檢測罐底板表面90％以上面積，為罐底板表面腐蝕狀況檢測提供了新的方法。
1 檢測原理
罐底板大多采用低碳鋼材料，很適合用漏磁場法檢測。漏磁場檢測罐底板缺陷的原理如圖1所示。*磁鐵、銜鐵、被測鋼板和氣隙構(gòu)成了閉合回路實現(xiàn)對罐底板的磁化。當罐底板被充分磁化時，若存在缺陷，其磁力線將發(fā)生畸變，一部分磁力線泄露出罐底板的上表面，形成漏磁場。采用霍爾元件等傳感器探測該磁場并得到漏磁信號，分析漏磁信
號即可獲得缺陷的相關(guān)特征。
在罐底板檢測中，將被測鋼板磁化至接近飽和狀態(tài)是提高檢測靈敏度的重要保障。磁化不充分，缺陷引起的磁力線畸變或者無法在鋼板上表面生成漏磁場，或者生成的漏磁場很弱而被噪聲湮沒。
（a）無缺陷磁力線分布 （b）有缺陷磁力線分布
圖1 罐底板漏磁檢測原理圖
鋼板磁化方式有交流磁化、直流磁化和永磁磁化等。采用新一代釹鐵硼稀土*磁鐵的永磁磁化法具有磁能積高、體積小、重量輕及無需電源等特點，在便攜式磁檢測裝置中應用廣泛。銜鐵材料選用導磁性能好、易加工的低碳鋼，其尺寸大小選擇要保證導磁材料有較高的磁導率。對由*磁鐵和銜鐵構(gòu)成的勵磁裝置尺寸進行了優(yōu)化設(shè)計，以獲取*磁化。對于一個給定的磁化系統(tǒng)，影響罐底板磁化狀態(tài)的因素主要包括罐底板的厚度和罐底板材料的相對磁導率等。由于大多數(shù)罐底板的材料具有相近的相對導磁特性，因此磁化狀態(tài)將主要隨罐底板厚度改變而不同。當兩塊鋼板厚度不同時，磁極與鋼板間的磁化間隙要相應調(diào)整，才能保證鋼板的磁化狀態(tài)不變，從而獲取相同的檢測靈敏度。
探測漏磁場的檢測元件包括感應線圈、磁通門傳感器、霍爾元件、磁敏電阻和磁敏二極管等。其中集成霍爾元件集成了線性放大電路，可把微弱漏磁場信號轉(zhuǎn)換為微弱電信號后再放大輸出，不但便于后續(xù)處理，也可以提高信噪比，因此霍爾元件在磁性檢測儀器中應用越來越廣泛。缺陷的漏磁場是個空間量，一般選擇檢測切線分量和法線分量中的一個。勵磁裝置（在空間上形成磁場）在鋼板上移動時，由于鋼板是導電體，因此會產(chǎn)生渦流效應。當霍爾元件水平放置檢測法向分量時，受渦流效應的影響比垂直放置檢測切線分量的大。但水平放置的霍爾元件可以緊貼檢測表面，提高了檢測靈敏度，而渦流效應對信號的影響可通過軟件進行補償。
2罐底板漏磁檢測儀
2.1罐底板漏磁檢測儀的結(jié)構(gòu)
圖2 漏磁檢測儀結(jié)構(gòu)示意圖
1．銜鐵 2．稀土磁鐵 3．傳感器 4．定向輪5．轉(zhuǎn)向輪 6．空氣隙 7．編碼器 8．調(diào)節(jié)螺栓9．導線 10．數(shù)據(jù)采集卡與報警裝置11．鎖定銷 12．便攜機
罐底板漏磁檢測儀結(jié)構(gòu)見圖2，現(xiàn)作如下介紹：
（1）勵磁系統(tǒng) 勵磁裝置由銜鐵和磁鐵等組成。勵磁的目標是實現(xiàn)鋼板的近飽和磁化。磁極的截面積、磁極間距和銜鐵的尺寸等參數(shù)都對被測鋼板的磁化狀態(tài)有很大影響。實驗結(jié)果表明，勵磁系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)劣直接決定漏磁檢測儀器的性能好壞。由勵磁系統(tǒng)、磁化氣隙和被測鋼板組成閉合磁路，針對磁路的非線性，通過有限元分析方法和實驗方法相結(jié)合優(yōu)化上述參數(shù)。如前所述，當要檢測不同厚度的鋼板或鋼板表面的覆蓋層厚度不一樣時，可通過螺栓調(diào)整磁化氣隙以獲取相同的檢測靈敏度。
（2）霍爾元件與聚磁技術(shù) 集成霍爾元件的布置數(shù)量應以檢測范圍內(nèi)腐蝕坑和孔等局部缺陷不漏檢為原則。由于單個集成霍爾元件的檢測覆蓋范圍有限，采用了聚磁技術(shù)來提高檢測靈敏度，保證相鄰兩個霍爾元件的測試區(qū)域相覆蓋。如前所述，霍爾元件越接近被測鋼板表面，檢測靈敏度越高。這里采用彈簧使裝霍爾元件的銅板緊貼被測鋼板，遇到障礙時，彈簧的浮動功能使銅板能順利通過。
（3）小車 檢測小車驅(qū)動方式有電機驅(qū)動和人工推動兩種。圖2所示為人工推動方式。電機驅(qū)動額外增加了電機、傳動機構(gòu)及附加電源，使小車重量增加，接近于人工推動方式的兩倍。由于檢測小車與鋼板間的吸力很大，人工推動小車轉(zhuǎn)彎有一定難度，因此后輪設(shè)計為轉(zhuǎn)向輪用鎖定銷控制。小車沿直線運行時，方向鎖定，需要轉(zhuǎn)彎時打開鎖定銷。
（4）信號報警、缺陷判斷與定位 儀器運行前通過對人工標準缺陷進行若干次檢測試驗，得到缺陷深度與漏磁場幅值之間的對應關(guān)系。現(xiàn)場檢測時依據(jù)檢測靈敏度要求設(shè)定相應的閾值（要檢測zui小缺陷對應的漏磁場幅值）。當小車采集的信號幅值大于設(shè)定的閾值時，計算機將發(fā)送信號給報警系統(tǒng)進行聲光報警。操作人員在當時或以后啟動缺陷判斷程序，判斷該報警信號是否為缺陷。缺陷判斷方法是對報警區(qū)域信號幅值自動搜索波谷—波峰—波谷，將得到的兩個峰峰值中的zui大值與閾值相比較，大于閾值的判為缺陷。小車在檢測過程中，除了要確定有無缺陷外還要確定缺陷位置，通過固定在定向輪上的編碼器來實現(xiàn)。每行進一定位移，采集一組數(shù)據(jù)，因此可通過數(shù)據(jù)推斷缺陷的位置。
2.2 罐底板漏磁檢測儀的信號處理系統(tǒng)
信號處理系統(tǒng)（圖3）主要由數(shù)據(jù)采集卡、聲光報警器、筆記本電腦及顯示分析軟件等構(gòu)成。
圖3 信號處理系統(tǒng)
圖4數(shù)據(jù)采集電路結(jié)構(gòu)圖
（1）數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集電路結(jié)構(gòu)見圖4，由于從傳感器探頭輸出的16路檢測信號包含噪聲，有些是系統(tǒng)噪聲，有些是工作時引入的噪聲，而罐底板上腐蝕孔或坑等缺陷的漏磁信號一般較弱，因此在數(shù)據(jù)采集卡上對幾路信號進行了疊加、放大和濾波處理，濾除輸出信號噪聲，放大缺陷信號跳變幅值。信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）轉(zhuǎn)換后由計算機增強并行口（EPP）進入計算機。A/D采集的時間間隔由編碼器輸出的脈沖提供觸發(fā)。
（2）波形顯示與缺陷報警 軟件多通道實時顯示數(shù)據(jù)采集的結(jié)果，實現(xiàn)信號的判斷與數(shù)據(jù)的存盤。當檢測信號的幅值超過設(shè)定的閾值時，計算機通過EPP通知報警器報警。
（3）信號分析 檢測小車采集的信號需作分析處理，包括噪聲濾除和信號特征量提取等。依據(jù)實驗獲得的缺陷等效深度和寬度與信號幅值間關(guān)系，
通過信號特征量反映缺陷特征參數(shù)。罐底板檢測完畢后將數(shù)據(jù)組合，生成罐底板的整體缺陷圖形。
3 性能測試
在實驗室條件下，針對檢測儀的檢測性能進行了一系列模擬實驗。被測試樣為Q235低碳鋼板，厚度為16mm，表面無覆蓋層，磁極與鋼板間的磁化間隙為6mm。在鋼板上制作了不同型號的通孔（模擬腐蝕孔）和盲孔（模擬腐蝕坑）。圖5為通孔和盲孔的檢測信號。其中通孔1，2，3的直徑分別為Φ3.2，2.4和1.6mm；盲孔4，5，6的直徑為Φ3.2mm，深度分別為10，6.4和3.2mm。圖5表明該儀器能夠檢測微小的腐蝕孔或腐蝕坑等局部缺陷，具有檢測罐底板表面腐蝕缺陷的能力。
4 分析與討論
圖5 模擬腐蝕缺陷的信號
罐底板漏磁檢測儀器與傳統(tǒng)的管道漏磁檢測儀器在原理上是一致的，但在具體設(shè)計時要復雜得多。管道總是圓的，但罐底板卻不都是平的。罐底板飽和磁化比管道的飽和磁化要困難，因為罐底板的磁化狀況受寬度影響很明顯，而且罐底板檢測中的信噪比一般也比管道檢測要差。產(chǎn)生噪聲的原因很多，如鋼板表面不平、鋼板的彎曲程度、渦流信號以及檢測小車輪子變形引起的周期噪聲等。另外，儲罐檢測方案的選擇也對結(jié)果有一定的影響。
雖然有上述困難，但罐底板漏磁檢測儀不受罐底板表面油污及其它非導磁覆蓋物的限制，能快速全面檢測整個罐底板，是快速判斷有無腐蝕和判斷腐蝕程度的有效手段。該儀器將大大減輕罐底板檢測的勞動強度，減少勞動時間，提高罐底板安全運行的可靠性。目前該儀器在石油、石化、特檢等現(xiàn)場試用。隨著我國石油戰(zhàn)略儲備體系的建立和石化行業(yè)的飛速發(fā)展，該儀器有著廣闊的應用前景。
