基于三维有限元的换热管漏磁检测分析与试验研究

论文摘要

石化、炼油工业中使用的换热管由于长期处于腐蚀介质和交变应力作用下,很容易产生腐蚀和磨蚀。铁磁性换热管应用广泛,其腐蚀是管壳式换热器最主要的失效形式,常因此造成巨大经济损失。因此,换热管的定期检验是保证生产装置安全运行的重要措施之一。换热管多为碳钢管,受铁磁性效应和换热管管束结构的限制,需采用内穿式检测方法。漏磁检测技术以其高效率、高可靠性等优点,目前主要应用于储罐底板扫查、油/气输送管道缺陷检测等方面,国内采用漏磁技术对换热管检测鲜有研究。本文以换热管缺陷漏磁场为研究对象,综合运用理论分析、有限元分析、试验研究的方法进行换热管漏磁检测分析。分析了换热管漏磁检测的基本原理,应用电磁场数值计算中的有限元方法来研究漏磁场,将有限元法应用于换热管漏磁检测三维模型的建立及缺陷漏磁场的仿真,分析各方面因素对缺陷漏磁场产生的影响。首先,研究了换热管漏磁检测磁化结构中磁芯几何参数变化时对漏磁场的影响。然后,分析了缺陷尺寸、被测管壁厚度等参数对漏磁场分布的影响规律。最后,设计了两种聚磁结构,有限元分析结果表明,聚磁结构的应用较大程度提高了漏磁检测的灵敏度。在理论分析和有限元分析的基础上,利用绘图软件对换热管漏磁检测系统进行建模和装配体设计。组建了换热管漏磁检测系统,针对Φ38×3mm这种规格的换热管进行了试验研究。结果表明,采用该检测系统可实现对换热管不同类型缺陷的检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题的目的和意义
• 1.2 换热管无损检测国内外研究概况
• 1.2.1 内旋转超声检测
• 1.2.2 涡流检测
• 1.2.3 饱和磁化法涡流检测
• 1.2.4 远场涡流检测
• 1.2.5 漏磁检测
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 漏磁检测技术的基础理论
• 2.1 换热管漏磁检测原理
• 2.2 漏磁场的理论计算方法
• 2.3 漏磁场解析法理论分析-磁偶极子模型
• 2.4 漏磁场数值法理论分析-电磁场有限元
• 2.4.1 电磁场基本理论
• 2.4.2 有限元方法在漏磁场分析中的应用
• 2.4.3 ANSYS 在电磁场分析中的应用
• 2.5 换热管缺陷漏磁场的影响因素
• 2.6 本章小结
• 第三章 换热管缺陷漏磁场三维有限元分析
• 3.1 ANSYS 建模分析的基本步骤
• 3.2 换热管缺陷漏磁场ANSYS 建模计算
• 3.2.1 三维有限元分析的模型建立
• 3.2.2 模型的单元体类型
• 3.2.3 定义单元体材料属性
• 3.2.4 分析模型的网格划分
• 3.2.5 边界条件的施加与求解计算
• 3.2.6 有限元模拟结果分析
• 3.3 磁芯几何参数对漏磁场的影响
• 3.3.1 磁芯内径对漏磁场的影响
• 3.3.2 中间磁芯长度对漏磁场的影响
• 3.4 缺陷尺寸对缺陷漏磁场的影响
• 3.4.1 缺陷深度对缺陷漏磁场的影响
• 3.4.2 缺陷直径对缺陷漏磁场的影响
• 3.5 被测管壁厚度对缺陷漏磁场的影响
• 3.6 支撑板对缺陷漏磁场的影响
• 3.7 聚磁结构的应用及其对缺陷漏磁场的影响
• 3.7.1 两种聚磁结构与无聚磁条件下的漏磁场对比分析
• 3.7.2 缺陷深度变化对两种聚磁结构与无聚磁条件下的漏磁场影响
• 3.8 本章小节
• 第四章 换热管漏磁检测系统研制
• 4.1 总体设计方案
• 4.2 检测系统结构设计
• 4.2.1 磁化单元结构设计
• 4.2.2 磁屏蔽与聚磁单元结构设计
• 4.2.3 数据采集单元结构设计
• 4.3 检测系统整体结构
• 4.4 本章小结
• 第五章 换热管漏磁检测系统试验研究
• 5.1 检测试验
• 5.1.1 试验方案的确定
• 5.1.2 试验换热管缺陷的制作
• 5.1.3 试验过程
• 5.2 试验结果分析
• 5.2.1 内壁圆柱形缺陷检测试验
• 5.2.2 通孔缺陷检测试验
• 5.2.3 外壁裂纹的检测试验
• 5.2.4 壁厚减薄缺陷的检测试验
• 5.2.5 支撑板影响的检测试验
• 5.2.6 聚磁结构影响试验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要