漏磁檢測的案例
基于Comsol的電梯鋼絲繩漏磁檢測仿真分析與研究
摘 要：針對傳統檢測信號易受干擾等問題，本文對常見的鋼絲繩漏磁檢測方法進行了優化設計。首先采用Comsol建立了鋼絲繩漏磁檢測的有限元模型，進行磁場信號仿真，確定合適的磁化方式及參數。再模擬鋼絲繩動態檢測過程，對損傷處的漏磁場特征進行仿真分析，得到最優的檢測參數。為了降低測量過程中的震動等干擾，增加了聚磁裝置。通過仿真結果表明，檢測元件的提離值變大，降低干擾的同時也保證了漏磁信號檢測分辨率。
關鍵詞：Comsol;電梯鋼絲繩;漏磁檢測;聚磁裝置;
電梯曳引鋼絲繩用于懸掛轎廂和對重，利用曳引輪與鋼絲繩之間的摩擦力驅動轎廂和對重運行。鋼絲繩通常暴露在電梯井道中，工作環境較為惡劣，長時間運行易出現斷絲、磨損等情況，給電梯運行帶來了很大的安全隱患，故鋼絲繩的定期檢測極其重要。目前鋼絲繩檢測通常采用電磁無損檢測技術，其中應用最多的是漏磁檢測法，即通過測量鋼絲繩損傷處周圍的漏磁場來判斷損傷程度[1]。雖然漏磁檢測法應用較為廣泛，但是其依然存在一些不容忽視的缺點，如不易分辨損傷類別、漏磁信號不明顯、易受干擾，特別是動態測量時的振動以及相鄰鋼絲繩對損傷處的漏磁信號易產生干擾。
本文通過COMSOL有限元仿真分析軟件，建立電梯鋼絲繩檢測模型，模擬電梯鋼絲繩損傷動態檢測過程，對常見的鋼絲繩漏磁檢測方法進行了優化設計，確定漏磁檢測中的關鍵參數，提高漏磁信號檢測的分辨率。
1 漏磁檢測基本分析
1.1 檢測對象分析
本研究的檢測對象為乘客電梯所用的鋼絲繩，常用的規格一般為8×19S+FC-13mm, 其直徑為13mm。電梯鋼絲繩主要由股芯、繩芯、內外層鋼絲組成[2],其中內外鋼絲纏繞股芯構成繩股，多根繩股圍繞繩芯呈螺旋狀捻制成鋼絲繩。電梯鋼絲繩的主要材質為鋼絲，通常采用導磁性能良好的碳素鋼制成[3]。
展開 管道漏磁內檢測仿真APP助力管道缺陷診斷
因此需要對管道進行定期檢測，針對管道可能出現的各種類型缺陷進行識別。
漏磁內檢測原理：檢測器在管道內部移動時，鐵磁性材料（管壁）在檢測器磁路系統造成的強磁作用下會被磁化接近于飽和，而鐵磁性材料的磁導率因材料缺失影響顯著。當磁性材料沒有任何缺陷時，所有磁通全部通過管體，不會產生磁場泄露；但如果材料中存在缺陷，如裂縫或針孔等，則會導致局部磁導率發生變化，進而導致磁場線的扭曲和磁通的泄露。這些泄露的磁通可以在材料表面或近表面使用適當的探測器檢測到，并經過上位機處理后得到相應缺陷信息。
漏磁檢測原理圖
針對各種管道檢測數據分析，目前面臨缺陷樣本庫尚未建立、缺陷診斷與評估困難等問題。為精準給出缺陷尺寸、位置和種類，亟需開展多種管道缺陷的漏磁內檢測有限元仿真模擬，建立仿真缺陷樣本庫，為缺陷診斷與評估提供依據。
二、管道漏磁內檢測仿真APP解決方案
本案例以管道裂紋缺陷為例，采用多物理場仿真PaaS平臺伏圖對管道漏磁內檢查過程進行仿真分析，并將仿真模型和流程封裝成仿真APP。本案例對漏磁單元的管壁尺寸、管材磁導率、管徑尺寸、永磁體材料系數、探頭位置（提離值）、軛鐵材料、缺陷位置尺寸進行參數化建模。用戶可以通過變化獲取不同壁厚、不同缺陷位置、尺寸下的漏磁信號，為評估管道缺陷診斷提供理論參考。歡迎在線體驗：管道漏磁內檢測仿真 – Simapps Store – 工業仿真APP商店
1、仿真模型構建
漏磁內檢測結構單元由基體、磁鐵、磁鐵蓋板、鋼刷、探測器組成，下圖為漏磁內檢測單元的簡化模型。
展開 常壓儲罐分類、組成、管理及風險評估
02
無損檢測標準
常壓儲罐的導波檢測、漏磁檢測、超聲檢測和聲發射檢測可以參考國家標準或者機械行業標準，而磁粉檢測和滲透檢測則可以參考NB/T 47013-2015《承壓設備無損檢測》標準。
03
檢測手段
常壓儲罐的在役檢驗包括例行檢查、年度檢查和定期檢驗3種形式。
例行檢查是以目視為主的，近距離檢查儲罐外部狀況的檢查方式，包括儲罐是否存在滲漏、罐壁變形、沉降跡象以及罐體的保溫裝置、安全附件和相關配件的運行狀況等。年度檢查是為了保證儲罐在定期檢驗周期內的安全而進行的在線檢查，年度檢查以外部宏觀檢查為主，除例行檢查的內容外，還應包括壁板和頂板的厚度測定、基礎沉降檢測和防雷防靜電接地電阻檢測等。定期檢驗是按一定的檢驗周期對儲罐進行較全面的檢測，定期檢驗可根據實際情況采用在線檢驗方法或開罐檢驗方法。
定期檢驗主要包括：
（1）罐基礎的沉降檢測；
（2）安全附件的檢查；
（3）罐體的檢驗。
罐體的檢驗不僅包括罐底板、罐壁板及罐頂板的檢驗檢測，還包括對罐體內外防腐蝕涂層和保溫的檢查。
傳統的檢驗手段主要有：
（1）宏觀檢查；
（2）超聲測厚；
（3）表面缺陷檢測（磁粉/滲透）；
（4）埋藏缺陷檢測（超聲/射線）；
（5）罐底板漏磁檢測；
（6）真空試漏。
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02
無損檢測標準
常壓儲罐的導波檢測、漏磁檢測、超聲檢測和聲發射檢測可以參考國家標準或者機械行業標準，而磁粉檢測和滲透檢測則可以參考NB/T 47013-2015《承壓設備無損檢測》標準。
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檢測手段
常壓儲罐的在役檢驗包括例行檢查、年度檢查和定期檢驗3種形式。
例行檢查是以目視為主的，近距離檢查儲罐外部狀況的檢查方式，包括儲罐是否存在滲漏、罐壁變形、沉降跡象以及罐體的保溫裝置、安全附件和相關配件的運行狀況等。年度檢查是為了保證儲罐在定期檢驗周期內的安全而進行的在線檢查，年度檢查以外部宏觀檢查為主，除例行檢查的內容外，還應包括壁板和頂板的厚度測定、基礎沉降檢測和防雷防靜電接地電阻檢測等。定期檢驗是按一定的檢驗周期對儲罐進行較全面的檢測，定期檢驗可根據實際情況采用在線檢驗方法或開罐檢驗方法。
定期檢驗主要包括：
（1）罐基礎的沉降檢測；
（2）安全附件的檢查；
（3）罐體的檢驗。
罐體的檢驗不僅包括罐底板、罐壁板及罐頂板的檢驗檢測，還包括對罐體內外防腐蝕涂層和保溫的檢查。
傳統的檢驗手段主要有：
（1）宏觀檢查；
（2）超聲測厚；
（3）表面缺陷檢測（磁粉/滲透）；
（4）埋藏缺陷檢測（超聲/射線）；
（5）罐底板漏磁檢測；
（6）真空試漏。
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該如何對常壓儲罐進行風險分析和檢驗檢測？
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檢測手段
常壓儲罐的在役檢驗包括例行檢查、年度檢查和定期檢驗3種形式。
例行檢查是以目視為主的，近距離檢查儲罐外部狀況的檢查方式，包括儲罐是否存在滲漏、罐壁變形、沉降跡象以及罐體的保溫裝置、安全附件和相關配件的運行狀況等。年度檢查是為了保證儲罐在定期檢驗周期內的安全而進行的在線檢查，年度檢查以外部宏觀檢查為主，除例行檢查的內容外，還應包括壁板和頂板的厚度測定、基礎沉降檢測和防雷防靜電接地電阻檢測等。定期檢驗是按一定的檢驗周期對儲罐進行較全面的檢測，定期檢驗可根據實際情況采用在線檢驗方法或開罐檢驗方法。
定期檢驗主要包括：
（1）罐基礎的沉降檢測；
（2）安全附件的檢查；
（3）罐體的檢驗。
罐體的檢驗不僅包括罐底板、罐壁板及罐頂板的檢驗檢測，還包括對罐體內外防腐蝕涂層和保溫的檢查。
傳統的檢驗手段主要有：
（1）宏觀檢查；
（2）超聲測厚；
（3）表面缺陷檢測（磁粉/滲透）；
（4）埋藏缺陷檢測（超聲/射線）；
（5）罐底板漏磁檢測；
（6）真空試漏。
新興的檢驗手段主要有：
（1）聲發射在線檢測；
（2）導波檢測；
（3）機器人在線檢測技術；
（4）爬壁超聲波連續測厚技術。
展開 仿真APP助力石油化工設備設計優化，提高生產效率及安全性
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04 管道漏磁內檢測仿真APP
管道漏磁內檢測技術是一種新型且成熟的管道智能檢測手段。當管壁沒有缺陷時，磁力線被約束在管壁之內，幾乎沒有磁力線從表面穿出;當管壁存在缺陷或材料組織狀態發生變化，會使磁導率發生變化，缺陷處磁力線受排斥會穿出管壁產生漏磁。本APP可模擬不同缺陷位置的漏磁信號，提供漏磁場和缺陷的量化關系，達到預判和評價缺陷目的。
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05 電加熱攪拌罐內流場仿真APP
電加熱攪拌罐廣泛應用于涂料、醫藥、建材、化工、顏料、樹脂、食品、科研等行業，可根據用戶產品的工藝要求選用碳鋼、不銹鋼等材料制作，以及設置加熱、冷卻裝置，滿足不同的工藝和生產需要。
此仿真APP針對常見的四級直葉渦輪攪拌器，應用多重參考系模型進行電加熱攪拌罐內部流場的穩態仿真分析。用戶可通過電加熱攪拌罐內流場仿真APP改變槳葉的尺寸參數、改變流體介質類型、選擇運行工況等，一鍵計算即可得到云圖、矢量、流線等結果。
立即體驗：www.simapps.com/v/175215.html
06 LNG混凝土外罐自重分析仿真APP
LNG混凝土外罐是LNG全容罐的重要組成部分，其設計通常包括平底、帶球罐頂的圓筒形結構，由預應力混凝土構成，旨在提供足夠的強度和穩定性以容納和保護內部的LNG。自重分析對于LNG混凝土外罐至關重要，因為外罐需要承受自身的重量以及內部LNG的重量，同時還需要考慮在垂向及橫向加速度過載下的安全性能。通過自重分析，可以確保外罐在設計、制造和使用過程中具有足夠的安全裕量，以防止因自重過大而導致的結構破壞或失效。
展開 鍛件磁粉探傷技術與磁化設備的應用
根據本人在磁粉探傷中的體會，認為在磁粉檢測中應注意以下幾個問題。
圖11 熱處理缺陷磁痕
對受檢工件進行預處理
對受檢工件進行預處理目的是提高檢測靈敏度、減少工件表面的雜亂顯示，使工件表面狀況符合檢測要求，否則會掩蓋缺陷，造成漏檢，同時能夠延長磁懸液的使用壽命。
選擇正確的檢測方法
目前鍛件產品的種類除了鋼鍛件還有鋁鍛件，根據產品的材料選擇合適的探傷方法。操作工在接收到工件時應先了解產品材料及重要檢測位置和評級標準，不要急于干活而忽視了產品的性質。在檢測大型鍛件時，固定探傷機無法進行檢測時，可考慮磁軛法檢測。盲目操作極易產生錯檢。
操作方法應正確
如選擇固定式探傷機檢測時，要注意以下幾點：
磁化電流的調節，認真調節好磁化電流是磁化操作的基本要求，調節電流時先將電流表歸零，再逐步增大直到達到要求數值為止。
綜合性能鑒定，鑒定工作在每班檢測開始前進行。當采用靈敏度試片時，用規定的方法和電流進行磁化，試片上應清晰顯現出適當大小和數量的人工缺陷磁痕。
操作方法要正確，采用濕法時在工件通電的同時施加磁懸液，至少通電兩次，每次時間不得少于0.5s，磁懸液均勻潤濕后在通電數次，每次0.5 ～1s，檢驗可在通電的同時或斷電之后進行。
磁痕觀察、評定與記錄
觀察磁痕時，首先要對整體檢測面進行檢查，對磁粉顯示的分布大致了解。對一些體積太大或太長的工件，可以劃定區域分片觀察。如發現缺陷應拿記號筆標記清缺陷的位置、長度，方便返修后進行復檢，對一些重要的磁痕還應該采用照片復制方便保存。
結論
磁粉探傷技術的應用越來越廣泛，特別是在鍛件檢測中，使用的頻率較高。
展開 伏圖石油石化行業解決方案及仿真APP介紹
雙筒式壓力容器安定性分析
球閥內流場仿真分析
球形接管傳熱分析
管道漏磁檢測仿真分析
柱殼接管結構熱力耦合分析
轉彎通道順排橢圓管束流熱耦合分析
三、仿真APP實操案例
案例背景介紹
封頭是壓力容器的重要組成部分，在工作中不僅承受內部介質的壓力，同時承受接管位置的外部載荷，這些載荷相互作用將會對封頭的強度和使用壽命產生較大的影響。因此，如何高效、準確的預測封頭在內、外載荷作用下的強度，成為封頭設計中的重點和難點。
橢圓封頭結構仿真APP對1/2橢圓形壓力容器封頭進行了幾何、材料和載荷參數化建模，封裝了仿真分析流程、仿真的經驗和知識，用戶只需要調整幾何參數、材料參數、載荷參數，即可提交任務進行求解，從而快速得到橢圓形壓力容器封頭的變形和應力等計算結果，為封頭設計提供理論依據。歡迎在線體驗：帶接管橢圓封頭結構仿真 – Simapps Store – 工業仿真APP商店
封頭結構仿真流程
1.草圖繪制
通過伏圖草圖繪制界面繪制以下橢圓封頭橫截面。
展開 有關管道輸送企業風險管理的研究
三、輸油氣管道風險管理的特點
1.與時俱進的先進性
管道完整性管理體系的創建，不僅規范了新建管道風險識別的技術和方法，而且針對在役管道研發了高清漏磁內檢測設備，用以檢測管道內部及螺旋焊縫的腐蝕情況。徹底改變了運行多年的管道，內部腐蝕情況不明、曝露出的問題難以治理的被動局面。實現了對新建管道危害因素實施源頭控制，對在役管道危害識別、開展管道內檢測，綜合評價治理的多角度、全方位風險管理。
2.嚴謹的科學性
從管道設計、建設、投產運行的全過程對管道危害因素進行分類識別，并對識別出的危害進行定性、定量分析。
3.鮮明的目的性
通過管道檢測、危害識別、風險評價，制定有效的防范措施，降低管道運行風險。
4.精細的完整性
規范不僅對管道材質自身的缺陷提出了識別要求，而且對管道敷設的地質情況、地理環境、社會環境可能誘發的隱患提出了全面、詳細、具體的識別和評價標準。
四、輸油氣管道風險評價的實踐意義
在管道公司頒布的管道完整性管理規范中，將管道風險評價作為一個單獨的體系納入管道完整性管理
統中來。從輸油氣管道設計、建設、運行、管理全過程的危害因素予以識別和評價，在管道輸送企業創建了基于風險控制與管理的安全防范機制，對制定企業風險規避策略、杜絕特大事故、遏制重大事故發生、減少一般事故的安全管理目標，努力打造本質安全性企業，保證企業安全、協調、可持續發展具有重大的實踐意義。
如果從管道企業發展的進程的角度觀察，輸油企業從其創建之日起，就一直以安全管理為核心，并以此規范企業管理的各項制度、規程和整體管理機制。這種管理機制造就了企業員工高度警覺的安全意識，規范了員工履行職責的安全行為。維護了輸油氣生產設備安全，為企業創造了較高的經濟效益。
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