Detection of Metal Defects on Gas Distribution Pipeline by Remote Field Eddy Current (Rfec) Using Finite-Element Analysis
Analyse par la méthode des éléments finis de la détection des défauts métalliques d'un gazoduc en utilisant les courants de Foucault en champ lointain
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Korea Advanced Institute of Science and Technology
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Seoul City Gas Co
Corresponding author: jhyang@seoulgas. co. kr
It is necessary to find out whether there are metal defects on underground gas distribution pipelines without excavation in order to establish safety strategies for replacement or maintenance. The metal defects are classified into general corrosion, stress corrosion cracking, lamination, pits, and metal loss, which cause leak or partial damages to a gas pipeline. Therefore, it is required to develop an effective method in the form of an in-line inspection concept that could be implemented internally into a gas pipeline. In this study, theoretical formulations of the magnetic vector potential and magnetic flux density including axial and radial wave numbers based on Maxwell equations are presented analytically to find out the changes of amplitude and phase in the magnetic flux density and the consequent induced voltage which can be a criterion in the remote field eddy current principle for detecting the metal defects in gas pipelines. Three-dimensional finite-element analysis is also presented to analyze the physical phenomenon in metal defects according to each defect size, excitation frequency and moving velocity, which can overcome inaccuracy of the two-dimensional approach, using axisymmetry condition, and simulate local pit conditions occurred severely in real gas pipelines; otherwise only metal loss such as whole circumferential decrease in wall thickness can be modeled. Some experimental works are performed to validate the analytical and finite elemental results regarding the magnetic flux density and induced voltage in the detector.
Résumé
Pour établir des stratégies sécurisées de remplacement et maintenance des gazoducs souterrains, il est nécessaire de détecter leurs défauts métalliques, classifiés de la manière suivante : corrosion générale, fissuration par corrosion sous contrainte, lamination, trou, pertes métalliques provoquant des fuites et dommages partiels. C'est la raison pour laquelle une méthode efficace doit être développée, qui permette une inspection en ligne à l'intérieur du gazoduc. Dans cette étude, les formulations théoriques du potentiel vecteur magnétique et de la densité du flux magnétique, utilisant les nombres d'onde axial and radial basés sur les équations de Maxwell, sont présentées analytiquement pour évaluer les variations d'amplitude et de phase de la densité du flux magnétique, ainsi que la tension induite. Ces résultats peuvent constituer les critères d'application du principe d'utilisation des courants de Foucault en champ lointain pour détecter les défauts métalliques d'un gazoduc. Un calcul tridimensionnel par la méthode des éléments finis est également présenté pour analyser les défauts dans le métal en relation avec leur taille, la fréquence d'excitation et la vitesse de déplacement. Cette approche en trois dimensions permet de pallier l'inexactitude de l'approche bidimensionnelle axisymétrique, et peut simuler la présence de trous locaux dans les gazoducs. À défaut de cette approche, seules des pertes métalliques homogènes, comme par exemple la diminution de l'épaisseur de la paroi, peuvent être modélisées. Les résultats de l'analyse par éléments finis concernant la densité de flux magnétique et la tension induite dans le détecteur sont comparés à ceux d'études expérimentales.
© IFP, 2001