《基於磁機械效應的海底管道屈曲變形檢測研究》是依託天津大學，由黃新敬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於磁機械效應的海底管道屈曲變形檢測研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃新敬
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
海底管道屈曲變形極易造成管道破裂和加速管道腐蝕老化。前期研究表明：管道內磁場與管道走向密切相關，平面應力會顯著改變鋼板磁導率及其周圍的磁場分布。針對屈曲鋼管特殊的幾何形狀和應力分布規律，本項目提出一種基於磁機械效應的海底管道屈曲變形內檢測方法，以實現高分辨力、低成本、短周期檢測。本項目綜合採用解析法、有限元法、多尺度分析法、實驗研究等手段開展以下研究：（1）分析屈曲變形管道的應力分布，研究建立地磁場和複合應力作用下管道管材磁機械效應模型；（2）研究建立雙軸應力狀態下考慮磁機械效應的鋼管磁禁止模型，獲得屈曲管道內磁場分布規律；（3）研究利用管道內磁場及其導出變數表征管道屈曲變形的方法；（4）最終給出屈曲變形內檢測的具體實施步驟和系統集成方案。本項目的開展將為利用管道內磁場進行海底管道屈曲變形檢測提供理論依據和技術基礎，對於及時維護海底管道和確保其長期安全運行具有重要意義。
結題摘要
海底原油輸送管道需要在高溫高壓下運行，以防止原油冷凝結蠟，累積著很大軸向熱應力，常常引起管道發生側向和豎向屈曲失穩。屈曲變形會使海底管道承受巨大的拉伸和彎曲應力，大大增加了其遭受應力腐蝕和發生疲勞斷裂的風險。本項目創新地提出基於磁機械效應的海底管道屈曲變形檢測技術，充分利用屈曲管道特有的形貌/應力/內部磁場分布規律，實現對管道屈曲變形的高靈敏檢測，形成了若干關鍵技術，具有分辨力高、成本低、準實時等優點。（1）項目研究了包含非理想原始磁化的管道磁禁止模型，以便利用管道內磁場確定管道走向的改變，進而判斷管道是否發生屈曲；對比經典磁禁止模型與有限元仿真分析結果以及實驗驗證，表明現場長輸管道的磁禁止係數在統計學上符合無限長圓柱腔體模型，且磁禁止係數不隨管道走向的變化而變化，因此能夠用於預測屈曲變形管道內的磁場分布特徵，從而驗證了管道屈曲磁表征的可能性。（2）針對管道幾何形狀的改變，研究並提出了一種基於滾動磁接近開關的海底管道豎向屈曲檢測方法，通過對管道傾角的高精度和高分辨力測量來判斷管道是否發生豎向屈曲，傾角測量誤差大部分小於 0.5°；研究並提出了一種利用載體滾動頻率和向心加速度來檢測海底管道豎向屈曲的方法，彎曲撓度檢測分辨力可以達到1 cm/12 m。（3）研究了不同應力、不同走向、不同消磁強度時屈曲管道內的磁場分布特點，明確了各個條件下屈曲變形管道的內部磁特徵，提出可通過消磁來顯著地提高彎曲變形檢測分辨力；研究表明，管道內磁場可以指示出形貌上不易察覺的微弱管道屈曲，驗證了磁機械效應套用於管道屈曲檢測的可行性和優勢。（4）開發了球形內檢測器，定製了高性能的磁場和慣性數據採集模組，最佳化了球體結構和各個模組的布局，保證了測試數據的高質量，在現場管道上開展了多次測試，取得了良好的效果。項目研究成果填補了海底管道屈曲變形準實時檢測的理論和技術空白，對海底管道精準維護和長期安全運行具有重要意義。
