第六章 远场涡流检测技术
涡流检测(相关知识)
一般的涡流检测仪主要由振荡器、探头(检测线 圈）、信号输出电路、放大器、信号处理器、显示器、 电源等部分组成，其方原理框图如下图所示。
二、检测线圈（探头）
（1）检测线圈的作用 1.交变的激励电流作用下产生交变磁场，使试件感生 涡流。 2.拾取因试件物性变化引起涡流磁场变化的信息，并 将其转换为电信号
由于涡流具有集肤效应，因此涡流检测只能检 测表面和近表面的缺陷。 由于试件形状的不同、检测部位的不同，所以 检测线圈的形状与接近试件的方式也不尽相同。 为了适应各种检测的需要，人们设计了各种各样 的检测线圈和涡流检测仪器。
2 涡流检测系统
涡流检测系统包括涡流检测仪、检测线圈、对比试块等。 一、涡流检测仪 （1）涡流检测仪器的类别 涡流检测仪是根据不同的检测目的，应用不同的方法抑 制干扰信息，拾取有用信息的电子仪器。根据用途、使用、 显示等不同分为以下几类。 ① 按用途分 ⅰ 探伤仪 ⅱ 材料分选仪 ⅲ 测厚仪 ② 按使用方式分 ⅰ 手动涡流仪 ⅱ 自动指针显示
此 外， 按 信号处理方法不同还可以分为 相位分 析仪、频率分析仪、振幅分析仪等几种。
二、 涡流检测仪原理与组成
涡流检测仪的工作原理是：振荡器产生各种频率的 振荡电流通过检测线圈产生交变磁场在试件中感生涡
流。当试件存在缺陷或物性变化时，线圈电压发生变
d —— 磁通量的变化率： dt
“-”——表示感生电动势反抗回路中的磁通的变化。
（2）自感与互感 ①自感 当回路磁通量变化时，回路中会产生感生电动势。 同样，当回路中通过的电流发生变化时，也会引起回 路磁通变化，从而在回路中产生感生电动势。由于这 种感生电动势是自感回路电路引起的，因此称为自感 电动势，用 E 表示。
远场涡流检测技术
2.1.2 远场涡流检测系统的组成
远场涡流检测设备一般由下列五个部分组成：
①振荡器：作为驱动线圈的激励源，同时提供相
位测量的参考信号。 ②功率放大器：用来提高激励源的功率。 ③探头的驱动定位装置：它包括探头和确定探头轴 向位置的编码和数据计算系统。 ④相位及幅值检测器：通常选用锁相放大器来测量 检测线圈的信号。 ⑤微型计算机：用于储存、处理和显示检测信号和 数据。
2）扩散场——滞后效应
当激励线圈置于导电磁性管内时，如图2120所示，这时线圈周围的磁场分布变得极为 复杂，为了理解金属管壁中的电磁场运动过 程，我们先来看看最简单的一维涡流场的特 性。
当半无限大导体表面有一平行y方向上的交变 磁场为 则通过角一维涡流方程，可求得导体中的 电磁场和涡流场为 （2-119） （2-120） （2-121）
•另外，检测线圈感应电压还有以下特点： ①激励频率的增加（f=10～160Hz），近区感 应电压幅值增加，远区则减小；其相位随频 率增加而增加，且过渡区移离激励线圈。
②被检管内内径增加（保持壁厚不变），感
应电压幅值衰减减小，而相位则不随管子直 径增加而增加。
③管壁厚度增加，近区感应电压幅值衰减变化很
小，在远区则衰减增大，且过渡区移离激励线圈， 相位滞后随壁厚增加而增大。
④管子缺陷影响，远场涡流探头无论是对内径管
壁不均匀性还是对外径管壁不均匀性都有同等的 灵敏度。
Hale Waihona Puke ⑤探头在管内移动速度变化的影响，速度在以
10m/s下，磁场畸变不太明显，当速度大于50m/s 时，磁场有相当大的畸变，因而会影响探头的响 应曲线。
测信号与激励信号的相位差与管壁厚度近似成正 比，“提离效应”很小。
远场涡流无损检测技术
远场涡流无损检测技术远场效应是20世纪40年代发现的。
1951年Maclean W.R.获得了此项技术的美国专利[1]（见图1）。
50年代壳牌公司的Schmidt T.R.独立地再发现了远场涡流无损检测技术，在世界上首次研制成功检测井下套管的探头（见图2），并用来检测井下套管的腐蚀情况[2]，1961年他将此项技术命名为“远场涡流检测”，以区别于普通涡流检测。
壳牌公司开发部向Maclean购买了该专利权，在探头的研制中获得了很大的成功，并用来检测井下套管。
20世纪60年代初期，壳牌公司应用远场涡流检测技术来检测管线，检测设备包括信号功率源、信号测量、信号记录和处理，做成管内能通过的形式，像活塞一样，加动力之后即可在管线内运动，取名“智能猪”（见图3）。
此装置于1961年5月9日第一次试用，一次可以检测80公里或更长的管线。
[3]壳牌公司在80年代促进了此项技术的商业化。
一些制造商立刻认可了此项技术的价值，开始生产远场涡流检测设备。
[4]图1世界上第一个远场涡流检测的专利图2世界上第一个远场涡流井下套管检测探头（Schmidt，1961）图3用“智能猪”来检测管线（壳牌公司，1961）在过去的20多年中，远场涡流检测技术引起了全世界有关研究人员的兴趣，Schmidt T.R.作出了杰出的贡献，Lordo w，Atherton D.L.等[5][6][7]对远场涡流现象进行了有限元模型的理论模拟，开发了计算机模拟程序，为远场涡流检测奠定了坚实的理论基础。
在80年代后期和90年代初期，远场涡流检测技术得到了很大发展，开发了检测系统，利用内置式探头来检测输气管线、井下套管、地埋管线、热交换器和锅炉[8][9]，利用外置式探头来检测平板和钢管。
现代的检测设备利用计算机来显示和储存数据，还有自动信号分析程序。
从2000年代开始，厦门艾帝尔电子科技有限公司（IDEA TECHNOLGY IN）与南昌航空大学无损检测国家重点实验室合作，致力于远场涡流技术在管道检测方面的研究，特别是井下套管和地埋油气水输送管线的检测。
远场涡流无损检测技术在电厂中的运用
远场涡流无损检测技术在电厂中的运用在电力行业的日常运转过程中，无损检测技术运用的相对来说比较广泛，但是在处理复杂的工件检测的时候仍然会存在一些问题，随着科学技术的不断发展，远场涡流无损检测技术解决了目前出现在带保温层管道、螺栓、汽轮机叶片的问题，促进了无损检测技术的发展，也为电力行业的发展奠定了坚持的基础。
本文主要是对远场涡流无损检测技术做简要的叙述，在电厂中实际的运用做出探索，以及对于远场涡流无损检测技术在未来的发展做出展望。
标签：远场涡流无损检测;技术;电厂远场涡流无损检测技术是由内通过式和外扫描式组成，它是一种能够穿透金属管壁的低频电磁检测技术，由激励线圈和检测线圈组成，激励线圈的主要工作内容是利用低频交流电产生的磁场穿透管壁之后将信息传递给检测线圈，检测线圈在接收信号之后对管子的内部情况进行检测，通过检测线圈的数据和检测情况对管壁的情况进行判断，进一步完成检测的任务。
在现代电厂的运用过程中，远场涡流无损检测技术运用的比较广泛，能够很好的改善和解决现代电力行业出现的问题，本文主要以远场涡流无损检测技术在电厂中的运用为基础进行探索。
1 在电厂锅炉水冷壁管中的运用在电厂工作的过程中，电厂锅炉的水冷壁管在长期的运转过程中由于受到煤灰和烟气等等因素的侵蚀，很容易出现腐蚀、磨损的问题，造成了材料的性能劣化，如果在工作的过程中出现蒸流或者是管内的气压比较高，那么很可能就会产生水冷壁管的泄露或者是爆管，造成了电厂的锅炉工作不能正常的运转，带来巨大的经济损失，因此无损检测技术的运用特别的重要，在检测的过程中，能够及时对损伤的部位进行及时的修复，及时的发现问题解决问题，避免事故的产生，对于电厂的发展奠定了基础，具有非常重要的现实意义[1]。
远场涡流无损检测技术在电厂锅炉水冷壁管中能够从宏观和微观的方面对水冷管壁进行检测，能够直观的检测内外壁局部产生的腐蚀现象，以及管壁的均匀减薄，也能微观的检测到氢损伤和热疲劳裂纹等缺陷，并且在检测的过程中，无损检测技术能够不需要直接的接触表面，不需要脚手架，不需要进行特殊的清理，整体的检修工期时间短，一方面是减少了检测人员的组织队伍，另一方面在检测的过程中降低了成本，节约了时间[2]。
(完整版)涡流检测技术
视在电阻
阻抗的归一化
经过归一化处理
后的电阻和电抗都 是无量纲的量，并 且都恒小于1。
归一化阻抗图的特点
• （1）它消除了原边线圈电阻和电感的影响，具有通用性。 • （2）阻抗图的曲线簇以一系列影响阻抗的因素作为参量。 • （3）阻抗图形定量地表示出各影响阻抗因素的效应大小和方向。 • （4）对于各种类型的工件和检测线圈，有各自对应的阻抗图。
进行涡流检测的步骤：（探针式涡流探伤仪为例）
I. 摸清被检零件的裂纹规律
如零件的材料组织与特性、结构形状、制造时的加工方法、装 配位置、使用时间、受力状态、可能产生或经常产生裂纹的部 位、裂纹的方向等。
II. 参考试件的准备和制作
最好采用报废的有自然缺陷（裂纹）的相同零件作为参 考试件。
也可用无自然裂纹的零件，在容易产生疲劳裂纹的部位用机械加 工法，或腐蚀法，或电火花加工人工缺陷的参考试件。
金属试件上涂、压力等的监控； 试件尺寸、形状测量等。
主要应用
• （1）能检测出材料和构件中的缺陷，例如裂纹、折叠、气孔和夹杂等。 • （2）能测量材料的电导率、磁导率、检测晶粒度、热处理状况、材料
的硬度和尺寸等。
• （3）金属材料或零件的混料分选。通过检查其成分、组织和物理性能
涡流检测的主要用途及影响感生涡流的特性的主要因素
目的 探伤
材质试验
厚度及位移 等的测量
检测因素 试件中的裂纹、腐 蚀、凹坑、夹杂、 气泡等
电导率 磁导率
提离效应、厚度效 应、充填效应等
典型应用
管、棒、线、板材等的探伤； 机制件的探伤； 飞机维护及管道系统的维护检查； 疲劳裂纹的监视。
测量金属试件的电磁参数； 金属热处理状态的鉴别； 金属材料的分选； 金属材料成分含量、杂质含量的鉴 别。
管道远场涡流无损检测技术综述
管道远场涡流无损检测技术综述徐小杰【摘要】Remote Field Eddy Current ( RFEC) is an important branch cut of eddy current nondestructive testing ( NDT) technique, and draws more and more attention in the testing and repairing of pipes and tubes. The origin and development history of RFEC technique was described. The research status and hot-spot issues of RFFC technique both inland and overseas were sum-marized and analyzed. The future development direction of RFEC technique was discussed with detail, from the aspects such as axial crack detection ability improvement,mounting plate influence in use and so on.%远场涡流作为涡流无损检测技术的一个重要分支，目前在各个行业的管道日常维护和安全保障中发挥着重要的作用。
文中首先详细叙述了远场涡流无损检测技术的发展历史；对目前国内外远场涡流应用的研究现状和研究热点问题进行了总结和论述；从进一步提高轴向裂纹检测能力，解决使用中支撑板影响问题等方面，探讨了远场涡流无损检测技术的应用发展方向。
【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P21-23,43)【关键词】无损检测;远场涡流;定量评估;缺陷;检测灵敏度【作者】徐小杰【作者单位】空军工程大学信息与导航学院，陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】TG115无损检测(Nondestructive Testing, NDT)是建立在现代科学技术基础上的一门应用性技术学科，它以不破坏被测物体内部结构为前提，应用物理的方法，检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构，检查物体内部是否存在不连续性(即缺陷)，从而判断被测物是否合格，进而评价其适用性[1-3]。
远场涡流检测技术在火电锅炉水冷壁管检测中的实用性分析
远场涡流检测技术在火电锅炉水冷壁管检测中的实用性分析摘要：本文论述远场涡流检测技术的原理和Ｆｅｒｒｏｓｃｏｐｅ３０８远场涡流水冷壁管检测电磁成像系统，阐述了远场涡流检测技术在锅炉水冷壁管高效检测中的实用性。
煤粉发电锅炉水冷壁存在高温腐蚀凹坑、磨损减薄和疲劳裂纹等缺陷。
最后总结了远场涡流检测技术应用于火电发电锅炉的可行性。
关键词：水冷壁、远场涡流检测、水冷壁裂纹；Practical analysis of far field eddy current testing technology in water wall tube inspection of thermal power boilerAuthor:Fuzhou Huaneng Power PlantAbstract: This paper discusses the principle of the far-field eddy current testing technology and the ferroscope 308 remote field eddy water wall tube inspection system, and expounds the practicability of the far-field eddy current testing technology in the efficient detection of boiler water wall tubes. There are some defects in the water wall of pulverized coal fired boiler, such as high temperature corrosion pit, wear thinning and fatigue crack. Finally, thefeasibility of the application of far-field eddy current testing technology in thermal power generation boiler is summarized.Key words: water wall, far field eddy current testing, water wall crack;近年来国内火电锅炉设计及生产技术日新月异，锅炉炉型已多元化发展，由于大型超临界机组增多，超低排放改造和燃烧材质的差异变化大，水冷壁管通常产生的缺陷为：高温腐蚀、磨损、腐蚀、砸伤、氢损伤，裂纹、鼓包等。
远场涡流检测技术探析
远场涡流检测技术探析1、涡流检测1.1涡流检测原理涡流检测技术（ET），是工业上无损检测的方法之一。
给一个线圈通入交流电，在一定条件下通过的电流是不变的。
如果把线圈靠近被测工件，像船在水中那样，工件内会感应出涡流，受涡流影响，线圈电流会发生变化。
由于涡流的大小随工件内有没有缺陷而不同，所以，线圈电流变化的大小能反映有无缺陷。
涡流检测是建立在电感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料。
如果我们把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流。
由于导体自身各种因素（如电导率，磁导率，形状，尺寸和缺陷等）的变化，会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质，状态的检测方法叫做涡流检测方法。
涡流检测方法：操作速度很快，按照检验员的经验反馈，一条12米的长管，在顺利情况下只需要几十秒就完成检验了。
1.2涡流检测分类涡流无损检测技术是目前管道检测中应用较为广泛的检测方法。
根据其探头结构的不同可分为常规涡流检测、透射式涡流检测和远场涡流检测。
常规涡流检测因受集肤效应的影响，只适用于检测试样表面或近表面缺陷。
透射式涡流检测克服了这一缺点，其检测信号相对管道内壁和外壁缺陷具有相同的灵敏度。
远场涡流检测实质上也是一种透射式涡流检测，其不同点在于远场涡流检测中，激励线圈的能量两次穿过管壁到达检测线圈，而透射式涡流检测中，激励线圈发出的能量仅一次穿过管壁到达检测线圈[1]。
2、远场涡流检测技术2.1远场涡流检测技术的特点远场涡流检测技术是通过测量穿过管壁后返回管内磁场，故在检测技术理论上是一个新突破。
其不受趋肤效应的影响，克服了电导率和磁导率的影响。
探伤仪对铁磁性材料的检测效果明显优于普通涡流检测技术。
同时，在试件中的几何变形、试件边缘末端及相对位置产生的末端效应都会产生一个畸变的涡流信号干扰检测信号；材料的温度、应力变化，材料的冷加工、热处理引起变形及损伤的非连续性和信噪比也会改变试件的电导率和磁导率，影响着涡流信号的产生，造成普通涡流检测技术对检测结果判断困难，这些干扰在远场涡流检测技术上也得到了消除。
远场涡流检测技术
图12
探头附近的磁力线分布（3/4″管，有限元计算结果）
远场涡流无损检测的优点 与普通涡流、漏磁和超声波无损检测相比，远场涡流无损检测具有 以下优点： · 被检测的钢管的表面不必清洗； · 探头与钢管表面不接触，探头外径与钢管内径之间的间隙变化对 检测结果的影响很小，允许的最大间隙为钢管内径的30%，最佳间隙 小于钢管内径的15%； · 检测钢管内表面和外表面的腐蚀坑的灵敏度相同； · 对均匀减薄、渐变减薄和偏磨减薄的检测，都有极高的检测灵敏 度； · 探头的检测速度是否均匀对检测结果无影响； · 钢管内的气体、液体介质对检测结果无影响； · 检测设备体积小，重量轻，便于现场灵活应用； · 检测数据还可存入探头内，实施长距离检测。
第六章 远场涡流检测技术
远场涡流无损检测技术的发展历史及特点 远场效应是20世纪40年代发现的。1951年Maclean W.R.获得了此项技 术的美国专利 [1]（见图1）。50年代壳牌公司的Schmidt T.R.独立地再发现 了远场涡流无损检测技术，在世界上首次研制成功检测井下套管的探头（见 图2），并用来检测井下套管的腐蚀情况 [2]，1961年他将此项技术命名为 “远场涡流检测”，以区别于普通涡流检测。壳牌公司开发部向Maclean购 买了该专利权，在探头的研制中获得了很大的成功，并用来检测井下套管。 20世纪60年代初期，壳牌公司应用远场涡流检测技术来检测管线，检测设 备包括信号功率源、信号测量、信号记录和处理，做成管内能通过的形式， 像活塞一样，加动力之后即可在管线内运动，取名“智能猪”（见图3）。 此装置于1961年5月9日第一次试用，一次可以检测80公里或更长的管线。 [3]
从20世纪80年代开始，加拿大路赛尔技术有限公司（RUSSELL NDE SYSTEMS INC 简称路赛尔公司）与加拿大女王大学（Queen’s University，世界 应用电磁研究中心）合作，致力于远场涡流技术在管道检测方面的研究，特别是井下 套管和地埋油气水输送管线的检测。路赛尔公司1988年研制成功第一代远场涡流检测 系统（108型），1992年研制成功第二代检测系统（204型），2000年研制成功第三代 检测系统（308型，见图8）。目前路赛尔公司生产的远场涡流无损检测系统的技术居 世界领先水平。
RFEC 技术读书报告
RFEC 技术读书报告远场涡流技术（remote field eddy current ，简称RFEC）是一种最新的无损检测技术，它采用内通过式探头一次通过管子，便可以相同的灵敏度同时检出管道内外表面的凹坑、裂纹，管壁内、外部缺陷与腐蚀变薄，特别适用于地下管线及密排管道的检测。
RFEC于1951年由w.R.Maclean提出。
Tom Schmidt于1958年成功地把RFEC用于油井套管检测，60年代初，进而被成功应用于管道检测。
近十余年，RFEC技术被应用于检测锅炉管、散热器管、铸铁管、非铁磁性管和其他类型管道，与传统涡流法（不饱和）和漏磁法相比，RFEC技术可提供最佳缺陷尺寸。
1．远场涡流技术的发展和回顾【1，2】RFEC 技术通过记录信号的相位来检测金属损失的，相位的增加就表明被测的金属有损失。
这一技术的局限性就是RFEC相位不能指明金属缺损部位的宽窄和深浅。
M。
D。
Maclean在1989年提出基于趋肤深度理论的数学模型，并把他应用到双频率相位分析中。
Brown 和Le观察到标绘在复平面图上的信号轨迹角度正表明缺陷的深度，类似于常规涡流方法。
后来Mackintosh认为Maclean的方法可以解释Brown和Le的方法。
W.R.Maclean首次提及趋肤深度理论，试验显示，趋肤深度相当于描绘RFEC波闯过管壁传播在振幅和相位上变化的近似值。
Mackintosh发展了投射传输模式，他指出趋肤深度等式在剩余管壁厚度大于趋肤深度时是可行的。
2．涡流检测与远场涡流检测的比较【3，8】2．1涡流检测原理当金属管材通过交变电流激励的检测线圈时，钢管表面及近表面会感应出涡流。
涡流又产生与原磁场相反方向的新磁场作用于探头的测量线圈，线圈中便产生感应电压。
通常的测量线圈是自比差式线圈，如图1。
当被测管材没有缺陷时，两个测量线圈反向连接感应电压相互抵消，没有输出。
当被测管材有缺陷时，管材表面涡流发生畸变，其磁场使两测量线圈感应出一突变电压信号，经过信号处理就可判断出缺陷。
远场涡流技术在储罐底板腐蚀检测中的应用
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式， 由激励 线圈和接 收线 圈构成 。远场 涡流检测 原理 示 意 图见 图１ 。远场 涡 流检 测 现 象取 决 于 管 中 发 生 的两 个 效应 ，一 是 沿 管子 内部 对 激 励 线 圈直 接 耦 合 磁 通 的屏 蔽 效 应 ； 二是 由于 导 体 中涡 流 损 耗 引起 扩 散 场 的滞 后 效 应 。其 过程 为 存 在 能 量 两 次 穿过管壁 的非直接耦合路径 ，源于激励线 圈附 近 区域 管 壁 中感 应 的周 向涡 流 ，周 向涡 流 迅 速 扩 散 到 管 外 壁 ， 同时 幅 值 衰 减 ，相 位 滞 后 ，到 达 管
采取措施 保证 储罐 安全运行 。
［ 关键词］远 场涡流检 测；储罐 底板 ；腐蚀；应用技术
石 油 和 天 然 气 是 我 国重 要 的 战略 能 源 ， 不仅 影 响 国 家 的 经 济 发展 ，而 且 关 系 到 国家 安全 。储 罐 作 为 存 储 油 品 、 天然 气 的 主要 设 备 ，在 油 田 、 炼 油 厂 、液 化 气 站 和 油 库 等 单 位 广 泛 使 用 ，而 且 正 朝 着 大 型 化 发 展 。 因此 储 罐 的安 全 性 愈 发 受 到 关 注 。储 罐 在 运 行 过 程 中 因长 期 受 到 内外 环 境 介 质 的腐 蚀 ，而 罐 底 板 是 储 罐 腐 蚀 的集 中 区域 ，罐 底 板 的状 况 严 重 影 响 着 常 压 储 罐 的使 用 寿 命 和 安 全 运 行 。对 罐 底 板 腐 蚀 状 态 检 测 和 评 估 是 储 罐 定 期 检 修 的 重 要 内容 之 一 。长 期 以来 ，常 压 储 罐 底 板的定期检查主要依靠 目视 以及超声波检测、磁 粉 探 伤 等 方 法 ，这 些 方 法 检 测 效 率低 、 劳 动 强度 大 ， 很难 快 速 对 储 罐底 板 的 腐 蚀 状况 做 出科 学评 价 ， 制 定 合 理 的 检修 方 案 。 目前 ，对 开 罐储 罐 底 板 腐 蚀 检 测 的 常用 方 法 有 漏磁 检 测 ｆ ］ １ 、导 波检 测
远场涡流无损检测技术的发展历史及特点
远场涡流无损检测技术的发展历史及特点远场效应是20世纪40年代发现的。
1951年Maclean W.R.获得了此项技术的美国专利[1]（见图1）。
50年代壳牌公司的Schmidt T.R.独立地再发现了远场涡流无损检测技术，在世界上首次研制成功检测井下套管的探头（见图2），并用来检测井下套管的腐蚀情况[2]，1961年他将此项技术命名为“远场涡流检测”，以区别于普通涡流检测。
壳牌公司开发部向Maclean购买了该专利权，在探头的研制中获得了很大的成功，并用来检测井下套管。
20世纪60年代初期，壳牌公司应用远场涡流检测技术来检测管线，检测设备包括信号功率源、信号测量、信号记录和处理，做成管内能通过的形式，像活塞一样，加动力之后即可在管线内运动，取名“智能猪”（见图3）。
此装置于1961年5月9日第一次试用，一次可以检测80公里或更长的管线。
[3]壳牌公司在80年代促进了此项技术的商业化。
一些制造商立刻认可了此项技术的价值，开始生产远场涡流检测设备。
[4]在过去的20多年中，远场涡流检测技术引起了全世界有关研究人员的兴趣，Schmidt T.R.作出了杰出的贡献，Lordo w，Atherton D.L.等[5][6][7]对远场涡流现象进行了有限元模型的理论模拟，开发了计算机模拟程序，为远场涡流检测奠定了坚实的理论基础。
在80年代后期和90年代初期，远场涡流检测技术得到了很大发展，开发了检测系统，利用内置式探头来检测输气管线、井下套管、地埋管线、热交换器和锅炉[8][9]，利用外置式探头来检测平板和钢管。
现代的检测设备利用计算机来显示和储存数据，还有自动信号分析程序。
从20世纪80年代开始，加拿大路赛尔技术有限公司（RUSSELL NDE SYSTEMS INC简称路赛尔公司）与加拿大女王大学（Queen’s University，世界应用电磁研究中心）合作，致力于远场涡流技术在管道检测方面的研究，特别是井下套管和地埋油气水输送管线的检测。
远场涡流检测技术在海底管道内检测中的应用
远场涡流检测技术在海底管道内检测中的应用倪文静;方玉梅【摘要】海底管道在生产运行过程中容易受到损伤和腐蚀破坏,管壁产生裂纹、点蚀和减薄等危害,严重威胁管道的安全运行,因此对海底管道定期进行内检测成为保障管道安全运行的必然需求.远场涡流无损检测技术是铁磁性管道在役检测的有效方法.本文结合平湖原油立管检测项目的实践,阐述远场涡流无损检测技术的基本原理,总结其优势和局限性,为其今后在海底管道内检测中推广应用提供借鉴.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2015(000)018【总页数】4页(P86-89)【关键词】无损检测;远场涡流;海底管道;内检测【作者】倪文静;方玉梅【作者单位】海洋石油工程股份有限公司;天津市龙洲工控设备有限公司,天津300074【正文语种】中文【中图分类】TE973.6海底管道的工作环境一般都非常恶劣，长期服役后容易发生腐蚀、疲劳破坏或管道内部潜在缺陷发展成破损等，从而发生泄露事故，影响油田的正常生产，并且造成海洋环境污染事故。
因此必须定期对管道进行检测，了解管道的实际运行状况，计算腐蚀速率，评估管道的使用寿命，及时采取措施，保证管道的良好运行。
另外，针对已经到达使用年限但仍安然无恙的管道，通过检测并做出评估，可以延长其使用寿命，其潜在的经济效益相当可观。
远场涡流（RFEC）检侧技术作为涡流无损检测技术的一个重要分支，是基于远场涡流效应的一种在役管道检测技术。
该技术在50年代末曾用于油井套管的检侧，当时未被重视，直到80年代中期随着远场涡流理论的逐步完善和实验手段、试验方法的改进，远场涡流技术用于管道，特别是铁磁性管道检侧的优越性才被人们广泛地认识。
中海油引入远场涡流检侧技术较晚，2012年才首次应用到平湖油田原油立管检测项目中。
本文结合平湖原油立管检测项目的实践，阐述远场涡流无损检测技术的基本原理，总结其在线检测的优势和局限性，为其今后在海底管道内检测中推广应用提供借鉴。
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图2 世界上第一个远场涡流井下套管检测探头（Schmidt，1961）
图3 用“智能猪”来检测管线 （壳牌公司，1961）
中国工业检验检测网
在过去的20多年中，远场涡流检测技术引起 了全世界有关研究人员的兴趣，Schmidt T.R.作 出了杰出的贡献，Lordo w，Atherton D.L.等 [5][6][7]对远场涡流现象进行了有限元模型的理 论模拟，开发了计算机模拟程序，为远场涡流检 测奠定了坚实的理论基础。 在80年代后期和90年代初期，远场涡流检测 技术得到了很大发展，开发了检测系统，利用内 置式探头来检测输气管线、井下套管、地埋管线、 热交换器和锅炉[8][9]，利用外置式探头来检测平 板和钢管。现代的检测设备利用计算机来显示和 储存数据，还有自动信号分析程序。
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传统涡流存在的主要问题： · 传统涡流对于铁磁性管子，由于集肤效应的作用， 只能检测管道的表面缺陷，不能做到对管壁100%的检 测； · 对间隙很敏感，间隙变化对灵敏度影响很大。 超声检测存在的主要问题： · 超声检测要求被检测的表面很清洁，需要良好的声 耦合，管道检测特别是管道的在役检测很难实现良好 的声耦合。
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图10 远场涡流场强分布
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波在钢板中的传播
由图11可看出，波在钢板中传播的过程中，波幅衰减，相位发生移动。钢板的厚度越大，波幅衰减得越大。
第六章 远场涡流检测技术
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远场涡流无损检测技术的发展历史及特点 远场效应是20世纪40年代发现的。1951年Maclean W.R.获得了此项技 术的美国专利 [1]（见图1）。50年代壳牌公司的Schmidt T.R.独立地再发现 了远场涡流无损检测技术，在世界上首次研制成功检测井下套管的探头（见 图2），并用来检测井下套管的腐蚀情况 [2]，1961年他将此项技术命名为 “远场涡流检测”，以区别于普通涡流检测。壳牌公司开发部向Maclean购 买了该专利权，在探头的研制中获得了很大的成功，并用来检测井下套管。 20世纪60年代初期，壳牌公司应用远场涡流检测技术来检测管线，检测设 备包括信号功率源、信号测量、信号记录和处理，做成管内能通过的形式， 像活塞一样，加动力之后即可在管线内运动，取名“智能猪”（见图3）。 此装置于1961年5月9日第一次试用，一次可以检测80公里或更长的管线。 [3]
图8 路赛尔公司研制的三代远场涡流无损检测系统
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2000年美国材料试验学会制定了ASTM E2096-00《热 交换器管远场涡流检测》标准，此标准由路赛尔公司撰写。 美国无损探伤试验学会ASNT于2004年出版的电磁无损检测 手册[10]，其中第八章远场涡流检测由路赛尔公司和加拿大 女王大学撰写。 2000年以来我国电力、石化、化工行业向路赛尔公司购 买了数套204型和308型远场涡流检测系统，用于检测锅炉 和热交换器，应用效果很好。我国2004年制定了国家电力行 业标准DL/T 883-2004《电站在役给水加热器铁磁性钢管远 场涡流检验技术导则》。近二年来我国油田开始对路赛尔公 司生产的远场涡流井下套管无损检测系统感兴趣。
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从20世纪80年代开始，加拿大路赛尔技术有限公司（RUSSELL NDE SYSTEMS INC 简称路赛尔公司）与加拿大女王大学（Queen’s University，世界 应用电磁研究中心）合作，致力于远场涡流技术在管道检测方面的研究，特别是井下 套管和地埋油气水输送管线的检测。路赛尔公司1988年研制成功第一代远场涡流检测 系统（108型），1992年研制成功第二代检测系统（204型），2000年研制成功第三代 检测系统（308型，见图8）。目前路赛尔公司生产的远场涡流无损检测系统的技术居 世界领先水平。
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远场涡流无损检测的原理[11]
内置式探头置于被检测钢管内，探头上有一个激励线圈，还有一个（或二个） 检测线圈。激励线圈和检测线圈的距离为钢管内径的2-3倍。激励线圈发出的磁力 线（能量）穿过管壁向外扩散，在远场区又再次穿过有表面缺陷的管壁向内扩散， 被检测线圈接收。检测线圈接收到的信号的幅度和相位都和壁厚有关，利用专用的 软件就可测得管壁的厚度（见图9）。
图9
远场涡流无损检测的原理
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激励线圈与检测线圈间距的确定 由图10的下部份可看出，在激励线圈和检测线圈之间存在三个区： 直接耦合区、过渡区和远场区。图10的上部份是钢管的外壁和内壁的 远场涡流场的幅度与两线圈的间距（为钢管内径的信数）的分布曲线。 从图中可看出：外壁的幅度大于内壁的幅度；当间距等于、大于二倍 钢管内径后，外壁和内壁的幅度与间距成正比，而且当间距为2-3倍钢 管内径时（远场区），外壁和内壁的幅度较大，因此，激励线圈和检 测线圈的距离取2-3倍钢管的内径。
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壳牌公司在80年代促进了此项技术的商业化。一些制造商立刻认可了此项技术的价值，开始生产远场涡流检测设备。[4]
图1 世界上第一个远场涡流检测的专利
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图11
波在传播过程中波幅的衰减和相位的移动
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பைடு நூலகம்
探头附近磁力线的分布
由图12可看出，在远场区磁力线的轨跡与管壁平行，因此，在远场区通过管壁的磁力线的总数和壁厚成正比。
图12
探头附近的磁力线分布（3/4″管，有限元计算结果）
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远场涡流无损检测的优点 与普通涡流、漏磁和超声波无损检测相比，远场涡流无损检测具有 以下优点： · 被检测的钢管的表面不必清洗； · 探头与钢管表面不接触，探头外径与钢管内径之间的间隙变化对 检测结果的影响很小，允许的最大间隙为钢管内径的30%，最佳间隙 小于钢管内径的15%； · 检测钢管内表面和外表面的腐蚀坑的灵敏度相同； · 对均匀减薄、渐变减薄和偏磨减薄的检测，都有极高的检测灵敏 度； · 探头的检测速度是否均匀对检测结果无影响； · 钢管内的气体、液体介质对检测结果无影响； · 检测设备体积小，重量轻，便于现场灵活应用； · 检测数据还可存入探头内，实施长距离检测。
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远场涡流无损检测的原理和优点 三种普通无损检测方法存在的缺陷 对于井下套管和地埋线的无损检测，人们通常尝试使用漏 磁、传统涡流和超声检测方法，但这三种方法都存在很大的局 限性。 漏磁检测存在的主要问题： · 对于内壁和外壁缺陷的灵敏度很不一致，如果探头与外壁 接触，则外壁缺陷的灵敏度比内壁高； · 无法检测均匀腐蚀减薄； · 对间隙非常敏感，间隙变化会引起检测误差； · 由于必须采用磁化装置，因此设备比较笨重。