توصيفگر ها :
شخيص خوردگي و ترك در خطوط لوله , نشت شار مغناطيسي , توپك هوشمند , سيستم نشت شارمغناطيسي
چكيده فارسي :
اين پاياننامه به ارائه روشي جهت بهبود دقت تشخيص خوردگي و ترك در لولههاي فلزي با استفاده از روش نشت شار مغناطيسي ميپردازد. در روش ارائه شده، يك سامانه مغناطيسي دو بعدي براي يك توپك هوشمند كه به كمك جريان سيال به بازرسي سطح داخل لوله ميپردازد طراحي و پيشنهاد شده است. توپكراني، يكي از روشهاي مدرنِ غيرمخرب در تشخيص خوردگي و ترك لوله است كه توپك هوشمند مغناطيسي، از طريق اندازهگيري تغييرات شارنشتي، محل خوردگي و ترك را در داخل لوله تشخيص ميدهد. اين توپكها توسط سامانه مكانيكي مناسبي وارد لوله شده و با استفاده از فشار سيال در طول مسير لوله حركت كرده و اقدام به بازرسي داخل لوله مينمايد. توپكهاي مجهز به سامانه مغناطيسي تشخيص شار نشتي داراي مزايايي نظير امكان استفاده براي هر دو سيال گاز و مايع، حساسيت كمتر نسبت به تغييرات سرعت فشار سيال و سرعت بيشتر بازرسي نسبت به توپكهاي هوشمند فراصوت و جريان گردابي هستند. البته كاربرد آنها محدود به لولههاي فلزي فرومغناطيس است. روش نشت شار مغناطيسي از يك هسته فرومغناطيس، يك آهنرباي دائم و يك حسگر ميدان مغناطيسي تشكيل شده است كه در آن هسته مغناطيسي توسط دو جاوربك فلزي به بدنه لوله تماس دارد. چنانچه در اثر ترك يا خوردگي، تغييري در رلوكتانس مسير شار مغناطيسي در محل عيب به وجود آيد، اين تغييرات شارمغناطيسي توسط حسگر آشكار شده و اطلاعات آن براي پردازشهاي تكميلي جهت تشخيص عيب ذخيره ميشود.
در روشهاي مرسوم، توپك هوشمند داراي يك سامانه مغناطيسي در راستاي محور لوله است كه دقت و حساسيت آن با كاهش ابعاد ترك در راستاي محور مماسي بهشدت كاهش مييابد. در روش پيشنهادي در اين پاياننامه يك سامانه مغناطيسي متعامد ارائه شده است كه داراي دو حسگر در راستاهاي محوري و مماسي است. بر مبناي مدل تحليلي دوقطبي مغناطيسي، نشاندادهشده است كه اگر از ميدان مغناطيسي متعامد استفاده كنيم، شار نشتي ايجاد شده ناشي از خوردگي و ترك، تقويت شده و در نتيجه دقت تشخيص و آشكارسازي در راستاهاي مختلف بهبود مييابد. بهمنظور صحت سنجي ايده ارائه شده، ساختار هندسي متعامد پيشنهادي جهت اعمال ميدان مغناطيسي براي يك نمونه از سامانه نشت شار با ابعاد مشخص طراحي شده و دقت عملكرد آن از طريق تحليل عددي ميدان در نرمافزار ماكسول مورد بررسي قرار گرفت. در اين راستا، اندازه چگالي شار نشتي براي انواع تركها با ابعاد مختلف در راستاهاي محوري و مماسي از طريق شبيهسازي عددي محاسبه شده و از طريق آن كارايي ساختار هندسي دوبعدي متعامد پيشنهادي با ساختار مرسوم مقايسه شده است. نتايج مقايسه نشان ميدهد كه استفاده از ساختار متعامد به دليل اعمال ميدان در دو جهت محوري و مماسي موجب تقويت شار نشتي ميشود و در نتيجه امكان تشخيص تركهاي محوري و مماسي با ابعاد كوچك را نيز فراهم ميسازد. بهمنظور بررسي جامعتر برتري روش پيشنهادي ساختار متعامد، تركها و خوردگيهاي متنوع با نسبت ابعاد مختلف در سطح نمونة مطالعاتي شبيهسازيشده و چگالي ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط ترك و خوردگي در ساختار متعامد و مرسوم محاسبه و مقايسه شده است.
چكيده انگليسي :
This thesis presents a method to improve the accuracy of detecting corrosion and cracks in metal pipes using the magnetic flux leakage method. In the presented method, a two-dimensional (2D) magnetic system is proposed for a smart pipeline intelligent gage (PIG). This PIG uses the fluid energy to move along the pipeline and inspects the inner surface of the pipe. Pigging is one of the modern and non-destructive methods of detecting corrosion and cracks in a pipe. The smart magnetic PIG detects the location of corrosion and cracks inside the pipe through the measurement of changes in leakage flux. The PIG is entered into the pipe by an appropriate mechanical system and moves along the pipe by means of fluid pressure. This allows the PIG to inspect the inside of the pipe. The PIG equipped with a magnetic leakage flux detection system has advantages such as the possibility of being used for both gas and liquid fluids, less sensitivity to fluid pressure speed changes, and faster inspection speed compared with the ultrasonic and eddy current smart PIGs. However, the application of the magnetic flux PIG is confined to ferromagnetic metal pipes. The magnetic flux leakage method consists of a ferromagnetic core, a permanent magnet and a magnetic field sensor, in which the magnetic core is in contact with the pipe body by two metal brushes. If there is a change in the reluctance of the magnetic flux path at the location of the defect due to cracks or corrosion, the magnetic flux changes are detected by a magnetic sensor. Then, the signals corresponding to the cracks/corrosion are logged for additional processing to detect the type and location of defect.
A conventional magnetic smart PIG merely uses a magnetic system along the axis of the pipe. Thus, the sensor accuracy and sensitivity are drastically reduced by reducing the dimensions of the crack along the tangential axis. In the proposed method, a 2D orthogonal magnetic system is presented which has two sensors in the axial and tangential directions. Based on the magnetic dipole analytical model, it is shown that by using a 2D orthogonal magnetic field, the leakage flux due to corrosion and cracks is strengthened, and as a result, the accuracy of detection is improved within different directions. In order to verify the performance of the proposed method, the 2D orthogonal geometric structure was designed for applying the magnetic field to a crack sample with specific dimensions. The performance accuracy was evaluated through the numerical analysis of the field in Maxwell software tools. In this regard, the size of the leakage flux density for all types of cracks with different dimensions in the axial and tangential directions has been calculated through numerical simulation, and through that, the performance of the proposed 2D orthogonal geometric structure is compared with the conventional structure. The results of the comparison show that the use of orthogonal structure enhances the leakage flux due to the application of the field in both axial and tangential directions, and as a result, it enables detection of axial and tangential cracks with small dimensions. In order to more comprehensively examine the superiority of the proposed orthogonal structure, various cracks and corrosions with different aspect ratios are simulated on the surface of the test samples.Then, the magnetic field density created by cracks and corrosion in the conventional orthogonal structure are calculated and compared to investigate the improvement due to using 2D magnetic system.