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题目：储罐底板检测系统软件设计

　　1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析

　　1)本课题的目的及意义

　　储罐在原料、产品的存储和输送方面有着重要的作用，其安全稳定运行关系着石油化工生产和人民生活。储罐存在的泄露问题多有底板失效引起，底板失效主要是由于储罐多年使用，雨水或者地下水渗透到储罐底板下，造成储罐底板与地基接触部分腐蚀。长期以来，对储罐底板的检查技术手段，往往只能做外观检查、壁厚测量和表面探伤，实施困难、检查项目少、效率低、缺陷检出率低，腐蚀和穿孔等缺陷难以被及时发现，事故隐患不能及时预报、评估各处理。我国早年建造的储罐目前大都已逐渐进入使用后期，需要进行检查。运用储罐底板漏磁检测技术可以具备储罐底板全厚度范围内腐蚀、穿孔等缺陷的检查能力，尤其能够对储罐底板下表面腐蚀情况进行检测，是评价储罐安全性的有效手段。

　　储罐底板的排版形式一边以中幅板和极边板为主。有的无极边板，只有中幅板。此外还有一些由此衍生出的排板形式。常见底板厚度一般为4~10mm,极边板比中幅板厚。底板面积随着容积增大儿增大。

　　2)储罐底板检测技术国内外研究现状分析

　　目前国内外对储罐底板的无损检测方法主要有：超声波、磁粉、涡流和漏磁等探伤法。同其他无损检测方法相比，漏磁检测具有很多有点：操作方便、直观、灵敏度高;成本低、效率高;能穿透涂层;不受内部流动介质影响;尤其能够检测出内表面的的缺陷。但漏磁检测只限于检测铁磁性材料，材料越厚，需要的磁化能力越强，而且检测前需要清理表面，缺陷类型不易分辨。

　　当用磁化器磁化被测铁磁材料时,若材料的材质是连续、均匀的,则材料中的磁感应线将被约束在材料中,磁通是平行于材料表面的,几乎没有磁感应线从表面穿出,被检表面没有磁场。但当材料中存在着切割磁力线的缺陷时,材料表面的缺陷或组织状态变化会使磁导率发生变化,由于缺陷的磁导率很小,磁阻很大,使磁路中的磁通发生畸变,磁感应线会改变途径,除了一部分磁通直接通过缺陷或在材料内部绕过缺陷外,还有部分的磁通会离开材料表面,通过空气绕过缺陷再重新进入材料,在材料表面缺陷处形成漏磁场。如果采用磁粉检测漏磁通的方法称为磁粉检测法,而采用磁敏传感器检测则称为漏磁检测法。

　　采用漏磁探伤的过程是:首先对被检铁磁性材料进行磁化;然后测量其漏磁场信号,通过分析判断,给出检测结果;最后根据实际情况选择退磁与否。漏磁检测只限于检测铁磁性材料,主要是铁磁性材料的表面及近表面的检测。该方法具有探头结构简单、易于实现自动化、无污染、检测灵敏度高、不需要耦合剂、检测时一般不需要对表面进行清洗处理、可以实现缺陷的初步量化等特点。

　　国外对漏磁检测技术的研究很早,Zuschlug于1933年首先提出应用磁敏传感器测量漏磁场的思想,但直至1947年Hastings设计了第一套漏磁检测系统,漏磁检测才开始受到普遍的承认。20世纪50年代,西德Forster研制出产品化的漏磁探伤装置。1965年,美国TubecopeVetco国际公司采用漏磁检测装置Linalog首次进行了管内检测,开发了Wellcheck井口探测系统,能可靠地探测到管材内外径上的腐蚀坑、横向伤痕和其它类型的缺陷。1973年,英国天然气公司采用漏磁法对其所管辖的一条直径为600mm的天然气管道的管壁腐蚀减薄状况进行了在役检测,首次引入了定量分析方法。ICO公司的EMI漏磁探伤系统通过漏磁探伤部分来检测管体的横向和纵向缺陷,壁厚测量结合超声技术进行,提供完整的现场探伤。

　　对于缺陷漏磁场的计算始于1966年,Shcherinin和Zatsepin两人采用磁偶极子模型计算表面开口的无限长裂纹,前苏联也于同年发表了第一篇定量分析缺陷漏磁场的论文,提出用磁偶极子、无限长磁偶极线和无限长磁偶带来模拟工件表面的点状缺陷、浅裂纹和深裂缝。之后,苏、日、美、德、英等国相继对这一领域开展研究,形成了两大学派,主要为研究磁偶极子法和有限元法两大学派。Shcherbinnin和Poshagin用磁偶极子模型计算了有限长表面开口裂纹的磁场分布。1975年,Hwang和Lord采用有限元方法对漏磁场进行分析,首次把材料内部场强和磁导率与漏磁场幅值联系起来。Atherton把管壁坑状缺陷漏磁场的计算和实验测量结果联系起来,得到了较为一致的结论。Edwards和Palaer推出了有限长开口裂纹的三维表达式,从中得出当材料的相对磁导率远大于缺陷深宽比时,漏磁场强度与缺陷深度呈近似线性关系的结论。

　　我国从90年代初对漏磁检测技术进行了研究,于2002年研制出管道和钢板腐蚀漏磁检测仪,其总体技术水平落后于欧美等发达国家。近年来,在国内无损检测工作者的共同努力下,目前已有许多的高校和研究单位在这方面取得了可喜的成果,逐步缩小了与国际水平的差距。

　　国内研究漏磁检测技术的高校主要有清华大学、华中科技大学、上海交通大学、沈阳工业大学等。其中华中科技大学的杨叔子、康宜华、武新军等,在储罐底板漏磁检测研究和管道漏磁无损检测传感器的研制、钢丝绳的漏磁检测等方面进行了大量的实验研究工作,利用ANSYS软件分析了传感器励磁装置的参数对钢板局部磁化的影响,设计了相应的漏磁检测传感器等;清华大学的李路明、黄松龄等研究了管道的漏磁探伤,铁铸件的漏磁探伤方法,采用有限元分析法研究永磁体几何参数对管道磁化效果的影响,分析漏磁探伤中各种量之间的数值关系,如表面裂纹宽度对漏磁场Y分量影响的问题;交直流磁化问题,针对漏磁检测交流磁化的磁化电流频率选择问题,分析了磁化频率的选取原则等等;沈阳工业大学的杨理践等,研究了基于单片机控制系统的管道漏磁在线检测系统,分析了小波包在管道漏磁信号分析中的应用,通过时域分析理论对管道漏磁信号进行处理;合肥工业大学的何辅云对漏磁探伤采用多路缺陷信号的滑环传送方法并研制了在役管线漏磁无损检测设备;上海交通大学的阙沛文、金建华等对海底管道缺陷漏磁检测进行研究,通过小波分析对漏磁检测信号进行去噪实验,同时将巨磁阻传感器应用于漏磁检测系统,研制了适用于输油、输气管道专用漏磁检测传感器;中原油田钻井机械仪器研究所开发出了抽油杆井口漏磁无损检测装置;军械工程学院研制的智能漏磁裂纹检测仪,能对钢质构件的表面和内部的裂纹进行定量检测;中国科学院金属研究所的蔡桂喜对磁粉和漏磁探伤对裂伤缺陷检出能力进行了研究,用环电流模型计算了各种矩形槽形状人工及自然缺陷产生的漏磁场,提出磁粉和漏磁两种方法不适合开裂缝隙很窄的疲劳裂纹的检测的结论。爱德森公司采用多信息融合技术研制成集涡流、漏磁、磁记忆、低频电磁场于一体的便携式检测仪器,该仪器能同时获取多种检测信号,适用于流动现场的检测。

　　目前,漏磁检测技术理论需要进一步研究开展的工作有:漏磁场信号与缺陷特征之间的对应关系;不同类型的缺陷漏磁场理论模型,复合材料的漏磁场形成机理研究等。

　　2.本课题的任务、重点内容、实现途径

　　1)本课题的任务要求

　　(1)确定储罐底板漏磁检测信号的采集和传输方案

　　(2)进行软件设计，开展相应的实验，要求:

　　具有数据读取、数据显示、数据分析等功能

　　数据采集和数据浏览分析2 种模式

　　2)本课题的重点内容、实现途径

　　(1)确定漏磁检测信号的采集和传输方案

　　先查找漏磁检测传感器的资料,对传感器的原理和优缺点进行分析,根据所选择的传感器来设计信号采集电路和传输方案。霍尔元件在漏磁检测中能起到关键的作用。并综合运用A/D转换电路和信号预处理电路等进行分析设计。

　　(2)数据读取和显示和分析等应用LABVIEW软件，要求对此软件非常的熟悉。

　　3.完成本课题所需工作条件(如工具书、计算机、实验、调研等)及解决办法

　　1)工作条件

　　(1)工具书

　　LABVIEW等相关编程资料、书籍。

　　传感器相关资料、书籍。

　　各个硬件的相关资料。

　　Protel软件指导书籍、资料。

　　(2)软件

　　LABVIEW编程软件。

　　Protel绘图软件。

　　(3)硬件

　　计算机

　　单片机

　　相关硬件设备及元器件

　　2)解决办法

　　(1)工具书可以通过学校图书馆和网上资源获得。

　　(2)计算机和相关硬件设备由老师提供或购买。

　　主要参考文献

　　[1]王勇，沈功田等.压力容器无损检测——大型常压储罐的无损检测技术.无损检测[J].2005,27(9):487~490

　　[2]王同义，许振清等.油田常压储罐罐底腐蚀检测方法的选择.腐蚀与防护[J].2005,26(2):86~88，

　　[3]郭罗军，刘丽川等.漏磁检测缺陷信号特征分析.无损检测，2005,27(12):646~648

　　[4]陈黎敏.传感器技术及其应用[M].机械工业出版社，2009年.

　　[5]陈加兴，陈勇，邓云峰.漏磁技术在储罐钢板腐蚀检测中的应用.油气储运[J]，2005,24(2):56~58

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