原油管道漏磁檢測(cè)技術(shù)影響因素分析

樊瑞

摘 要：闡述了漏磁檢測(cè)的原理，介紹了基于漏磁原理的檢測(cè)系統(tǒng)組成，以及在長(zhǎng)輸管道及工業(yè)管道檢測(cè)中的工程應(yīng)用。詳細(xì)分析了漏磁檢測(cè)技術(shù)的主要影響因素。指出國(guó)內(nèi)漏磁檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)外存在較大差距。國(guó)內(nèi)管道內(nèi)檢測(cè)已進(jìn)入立法階段，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的初稿已基本完成，未來漏磁檢測(cè)技術(shù)將在維護(hù)管道安全生產(chǎn)上發(fā)揮越來越重要的作用。

關(guān)鍵詞：管道;漏磁;檢測(cè)

引言

管道是能源（石油、天然氣）等的主要運(yùn)輸手段，被廣泛應(yīng)用于石油天然氣、化學(xué)品制造、金屬冶煉等行業(yè)。由于管道多數(shù)埋于地下并且貫穿的地域也較為廣闊，運(yùn)行的環(huán)境十分復(fù)雜，位置非常隱蔽，如果出現(xiàn)損壞和失效，常常會(huì)帶來巨額的經(jīng)濟(jì)虧損，同時(shí)還會(huì)帶來人員傷亡等事故，并對(duì)自然環(huán)境造成極大的破壞。為解決管道安全運(yùn)輸問題，世界上一些先進(jìn)國(guó)家早在20世紀(jì)60年代就開始管內(nèi)檢測(cè)設(shè)備的研制?，F(xiàn)階段，在非開挖的條件下所開展的管道腐蝕檢測(cè)措施有：漏磁通法、超聲法、渦流法、激光法等。在這當(dāng)中，由于漏磁通法在檢測(cè)過程中對(duì)環(huán)境的需求不高，從而變成了使用最普遍、技術(shù)最穩(wěn)定的管道損壞檢測(cè)技術(shù)，它適于多種傳輸介質(zhì)，對(duì)鋼管缺陷等較為常見的管道缺陷有著非常好的檢測(cè)效果。本文主要介紹漏磁法在長(zhǎng)輸管道及工業(yè)管道檢測(cè)中的應(yīng)用。

一、漏磁檢測(cè)原理

漏磁檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)原理，主要建立在鐵磁材料高磁導(dǎo)率的基礎(chǔ)之上，它的檢測(cè)原理。由于鋼管遭受腐蝕而出現(xiàn)的損壞處，其磁導(dǎo)率是比原鋼管的磁導(dǎo)率要小的多，鋼管在外界磁場(chǎng)的作用下被電磁化，當(dāng)鋼管沒有損壞時(shí)，則磁力線封閉于管壁之內(nèi)，均勻分布。如果管內(nèi)壁或外壁有缺陷，磁通路變窄，磁力線發(fā)生變形，部分磁力線將穿出管壁產(chǎn)生漏磁（MFL），漏磁場(chǎng)被位于兩磁極之間的、緊貼管壁的探頭檢測(cè)到，由于永磁體的磁化，沿著損壞管道的表面產(chǎn)生環(huán)形電流。這些電信號(hào)通過過濾、放大、數(shù)形轉(zhuǎn)變等處理之后被保存到檢測(cè)器中的硬盤中，通過檢測(cè)之后，再通過專用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放處理、判斷識(shí)別缺陷的存在。

關(guān)于漏磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以用安培環(huán)電流法分析和計(jì)算。安培在解釋鐵磁性材料的磁化和永磁體等現(xiàn)象時(shí)，提出了著名的環(huán)電流模型。他認(rèn)為，在鐵磁性物體的內(nèi)部充滿了小的環(huán)形電流，在未受磁化時(shí)，這些小的環(huán)電流的取向是完全無規(guī)則的，其磁性互相抵消，整個(gè)物體表現(xiàn)不出任何磁性，當(dāng)受到外磁場(chǎng)的作用之后，這些小電流轉(zhuǎn)向磁極沿外磁場(chǎng)方向排列，結(jié)果在物體的內(nèi)部電流互相抵消，在物體的表面上則形成了沿表面流動(dòng)的大的環(huán)電流，這種變化過程引起了磁場(chǎng)的改變。用上述模型很容易定性地解釋由缺陷造成的鐵磁性物體內(nèi)部磁力線的變化，并且還可以得出埋藏在材料內(nèi)部的缺陷同樣可以產(chǎn)生漏磁場(chǎng)這一重要理論。對(duì)于存在缺陷的管壁，當(dāng)檢測(cè)器通過時(shí)，由于永磁體的磁化，沿缺陷表面產(chǎn)生環(huán)電流。這個(gè)環(huán)電流正是產(chǎn)生漏磁場(chǎng)的源，可以用畢奧-薩格爾定律來計(jì)算漏磁場(chǎng)。漏磁通法已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最完善的管道檢測(cè)手段之一。

二、漏磁檢測(cè)技術(shù)主要影響因素分析

（一）磁化強(qiáng)度

磁化強(qiáng)度的確定多數(shù)情況下是以保障檢測(cè)靈敏性與降低磁化器所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為主要目的。當(dāng)磁化強(qiáng)度降低時(shí)，漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)的變小;當(dāng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度到達(dá)飽和度的90%時(shí)，缺損漏磁場(chǎng)的峰值會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而急劇上升。然而，當(dāng)鐵磁材料處于飽和狀態(tài)的時(shí)候，外磁場(chǎng)的強(qiáng)度增加對(duì)缺損磁場(chǎng)的影響并不是很大，所以，磁路的設(shè)計(jì)需要盡量讓被測(cè)對(duì)象到達(dá)近飽和的磁化狀態(tài)。

（二）缺損方位、深度與尺寸的影響

缺損的方位對(duì)漏磁檢測(cè)的精確性有著非常大的影響，當(dāng)缺損的平面與磁場(chǎng)方向相垂直時(shí)，所造成的漏磁場(chǎng)輕度是最強(qiáng)的。一般情況下，相同的缺損在管道表面上的時(shí)候，其漏磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度是最大的，同時(shí)隨著埋深的上升而慢慢降低，當(dāng)埋深足夠深時(shí)，漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度將逐漸逼近于零。所以，一般情況下可檢測(cè)的管道厚度在：6到15毫米之間。在靈敏度下降時(shí)，可以用來檢測(cè)的管道厚度為20毫米左右。

由于缺損的尺寸對(duì)于漏磁場(chǎng)的影響是比較大的，在寬度相同、深度不同的情況下，漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)隨著缺損深度的加深而逐漸加大，在特定范圍內(nèi)二者的關(guān)系近似于某種線性關(guān)系。缺損部分的寬度對(duì)于漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度影響并不是簡(jiǎn)單的變化，當(dāng)缺損的寬度較小時(shí)，隨著寬度的加大漏磁場(chǎng)會(huì)存在一定的上升趨勢(shì)。然而，當(dāng)寬度達(dá)到一定程度時(shí)，隨著寬度的增加，漏磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)反而會(huì)有所降低。

（三）提離值對(duì)漏磁場(chǎng)的影響

當(dāng)提離值大于裂紋寬度的2倍時(shí)，隨著提離值的不斷增加，漏磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)急劇降低。因此，傳感器的支架需要探頭在掃描檢測(cè)時(shí)保持提離高度的恒定，多數(shù)情況下需要小于2毫米。

（四）掃描速度的影響

在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要盡可能的保持勻速，掃描速度會(huì)很大程度上導(dǎo)致漏磁信號(hào)的不同，但多數(shù)情況下不會(huì)導(dǎo)致誤判。而突然的加速或減速，會(huì)使電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流噪音。管道漏磁檢測(cè)器在原油管道內(nèi)掃描的最佳速度為1m/s，Pipescan探頭最佳掃描速度為450mm/s。

（五）表面涂層的影響

壓力管道表面的油漆等涂層的厚度對(duì)檢測(cè)的靈敏度影響非常大，隨著涂層厚度的增加，檢測(cè)靈敏度急劇下降。從目前的儀器性能來看，當(dāng)涂層厚度≥6mm時(shí)，已經(jīng)無法獲得有效的缺陷識(shí)別信號(hào)了。

（六）管道表面粗糙度的影響

表面粗糙度的不同使傳感器與被檢表面的提離值發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，從而影響了檢測(cè)靈敏度的一致性，另外還會(huì)引起系統(tǒng)的振動(dòng)而帶來噪聲，所以，要求被檢表面盡量光滑平整。

（七）氧化皮及鐵銹的影響

表面的氧化皮、鐵銹等雜物，可能在檢測(cè)過程中產(chǎn)生偽信號(hào)，在檢測(cè)過程中應(yīng)及時(shí)確認(rèn)或復(fù)檢。

三、結(jié)語(yǔ)與展望

管道中的缺損檢測(cè)技術(shù)是國(guó)外及國(guó)內(nèi)所公認(rèn)的管道檢測(cè)手段，全球早已進(jìn)行了立法實(shí)行。我國(guó)的管道檢測(cè)也已經(jīng)邁入了立法階段，相關(guān)規(guī)范已經(jīng)編纂完成。而基于漏磁原理的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)最為成熟與適用。目前該技術(shù)設(shè)備主要應(yīng)用于長(zhǎng)輸管道，工業(yè)管道的應(yīng)用案例非常有限。事實(shí)上，漏磁檢測(cè)技術(shù)對(duì)鐵磁性工業(yè)管道全長(zhǎng)度范圍內(nèi)的腐蝕缺陷具有一定的檢測(cè)能力，尤其能檢測(cè)管道內(nèi)表面腐蝕狀態(tài)，豐富了無損檢測(cè)手段。同時(shí)，應(yīng)用該技術(shù)可以更準(zhǔn)確評(píng)價(jià)管道的安全性能，為管道設(shè)備的科學(xué)管理提供依據(jù)，避免漏檢，減少管道檢修的盲目性，節(jié)約資金，避免非計(jì)劃停車，該技術(shù)設(shè)備將在以后工業(yè)管道檢測(cè)中得到更為廣泛應(yīng)用。

遺憾的是管道漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在國(guó)際上屬于壟斷技術(shù)，僅限國(guó)際上少數(shù)幾家掌握該項(xiàng)技術(shù)。國(guó)內(nèi)在該技術(shù)領(lǐng)域已得到了較廣泛的關(guān)注，在一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)已開展該技術(shù)的研究。目前，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)雖然起步較晚，但是起點(diǎn)較高?，F(xiàn)已全面開展在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)水平的關(guān)鍵技術(shù)的研究，且已取得初步成果。借助國(guó)內(nèi)的技術(shù)力量，并將國(guó)際上成熟的檢測(cè)成果應(yīng)用到科研產(chǎn)品中去，是使我國(guó)的漏磁檢測(cè)器研制水平在短時(shí)間內(nèi)躋身國(guó)際先進(jìn)行列的捷徑。未來漏磁檢測(cè)技術(shù)必將在維護(hù)管道安全生產(chǎn)上發(fā)揮越來越重要的作用。

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