开题报告-双金属复合油管弱磁检测技术研究.doc

毕业设计（论文）开题报告题目 双金属复合油管弱磁检测技术研究 专 业 名 称 测控技术与仪器班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2015 年 4 月 9 日一、选题的依据及意义 随着世界能源需求的日益增长, 油气田开采逐渐向深井、高腐蚀环境方向发展。目前, 高腐蚀性油气田在开采作业和油气输送中普遍采用耐蚀合金甚至镍基合金管道。然而, 普通耐蚀管材中用作抗蚀的部分仅占三分之一左右, 其余部分用作结构支撑,造成了资源的极大浪费。为了降低开采成本, 延长管道的使用寿命, 国内针对高H2S/CO2 油气田的严重腐蚀问题开展了多年技术攻关, 并对多种防腐措施进行了应用研究。国外的研究和应用结果表明, 使用耐蚀合金复合管是解决上述腐蚀问题相对安全和经济的途径之一2。双金属复合复合钢管是在钢管内壁复合薄壁不锈钢管, 这种双金属复合钢管保留了钢管较高的机械强度, 提高了钢管在输水、输热水、输煤气、输天然气、输油过程中的耐腐蚀性能,输送表面光滑,流体阻力小,克服了普通钢管易腐蚀和采用热熔连接的塑料管易漏水和老化的缺点1。无损检测（Nondestructive Testing，NDT），又称无损探伤，是指在不损伤被检测对象的条件下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等物理量的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷。无损检测被广泛用于金属材料、非金属材料、复合材料及其制品以及一些电子元器件的检测。其基本原理可概括为：利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小，位置，性质和数量等信息。根据能量形式的不同可以分为超声无损检测、涡流无损检测、漏磁无损检测、射线无损检测、磁粉无损检测、渗透检测及其他方法。而通常与涡流、微波、金属磁记忆一起被列为电磁(EM-Electromagnetic)无损检测方法的弱磁检测作为发展最快的无损检测新技术，主要应用于诸如输油气管、储油罐底板、钢丝绳、钢板、钢管、钢棒、链条、钢结构件、焊缝、埋地管道等铁磁性材料表面和近表面的腐蚀、裂纹、气孔、凹坑、夹杂等缺陷的检测。因此,弱磁无损检测技术在钢铁、石油、石化等领域应用较广泛6。随着双金属复合管开始在油气输送中大展身手,对于钢管本身质量的要求也越来越高。为了延长油管的使用寿命，防止脱粘等问题出现，需要对油管进行全面的缺陷检测。然而，目前复合油管缺陷的精细无损检测正处于方法探索阶段，在检测方法方面也有很大的发展空间。由于常规方法的局限性，迫切需要一种操作便捷同时能够有效检测材料内部损伤的无损检测方法。本课题提出了利用弱磁无损检测技术，对油管基层与双金属复合管缺陷的检测进行研究，从而实现有效的检测并对缺陷定位及定量。 二、国内外有关概况及研究 双金属复合管具有很强的综合性能，既具有优异的机械力学性能，又有很强的耐蚀性能，可根据不同服役环境选择基体与内衬的合理搭配，在节省贵重金属的同时又可降低了成本，因此，自1991双金属复合管投入使用以来，经过10余年的发展，得到了广泛的应用，并取得了明显的经济效益和社会效益。1998年，美国石油协会（API）制定的双金属复合管道规范（API 5LD）更是很大程度上促进了双金属复合管的应用。国外双金属复合管应用成果较多，自投入使用以来，目前在油气田应用已近20余万吨，美国墨西哥湾法尔韦油田早已有应用，日本NKK公司采用UOE工艺制造的Cu-Ni合金复合管（含Ni10%或30%）具有优良的耐海水腐蚀性和可焊性，广泛用于海水淡化系统的海水引入管等4-5。另外，俄罗斯极北部和东部大陆架等油气田也都有应用。国内以316L为内衬的双金属复合管已在塔里木的牙哈气田、吉那气田、吉林的长岭1号、长庆、大庆徐深气田得到应用，已建地面输气管线里程10公里，在建70公里，主要应用于低含量CO2地面集输管线和污水管线。国内外现有双金属复合管相关标准30余份，然而在实际应用过程中仍存在不足。无损检测在金属材料领域已经运用的很成熟，主要集中在射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等常规方法。射线检测主要检测气孔、夹渣、未焊透、疏松等体积型缺陷；超声波检测主要检测裂纹、未融合、白点等面积型缺陷；磁粉检测主要检测铁磁性材料表面、近表面裂纹等缺陷；渗透检测主要检测非多孔材料开口缺陷；涡流检测主要检测导电性材料表面、近表面缺陷。复合油管无损检测技术一方面在金属材料无损检测的基础上根据复合材料的特点改进而来，如射线检测技术(包括X射线，红外线，微波，CT照相等方法)、声发射检测技术、超声检测、涡流检测、敲击法检测等。另一方面根据复合材料的特性，发展了许多新的检测技术。然而由于复合材料的非均质性和各项异性，在制造过程中工艺不稳定，极易产生缺陷。在应用过程中，由于疲劳累积、撞击、腐蚀等物理化学的因素影响，复合材料也容易产生缺陷，这些缺陷很大一部分还是产生在复合材料内部。为了避免复合材料构件失效带来的损失，就必须采用适当的技术来对缺陷的检测提供有效依据。国内外对于双金属复合管的无损检测正在不断发展中，其中不乏有复合材料胶接结构激光电子剪切成像检测技术，便携式相控阵探伤技术，X 射线扫描检测技术，超声F-Scan成像技术检测,漏磁检测技术11-15等国内外现在常用的检测手段与方法。然而，复合材料结构复杂, 呈现各向异性, 给无损检测带来很大困难。复合材料在制造过程中的主要缺陷有：气孔 、分层、疏松、越层裂纹、界面分离、夹杂、树脂固化不良、钻孔损伤；在使用过程中的主要缺陷有：疲劳损伤和环境损伤，损伤的形式有脱胶、分层、基本龟裂、空隙增长、纤维断裂、皱褶变形、腐蚀坑、划伤、下陷、烧伤等37-10。目前复合材料损伤的精细无损检测正处于方法探索阶段，在检测方法方面也有很大的发展空间。由于常规方法的局限性，而尚未有一种操作便捷同时能够有效检测材料内部损伤的无损检测方法。因此，基于国内外发展概况，研究操作便捷检测灵敏的弱磁检测技术更加具有实际意义。3、 研究内容及实验方案：1.研究内容本文针对双金属复合层中存在的缺陷提出了使用弱磁技术进行无损检测的方法。在地磁场环境下对双金属复合油管缺陷进行无损检测，通过高灵敏度传感器采集油管缺陷附近产生的微小变化，根据磁导率变化的大小通过计算机处理得到缺陷的定位与定量。本文从机理上分析了弱磁检测适用于双金属复合油管检测的可行性。2.实验方案(1)检测原理 其检测原理是:弱磁检测技术是建立在天然地磁场的基础上，通过磁信号采集仪对检测试样表面或近远处进行扫差，采集不同方向上磁感应强度的变化从而判断检测试样中是否存在缺陷，并经过数据处理判断检测试样中存在缺陷的位置及大小的一种无损检测技术。对于铁磁性和顺磁性材料，磁感应强度随着外加磁场的增大而增大。当外加磁场强度一定时，磁感应强度随着相对磁导率的增大而增大。对于抗磁性材料，磁感应强度随着外加磁场的增大而减小。当外加磁场一定时，磁感应强度随着相对磁导率的增大而减小。图1 弱磁检测原理示意图(2)具体步骤在不进行任何磁化的地磁场环境下，对双金属复合油管板进行实验，包括对其缺陷进行定性、定位、定量实验研究。为了更好的计算出缺陷的具体位置，探头要求在测量时保持匀速水平移动，速度大约为3cm/s。1 实验选用双金属复合管作为实验检测对象，检测复合层缺陷，检测环境为地磁场环境。2 用弱磁检测设备对材料进行检测，根据材料的尺寸划分检测区域，探头从左往右匀速滑动，依次检测，电脑记录数据。3 利用电脑软件对数据进行处理，根据多次检测的结果进行分析和讨论，确定材料缺陷的性质及位置。4 结果分析：验证弱磁检测对双金属复合管缺陷检测的可行性。 四、目标、主要特色及工作进度1.目标： 研究一种可用于双金属复合管缺陷检测的检测技术，该技术能对材料的损伤进行准确、直观化、自动化高效率的无损检测。2.主要特色： (1)提出在地磁场环境下对非铁磁性材料缺陷检测的磁法检测技术。打破了传统磁法检测方法不能检测非铁磁性材料的局限。 (2)提出了二维磁导率成像算法。弱磁检测时，不仅能够发现缺陷，而且能够将缺陷分布情况转换为可以直接识别缺陷的图像形式，在屏幕上直接显示出来，实现缺陷可视化。3.工作进度：2015.3.092015.4.09 资料收集，英文翻译，文献综述，开题报告撰写 2015.4.102015.4.15 熟悉弱磁检测原理和特点 2015.4.162015.5.01 掌握利用弱磁检测试块缺陷的方法 2015.5.022015.5.15 试验研究、结果分析 2015.5.162015.5.31 试验方法改进 2015.6.012015.6.26 论文撰写与答辩 5、 参考文献1 /link?url=GSLigyOEgGp0amuwCeGXDFyt9x0he_QvHCT5OOmH NqfHA2qqTQUkPegE_Jow588UF9mDXW6q_GtSE-e9Ond12q, 百度百科.2 李发根, 魏斌, 邵晓东等. 高腐蚀性油气田用双金属复合管J. 油气储运, 2010, 29(5): 359-362.3 朱洪亮. 内衬不锈钢复合管焊接失效研究D. 西南石油大学, 2013.4 范兆廷. 新型输油气双金属复合管道腐蚀及可靠性研究D. 重庆大学, 2013.5 孙育禄, 白真权, 张国超等. 油气田防腐用双金属复合管研究现状J. 全面腐蚀控制, 2011, 25(5): 10-12.6 徐江,武新军,康宜华等. 国外油管在线无损检测技术的研究与应用现状J. 石油机械, 2006, 34(5): 81-84.7 田党, 李群. 关于无缝钢管离层和分层缺陷的讨论J. 钢管, 2012, 41(3): 51-56.8 魏帆, 张燕飞, 郭崇晓等. 不同结合强度下机械式复合管的模态参数分析J. 焊管,2014, 37(8): 63-67.9 杨平生, 俞进, 柯勇等. 双金属复合钢管界面及焊缝的微观结构J. 南昌大学学报(理科 版), 2005, 29(6): 603-609.10 郭崇晓, 张燕飞, 吴 泽. 双金属复合管在强腐蚀油气田环境下的应用分析及其在国内 的发展J. 全面腐蚀控制, 2010, 24(2): 25-2911 赵善敏.冶金双金属复合钢管超声波检测操作规程制定J. 特钢技术,2010,16(65):35-38.12 廖嘉, 刘志云, 陆铭慧. 超声F-Scan成像技术检测双金属复合材料的方法J. 无损检测 2011, 33(10): 4-7.13 Helena G. Ramos and A. Lopes Ribeiro. Present and Future Impact of Magnetic Sensors in NDEJ. Procedia Engineering , 2014, 8(6): 406-419.14 Huixing Yun, and Weiwei Zhang. Damage detection based on the propagation of longitudinal guided wave in a bimetal composite pipeJ