1 概述

供熱管道隨著服役時間的增長，會發(fā)生腐蝕、變形甚至破裂

，這些損傷嚴(yán)重威脅管道的運(yùn)營安全，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。及時有效地檢測在役管道的運(yùn)營狀況是保障能源安全輸送的重要環(huán)節(jié)之一，其中檢測熱力金屬管道的腐蝕狀況是管道安全性評價的關(guān)鍵依據(jù)。

脈沖渦流檢測技術(shù)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的時間域人工源電磁無損檢測方法，常規(guī)的脈沖渦流檢測裝置一般采用小尺寸放置式線圈，用于檢測復(fù)雜構(gòu)件不同深度的缺陷?；诿}沖渦流檢測的特點(diǎn)，本文提出大尺寸探頭脈沖渦流檢測技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)埋深在1 500 mm以內(nèi)的熱力管道非開挖在役無損檢測，建立了脈沖渦流檢測熱力管道的電磁場模型，利用基于非均勻網(wǎng)格技術(shù)的時域有限差分算法正演熱力管道模型的脈沖渦流響應(yīng)特征，設(shè)計相應(yīng)的檢測實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證正演結(jié)果的可靠性。脈沖渦流法受周圍地形、熱力管道運(yùn)營情況的影響較小，并且可以較為準(zhǔn)確地獲得被檢管道的缺陷信息，具有良好的應(yīng)用前景。

由圖6(a)可知,彎曲梁的受力情況與微納測頭受Z向載荷時支撐梁的受力情況是一致的，故支撐梁彎曲時試函數(shù)與式(1)相同。

3.將需要改擴(kuò)建的教學(xué)科研用房、師生活動用房和行政管理用房等存量項(xiàng)目，鑒于前面分析的原因，適用于ROT模式，付費(fèi)機(jī)制可以采用政府付費(fèi)或者可行性缺口補(bǔ)助。

近年來，“雙創(chuàng)”浪潮如雨后春筍般涌現(xiàn)。在教育部提出的方針和政策的指引下，應(yīng)用型本科院校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育開展得如火如荼,各類課程也將對學(xué)生創(chuàng)新意識的激發(fā)和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)融入其中，緊跟時代的需求，積極改革。電子商務(wù)是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要載體和平臺，電子商務(wù)課程改革勢在必行。

2 方法

2.1 大尺寸脈沖渦流檢測

脈沖渦流(pulsed eddy current，PEC)檢測技術(shù)也稱為暫態(tài)渦流檢測技術(shù)，其基本原理是采集線圈關(guān)斷后被檢試件產(chǎn)生的電磁場，通過分析被檢試件感應(yīng)出來的渦流場得到試件的厚度或缺陷等信息

。與傳統(tǒng)渦流檢測不同，脈沖渦流檢測采用的激勵是方波或階躍信號，傳感器采集的是以被檢試件為中心的系統(tǒng)脈沖或者階躍響應(yīng)。因此，接收信號頻率成分豐富，在較大距離下仍可得到檢測信號，對大面積的金屬腐蝕檢測有效。

根據(jù)管道的埋深，設(shè)計大尺寸脈沖渦流檢測探頭，外觀見圖1a。探頭外殼采用高級尼龍材質(zhì)一體成型，堅(jiān)固耐磨，不易變形，銅質(zhì)漆包線線圈嵌入外殼槽中并封裝。外框?yàn)槊}沖渦流信號發(fā)射線框，邊長為1 000 mm，內(nèi)框?yàn)楦袘?yīng)信號接收線框，邊長為500 mm。此種檢測探頭稱為中心回線檢測裝置，既能夠減小收發(fā)線圈間互感，又能與被檢管道有較好的耦合。通過改變發(fā)射和接收線圈的匝數(shù)、線圈邊長、線圈直徑、線路中阻尼電阻等方法實(shí)現(xiàn)匹配，盡可能使接收線圈工作在臨界阻尼狀態(tài)，這樣才能使接收的信號不振蕩失真，并準(zhǔn)確反映檢測目標(biāo)的信息。通過綜合調(diào)整檢測系統(tǒng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)發(fā)射線圈為30匝、直徑為1 mm且接收線圈為60匝、直徑為1 mm時，對埋深在1 500 mm以內(nèi)的管道能夠獲得較好的檢測信號。

首先，農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)生產(chǎn)生活條件差，特別是種養(yǎng)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境差，沒有穩(wěn)定的職稱、收入與福利保障，難以吸引優(yōu)秀人才。

脈沖渦流檢測原理見圖1b。大尺寸脈沖渦流檢測探頭平鋪放置在熱力管道上方地面上，并在發(fā)射線圈中加載階躍電流，則在一定時間內(nèi)，線圈周圍建立穩(wěn)定的一次磁場。關(guān)斷激勵電流時，管道周圍已經(jīng)形成的一次磁場在一定時間內(nèi)逐步減弱直至消失

，在一次磁場減弱的過程中周圍空間會形成變化的二次磁場。二次磁場會使接收線圈中形成逐漸減弱的感應(yīng)電動勢。在電流完全關(guān)斷以后，間隔一段時間，盡可能使一次磁場的影響消除。利用接收線圈兩端感應(yīng)電壓反映二次磁場的信息，以此判斷熱力管道的腐蝕狀況。

2.2 時域有限差分算法[4-6]

根據(jù)時域有限差分算法的原理，編制計算軟件對模型進(jìn)行仿真模擬。脈沖渦流檢測涉及的電磁場是時間域電磁場，時域有限差分算法是一種直接在時間域求解電磁場的方法，可展現(xiàn)電磁場在地下隨時間傳播的全過程。其主要原理是以有限差分算法為基礎(chǔ)，利用離散方程組對電磁場進(jìn)行數(shù)值模擬，將連續(xù)的電磁場方程組離散成有限差分方程組，并在空間域和時間域中采樣電磁場。采用時域有限差分算法計算脈沖渦流電磁場時，為了獲得穩(wěn)定的數(shù)值解，并盡可能減少計算時間，需要綜合考慮網(wǎng)格剖分、激勵源的施加和邊界條件的處理。經(jīng)過時域有限差分?jǐn)?shù)值模擬過程，最終得到接收線圈兩端的感應(yīng)電壓。

在發(fā)射線圈(探頭)所影響的范圍內(nèi)(2.5 m之內(nèi))，主要影響接收線圈的感應(yīng)電動勢的因素就是管道的阻抗。檢測環(huán)境中空氣、土壤和管道內(nèi)介質(zhì)的阻抗對感應(yīng)電動勢的影響微乎其微。因此整個模型中不需要考慮空氣、土壤和管道內(nèi)的介質(zhì)。管道無保溫層。

① 非均勻網(wǎng)格剖分

在環(huán)狀腐蝕長度保持不變的情況下，通過調(diào)整腐蝕深度來觀察壁厚變化對脈沖渦流感應(yīng)電壓的影響。保持腐蝕長度為100 mm不變，腐蝕深度分別為3.5 mm、10.5 mm、17.5 mm和28 mm時，對應(yīng)腐蝕相對深度分別為10%、30%、50%和80%的模型，其他參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)管一致。分析環(huán)狀槽中心位置正上方測點(diǎn)的感應(yīng)電壓特征，見圖5～6。圖5中對中期信號區(qū)間感應(yīng)電壓局部放大，可以看出感應(yīng)電壓整體變化趨勢較大，且感應(yīng)電壓相差較大。隨著壁厚減薄程度的增大，金屬減少量增大，感應(yīng)電壓分離趨勢明顯，且感應(yīng)電壓逐漸減小。圖6中對晚期信號區(qū)間感應(yīng)電壓局部放大，可以看出感應(yīng)電壓整體呈直線下降趨勢，隨著壁厚減薄程度的增大，感應(yīng)電壓逐漸增大，但晚期感應(yīng)電壓差異遠(yuǎn)小于中期感應(yīng)電壓差異。

建立有限空間的仿真模型，即三維截斷空間模型，對此模型區(qū)域進(jìn)行非均勻網(wǎng)格剖分，然后對單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序。為了將自變量離散化，在單元節(jié)點(diǎn)、空間坐標(biāo)位置之間建立映射關(guān)系。在單元網(wǎng)格棱邊和面中心上施加電場和磁場的偏微分方程并且計算單元網(wǎng)格中的未知量。為了達(dá)到網(wǎng)格剖分效率和精度之間的平衡，在熱力管道周圍使用細(xì)網(wǎng)格劃分，離熱力管道較遠(yuǎn)的部分采用漸進(jìn)網(wǎng)格劃分，見圖2。

② 初始條件

桑干河流域地處內(nèi)陸高原，屬北溫帶較干燥的大陸性氣候，受季風(fēng)影響強(qiáng)烈，并具有山區(qū)氣候特征。根據(jù)山陰縣縣城氣象站資料，多年平均降水量362.4 mm，主要集中在7～8月份，多年平均氣溫7.6℃，年內(nèi)1月份平均氣溫最低，7月份平均氣溫最高，多年平均風(fēng)速為2.6 m/s，汛期最大風(fēng)速達(dá)20.0 m/s，多年平均蒸發(fā)量為1 967 mm，最大凍土深為1.47 m，無霜期為171 d，出現(xiàn)大風(fēng)天數(shù)為17.4 d。

② 不同腐蝕深度

設(shè)置截斷邊界且在邊界處施加吸收邊界條件，模擬電磁波在截斷邊界處向無限空間傳播的過程，并使截斷邊界處不引起電磁波的明顯反射，即三維截斷空間模型。本文選取適合熱力管道模型的三維截斷邊界的吸收邊界條件，它是基于卷積和復(fù)頻移遞歸的理想匹配層(Perfectly Matched Layer，PML)的拉伸坐標(biāo)形式，具有很強(qiáng)的魯棒性，且該方法在非均勻、有損耗、各向異性、色散或非線性介質(zhì)模型中不需要進(jìn)行任何修改就可以應(yīng)用，針對細(xì)長結(jié)構(gòu)、尖角或低頻激勵的復(fù)雜電磁結(jié)構(gòu)也具有較好的吸收效果。

3 結(jié)果與討論

3.1 模型仿真結(jié)果

管道敷設(shè)時，受實(shí)際環(huán)境的影響而存在不同的埋深。設(shè)置5種管道埋深：500 mm、600 mm、800 mm、1 000 mm、1 200 mm，在管道中間位置設(shè)置長度為100 mm、深度為3.5 mm的環(huán)狀腐蝕，其余參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)管相同。分析環(huán)狀腐蝕中心位置正上方測點(diǎn)的感應(yīng)電壓特征，見圖9。不同埋深下的觀測曲線差異明顯，感應(yīng)電壓隨管道埋深增大而逐漸減小。這是因?yàn)橐淮未艌龅膫鞑ヅc距離有關(guān)，埋深越大，穿過管道的衰減信號越小，接收線圈的感應(yīng)電壓也就越小。

① 不同腐蝕長度

用初始條件來表征場源的施加過程。地面網(wǎng)格上施加電壓，電壓的峰值是5 V，激勵時間為2 s，電壓施加在發(fā)射線圈兩端。在磁場擴(kuò)散未到達(dá)熱力管道過程中，使用均勻半空間的方程解電磁場的分布情況，并且場源使用電磁場施加在地面空氣邊界條件上的延拓網(wǎng)絡(luò)。熱力金屬管道腐蝕檢測是小范圍的檢測，埋深較淺，可以把局部土壤介質(zhì)看作均勻無變化。

保持腐蝕深度為10.5 mm不變，通過模擬不同腐蝕長度來代表面積型腐蝕的大小，分析環(huán)狀腐蝕缺陷中心位置正上方地面處測點(diǎn)的感應(yīng)電壓特征，見圖4。圖4中對中期信號區(qū)間感應(yīng)電壓局部放大，可以看出不同腐蝕長度的管道感應(yīng)電壓整體變化趨勢較大，且感應(yīng)電壓相差較大。隨著腐蝕長度的增大，金屬量減少量增大，感應(yīng)電壓逐漸減小。

③ 邊界條件

為增加經(jīng)濟(jì)效益，也可把形體優(yōu)美（不管大小個）靈芝挑選出來，刷掉孢子粉和泥土，放至蒸鍋內(nèi)蒸紅（5～10分鐘），出鍋曬干或烘干，精心保管，留做工藝靈芝。

綜上所述，觀測中期的脈沖渦流響應(yīng)信號能夠較好地反映腐蝕信息，隨著金屬減少量的增大，感應(yīng)電壓逐漸減小。當(dāng)腐蝕長度為100 mm、腐蝕相對深度為10%時，中期信號仍有較好的反映。

凹槽深度為1.5 mm時，不同腐蝕長度的管道模型腐蝕中心位置測點(diǎn)的中期和晚期信號區(qū)間感應(yīng)電壓衰減曲線見圖10～11。從圖10～11的局部放大圖中可以看出，不同長度的腐蝕，中期和晚期單點(diǎn)衰減曲線區(qū)分明顯，感應(yīng)電壓變化趨勢一致。圖10的中期信號區(qū)間，隨著腐蝕長度的增大，金屬減少量增大，感應(yīng)電壓逐漸減小，且感應(yīng)電壓變化明顯。圖11的晚期信號區(qū)間，隨著腐蝕長度增大，金屬減少量增大，感應(yīng)電壓增大，感應(yīng)電壓的變化量小于中期信號區(qū)間的變化量。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，選取了3種管徑的埋地管道進(jìn)行數(shù)值模擬，外直徑分別為219 mm、273 mm和325 mm。在管道中間位置設(shè)置長度為100 mm、深度為3.5 mm的環(huán)狀腐蝕，其他參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)管相同。分析環(huán)狀腐蝕中心位置正上方測點(diǎn)的感應(yīng)電壓特征，見圖7～8。圖7中對中期信號區(qū)間感應(yīng)電壓局部放大，不同管徑感應(yīng)電壓變化趨勢相同，但隨著管徑增大，感應(yīng)電壓變化趨勢分離點(diǎn)提前，分離前感應(yīng)電壓隨著管徑的增大而減小，分離后感應(yīng)電壓隨管徑的增大而增大。圖8中晚期信號區(qū)間感應(yīng)電壓局部放大，可以看出感應(yīng)電壓整體呈直線下降趨勢，但隨著管徑的增大而增大。

④ 不同埋深

為了分析熱力管道腐蝕缺陷產(chǎn)生的脈沖渦流響應(yīng)特征，設(shè)計不同長度和不同深度的環(huán)狀凹槽缺陷來模擬管道腐蝕，采用時域有限差分算法對模型進(jìn)行正演計算，觀察探頭接收線圈感應(yīng)電壓變化情況。環(huán)狀凹槽腐蝕模型剖面見圖3。分別設(shè)置腐蝕長度為100 mm、150 mm、200 mm、300 mm、400 mm、500 mm的模型，管道長度

為4 000 mm，外直徑

為273 mm，標(biāo)準(zhǔn)壁厚

為35 mm，管道中心埋深為1 000 mm。本文中，中心埋深指管道中心距地表的距離。埋深指管道頂點(diǎn)距地表的距離。設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)管為無腐蝕的管道，其他參數(shù)與上述一致。

泰順“百家宴”作為一項(xiàng)盛大的元宵節(jié)慶民俗活動，其民俗構(gòu)成完整且復(fù)雜，對它的民俗構(gòu)成進(jìn)行仔細(xì)梳理有助于我們更好地進(jìn)行研究工作，也有助于發(fā)展其現(xiàn)實(shí)意義，使其在新時代下煥發(fā)新的生命力。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

通過對仿真結(jié)果的分析，可以得到腐蝕長度、腐蝕深度、管徑、埋深等因素變化產(chǎn)生的脈沖渦流響應(yīng)特征，感應(yīng)電壓與影響因素之間呈現(xiàn)一定關(guān)系，但這些關(guān)系是否正確還需通過模型試驗(yàn)來驗(yàn)證。由于仿真結(jié)果是在理想化的假設(shè)條件下通過近似計算得到的電磁場，與實(shí)際的檢測結(jié)果在數(shù)值上必然存在一定差異。因此，試驗(yàn)驗(yàn)證主要從定性角度來驗(yàn)證感應(yīng)電壓的變化特征。試驗(yàn)場地選擇周圍沒有明顯金屬物質(zhì)和人文電磁干擾的場地進(jìn)行，試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎脽崃艿莱Ｓ玫?0號鋼無縫鋼管。管道外徑為140 mm，標(biāo)準(zhǔn)壁厚為8 mm，長度為4 000 mm，在管道中心位置打磨環(huán)狀凹槽來模擬腐蝕缺陷，凹槽長度分別為200、400、600 mm，凹槽深度為1.5、3、4.5 mm。管道中心埋深為1 000 mm，施加的電壓為12 V，電流為4 A，頻率為12 Hz。

① 不同腐蝕長度

③ 不同管徑

本著持續(xù)改善的原則，還應(yīng)從課程內(nèi)容更新、考核內(nèi)容與考核方法等方面入手，使該課程逐漸形成系統(tǒng)、柔性、完善的多元化教學(xué)體系。

② 不同腐蝕相對深度

凹槽長度為200 mm時，不同腐蝕相對深度的管道模型腐蝕中心位置測點(diǎn)的中期和晚期信號區(qū)間感應(yīng)電壓衰減曲線見圖12～13?？梢钥闯?，不同腐蝕相對深度，中期和晚期單點(diǎn)衰減曲線區(qū)分明顯，感應(yīng)電壓變化趨勢一致。圖12的中期信號區(qū)間，隨著腐蝕相對深度增大，金屬減少量增大，感應(yīng)電壓逐漸減小，且感應(yīng)電壓信號變化明顯。圖13的晚期信號區(qū)間，隨著腐蝕相對深度增大，金屬減少量增大，感應(yīng)電壓增大，感應(yīng)電壓的變化量小于中期信號的變化量。

③ 不同管徑

混凝-加核絮凝組合工藝將無機(jī)混凝與有機(jī)混凝相結(jié)合，既能體現(xiàn)出有機(jī)混凝與無機(jī)混凝的“吸附架橋”作用，又能發(fā)揮出介孔材料的“加速沉降”作用，攜帶出更多的污染物，恰當(dāng)?shù)貜浹a(bǔ)了無機(jī)混凝法與有機(jī)混凝法各自存在的缺陷，對大分子有機(jī)污染物、膠體狀污染物和一部分細(xì)小懸浮物處理效果明顯，但是對小分子有機(jī)污染物處理效果較差。

設(shè)置2種不同管徑的模型，外直徑分別為140 mm和160 mm，腐蝕長度200 mm，腐蝕深度1.5 mm。2種管徑模型腐蝕中心位置測點(diǎn)的中期和晚期信號區(qū)間感應(yīng)電壓衰減曲線見圖14～15?？梢钥闯?，不同管徑模型的中期和晚期單點(diǎn)衰減曲線區(qū)分明顯，感應(yīng)電壓變化趨勢一致。感應(yīng)電壓均隨著管徑增大而增大。在管道壁厚及腐蝕處剩余壁厚相同的條件下，管徑越大，管體的金屬量越大，產(chǎn)生的脈沖渦流響應(yīng)信號就會越強(qiáng)，即感應(yīng)電壓越大。

④ 不同埋深

設(shè)置不同埋深的熱力管道進(jìn)行試驗(yàn)，埋深分別為600、800、1 000、1 400 mm，外直徑為140 mm，腐蝕長度200 mm，腐蝕深度1.5 mm。管道模型腐蝕中心位置測點(diǎn)的感應(yīng)電壓衰減曲線見圖16。曲線前期重合，中期信號區(qū)間開始分離，相同時刻隨著管道埋深增加，感應(yīng)電壓減小。根據(jù)脈沖渦流檢測原理，引起這種變化的原因是隨著管道埋深增大，一次磁場衰減深度產(chǎn)生變化及二次磁場向上傳播距離變化引起感應(yīng)電壓減小。

4 結(jié)論

① 利用非均勻網(wǎng)格的時域有限差分算法仿真模擬了不同長度、不同深度的環(huán)狀凹槽，以及不同管徑和不同埋深的情況，對于大多數(shù)情況，中期感應(yīng)電壓差異大于晚期感應(yīng)電壓差異，因此選擇中期信號區(qū)間的感應(yīng)電壓來分析。

② 在中期信號區(qū)間內(nèi)，凹槽長度或深度增加，金屬量減少量增大，則感應(yīng)電壓越小。隨著管道埋深增大，感應(yīng)電壓逐漸減小。試驗(yàn)得到的規(guī)律與仿真模擬一致。

③ 不同管徑的模擬結(jié)果顯示，在中期信號區(qū)間會出現(xiàn)一個趨勢反轉(zhuǎn)點(diǎn)，在反轉(zhuǎn)點(diǎn)以前，隨著管徑增大，感應(yīng)電壓逐漸減?。辉诜崔D(zhuǎn)點(diǎn)之后，隨著管徑增大，感應(yīng)電壓逐漸增大。在試驗(yàn)中，中期信號區(qū)間放大結(jié)果顯示，隨管徑增大，感應(yīng)電壓增大。

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