基本信息
- 项目名称：
- 高清晰工业排管缺陷无损检测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 高清晰度工业排管缺陷无损检测系统是一套利用漏磁检测原理制作的无损检测设备，是针对工业排管管道的运行环境和缺陷特征，研究管壁内外表面局部缺陷和壁厚大面积腐蚀减薄缺陷的定量无损检测方法而设计开发的一套数字化无损检测装备，从而实现对管壁缺陷的快速普查和定量评价，保证管道的安全经济运行。
- 详细介绍：
- 1.原理：该系统是一套利用漏磁检测原理制作的无损检测设备，主要由爬行小车、仪器控制箱和上位机软件三部分组成。当爬行小车沿排管扫查时，磁化器完成对管道的局部磁化，遇到缺陷时就会产生磁场泄漏，霍尔传感器检测到漏磁场，并由数据采集卡处理后，通过USB传输到上位机，上位机软件实现数据采集和分析处理，进而完成缺陷识别、定位和定量评价。 2.创新点：（1）设计了可重构的工业排管漏磁检测传感器，可以根据排管检测实际需要进行重构，提高了工作效率；（2）应用基于专家系统的方法，可以实现缺陷长度、宽度、深度等的定量评价；（3）设计的传感器阵列可以实现对管道的高清晰度检测，其中：相连传感器间距8.4mm，采样间隔1mm。 3.关键技术：（1）局部饱和磁化技术研究及其磁路优化设计；（2）漏磁检测数据长距离、不失真传输模块设计与开发；（3）基于专家系统的缺陷量化评价方法研究。 4.市场前景：现有的漏磁检测设备大多应用于对钢管、钢棒、圆钢、钢缆的检测或者应用于石油管道和储罐底板检测，目前国内外尚没有可重构的工业排管缺陷的无损检测装备。本系统是针对工业管道的一套数字化无损检测装备，实现对管壁缺陷的快速普查和定量评价，保证管道的安全经济运行，对管道内外表面缺陷都有较好的检测效果，且在价格上更有竞争力，因此具有良好的产业化前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 针对工业排管管道的运行环境和缺陷特征，研究管壁内外表面局部缺陷和壁厚大面积腐蚀减薄缺陷的定量无损检测方法，设计开发一套数字化无损检测装备，实现对管壁缺陷的快速普查和定量评价，保证管道的安全经济运行。该系统主要由爬行小车、仪器控制箱和上位机软件三部分组成。其中，爬行小车上安装有磁化器、霍尔传感器、编码器和电压-电流转换电路板；控制箱包括直流电机电源、霍尔传感器电源、电流-电压转换电路板和数据采集卡等。爬行小车沿排管扫查时，磁化器完成对管道的局部磁化，遇到缺陷时就会产生磁场泄漏，霍尔传感器检测到漏磁场，并由数据采集卡处理后，通过USB传输到上位机，上位机软件实现数据采集和分析处理，进而完成缺陷识别、定位和定量评价。主要创新点：（1）设计了可重构的工业排管漏磁检测传感器，可以根据排管检测实际需要进行重构，提高了工作效率；（2）应用基于专家系统的方法，可以实现缺陷长度、宽度、深度等的定量评价；（3）设计的传感器阵列可以实现对管道的高清晰度检测，其中：相连传感器间距8.4mm，采样间隔1mm。主要技术关键：（1）局部饱和磁化技术研究及其磁路优化设计；（2）漏磁检测数据长距离、不失真传输模块设计与开发；（3）基于专家系统的缺陷量化评价方法研究。主要技术指标：（1）管道缺陷缺陷定位精度：小于12mm（距参考位置）；（2）检测灵敏度：深度为10%管壁厚的腐蚀缺陷，最小通孔检测直径为φ3.2mm；（3）应用基于专家系统的方法提高缺陷量化评价精度，其缺陷量化精度≤10％。
科学性、先进性
- （1）提供能够最终工程化的管道缺陷定量化无损检测技术，解决目前管道质量检测技术在检测效率、检测精度和检测结果可靠性上无法达到用户要求的问题；（2）可重构的工业排管漏磁检测传感器，，能够根据不同数量、直径工业排管的检测需要进行重构，提高了工作效率； （3）局部饱和磁化技术研究及其磁路优化设计； （4）漏磁检测数据长距离、不失真传输模块设计与开发；（5）管道缺陷定位精度：小于12mm（距参考位置）； （6）应用基于专家系统的方法，可以实现缺陷长度、宽度、深度等的定量评价，并提高缺陷量化评价精度，其缺陷量化精度≤10％。 （7）设计的传感器阵列可以实现对管道的高清晰度检测，其中：相连传感器间距8.4mm，采样间隔1mm。（6）检测灵敏度：深度为10%管壁厚的腐蚀缺陷，最小通孔检测直径为φ3.2mm； （8）实现对管壁腐蚀缺陷的量化评价，核心技术有自主知识产权。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年10月获本学校学生科技活动经费资助。
作品所处阶段
- 已经完成试验样机检测与数据分析，进行产品的优化和将产品推向市场。
技术转让方式
- 技术合作
作品可展示的形式
- 现场演示和录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- (1)高清晰度工业排管缺陷无损检测系统能实现管壁缺陷检测的智能化和自动化，操作简单。(2)查阅文献表明，国内尚没有可重构的工业排管缺陷高清晰度漏磁无损检测装备。(3)与其它检测设备相比，该系统不仅能实现检测过程自动化，且应用基于专家系统的方法提高缺陷量化评价精度，其缺陷量化精度≤10％。(4) 本项目研制的检测系统对管道内外表面缺陷都有较好的检测效果，且在价格上更有竞争力，因此具有良好的产业化前景。 在目前电力供应紧张的情况下，由于制造质量“先天不足”和运行维护“后天失调”，锅炉管道爆漏停用事故时有发生，严重影响着火力发电厂机组的安全经济运行。加强对其关键构件——锅炉管道的质量检测监测也已成为该厂急待解决的现实问题。在目前电力供应紧张的情况下，有效缩短检修周期，减少和防止工业排管爆漏事故的发生，采取有效手段加强锅炉管材运行中的监测和检验，研究快速高效的无损检测方法并开发相关无损检测装备具有十分重要的现实意义，也是电力生产企业及相关管理部门提出的迫切要求。
同类课题研究水平概述
- 除了人工目视和标尺测量之外，五大常规无损检测方法（超声、射线、渗透、磁粉、涡流）都在工业排管检测中得到了不同程度地应用。（1）超声波检测：从我国现状考虑，由于电站锅炉向着超临界清洁煤发电技术方向发展，该技术的研究着重从两个方面着手：①厚壁管道超声波自动化检测系统的研究。日本九州电力公司已研制出了管道内孔自动检测系统，该系统由超声、光学检测装置和驱动器三部分组成，最大爬行距离110m，爬高20m。②用于薄壁小径管焊缝探伤的相控阵列换能器的超声检测技术研究。超声波检测虽然具有精度高的优点，但要实现锅炉管道的在役全检不仅工作量大，而且难以耦合，因此，该方法只适合与人工目视相结合，进行管壁局部质量检测。（2）射线检测：该方法用于锅炉管道检测尚存在以下难点：①CT检测仪体积大且重，进出炉膛和自动爬行困难；②锅炉管道数量繁多，要获得高分辨率灰度图像必然增加检测数据的信息量，给数据传输和存储增加难度。（3）红外热成像检测（Infrared Testing，简称IT）：由于具有远距离、非接触、高精度、动态响应快、图象直观等优点，因此该方法在变电设备内、外部热故障、电厂热力设备状态以及发电机的状态在役检测中发挥着巨大的作用，可根据其热像特征初步判断水冷壁管内有无腐蚀减薄缺陷。由于一般燃煤炉的水冷壁管表面状态不佳，因此热成像难以达到理想的效果，除非对管子表面进行清洁处理。（4）涡流检测：与超声检测相比，涡流检测的效率要高得多。加拿大RUSSELL无损检测公司开发的涡流爬行机器人已在电力系统得到了推广应用，并取得了较好的效果。但是，由于聚肤效应的存在，渗透能力不足，检测深度不够，管道内部的缺陷很难检测出来，因此不适合检测较厚的锅炉管道。（5）漏磁检测：漏磁检测方法具有工艺简单，不需要耦合剂，容易实现自动化，漏磁检测深度比较深等优点，对铁磁性材料内外表面的裂纹、腐蚀、凹坑等缺陷具有很好的判断能力，所以较适用于锅炉管道的无损检测。国外从20世纪70年代中期开始研制漏磁探伤设备，比较深入研究了漏磁场的分布及信号处理方法，包括德国的Forster和美国的Tubescope等公司都先后推出了多种漏磁探伤仪。
