長輸管道漏磁內(nèi)檢測缺陷識別方法

賈東勝

（國家管網(wǎng)集團（福建）應急維修有限責任公司，福建 莆田 351254）

漏磁內(nèi)檢是在管道內(nèi)部安裝相應的檢測設備，使管道內(nèi)的金屬變形能夠快速準確的定位腐蝕點，保證第一時間對管道進行修復，從而可以保障管道長期穩(wěn)定運行。

1 管內(nèi)漏磁檢測技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，美國、英國、德國、加拿大等國在漏磁檢測技術研究方面處于領先地位。德國公司開發(fā)的漏磁檢測設備技術相對成熟，擁有數(shù)十種漏磁模式，能為3英寸至80 英寸的管道提供超聲波傳感器，并提供各種各樣的檢測方法。近年來，我國對化學管道泄漏檢測技術的研究越來越重視。清華大學、上海交通大學、天津大學等相關基礎研究處于前沿。2005 年，中石油與清華大學聯(lián)合研制了石油天然氣管道腐蝕缺陷磁通探傷儀。首次研制成功的高清晰度管道漏磁檢測儀填補了我國油氣管道高清晰度檢測技術領域的空白。2013 年，我國油氣管道檢測公司研制了國內(nèi)首臺直徑711mm 的三軸高清漏磁檢測儀。隨后，該裝置在西南氣田進行了試驗，與國外的試驗裝置不同，主要是由于軟件設計中沒有建立信號與故障特征參數(shù)之間的關系[1]。

2 管道腐蝕檢測技術適用范圍

管道腐蝕檢測技術主要用于管道壁面變化的測量和分析，一般采用超聲波、渦流、漏磁等方法。超聲檢測原理簡單，檢測時不考慮管材雜質的影響，在墻壁較厚的情況下，可以實現(xiàn)對大口徑管材的準確檢測，并且數(shù)據(jù)直觀、不需要復檢，試驗后管道的使用壽命和檢修室為確定方案提供了很大的便利，但也有一定的缺點，如空氣介質下衰減速度快，需要有油或水等超聲波傳播介質。渦流檢測法則是將交流線圈包裹金屬管，此時線圈內(nèi)部和附近產(chǎn)生交流磁場，在樣品中產(chǎn)生渦輪機感應交流或者是渦流，渦流檢測的準確性不僅取決于交流電，還取決于導電率、磁導電率，也取決于樣品的形狀和尺寸，及線圈的距離和表面是否有裂紋，因此需要測量線圈和渦流引起的磁場變化，并且確保其他因素相對固定，如電導率、保持缺陷信息等；還需要估計樣品中渦流的大小和位相，及獲得材料狀態(tài)和其他物理量，如形狀、尺寸等。渦流測試方法有腐蝕孔、裂紋，雖然可以應用于總腐蝕和局部腐蝕等各種黑色和有色金屬，但回流在鐵材料中的滲透性很低，只能用于檢查表面的腐蝕。此外，內(nèi)部質量缺陷包括內(nèi)部分層和功率差異，內(nèi)部分層通常根據(jù)分層區(qū)域的大小來評估結構的影響，分層主要是由于防止孔間隙的變大，如果沒有影響施工速度，復合材料的層間強度會受到影響，導致結構強度下降，降低的強度可能無法滿足當前設計要求結構，金屬表面的腐蝕物也會導致測量結果出現(xiàn)誤差，同時測量結果與被測金屬的導電性密切相關。為了提高測量精度，被測系統(tǒng)將保持恒溫。漏磁檢測方法和漏磁檢測儀都利用了磁感應原理，利用永磁體對管壁進行飽和磁化，形成被測管壁和磁路。如果管壁無缺陷，則磁力線限制在管壁上。當存在時，磁力線穿透管壁出現(xiàn)漏磁問題，主探頭向金屬損耗區(qū)發(fā)出磁信號。探頭可區(qū)分管道內(nèi)外壁金屬損耗缺陷，集成系統(tǒng)可實時記錄管道距離信息。地面識別系統(tǒng)可以記錄探測器的準確時間，并將采集到的行駛距離信息進行組合。因此，周向傳感器可以在準確確定故障管道的距離位置的同時確定故障管道的周向位置[2]。

3 新興技術分析

隨著一些技術日趨成熟，新型檢測技術被應用于管道內(nèi)部腐蝕的檢測。與漏磁檢測技術相結合，電子超聲檢測技術是一種在線檢測技術，不需要接觸和粘結，不受材料形狀和表面粗糙度的限制。熱軋鋼板具有易產(chǎn)生各種超聲波波形、溫度高、腐蝕在線檢測和高速運行等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，但管道內(nèi)的檢測設備較少。室內(nèi)渦流檢測技術是基于耐候型渦流探傷機的，該儀器與管道爬行機器人結合使用，表面探傷采用小徑管，目前的研究成果很少，在線檢測已經(jīng)獲得了定制的合同，超聲波探傷技術可以在一個檢測點上檢測到100%的長距離管道，其他檢測方法可用于可疑部件的最終評估。圖像質量和圖像分析軟件識別缺陷的能力取決于工業(yè)內(nèi)窺鏡的圖像質量和分析。為保證相對準確的故障定位，采用合適的檢測方法顯得尤為重要。綜合分析是目前管道腐蝕檢測的第一步，漏磁檢測技術具有以下特點：一是可以在線檢測，不中斷管道運行；二是它具有成本效益高的特點，傳感器與計算機相結合，適合組成自動檢測系統(tǒng)，設備自動化程度高，可實現(xiàn)快速檢測，且測試成本低；三是可以同時檢查管道內(nèi)部和外部缺陷。

4 漏磁檢測設備的技術原理及組成

4.1 漏磁檢測技術的基本原理

此技術是基于鐵磁材料的高磁導率，材料在外界磁場的作用下磁化，當材料沒有缺陷時，大部分磁場線都會通過材料，但小部分磁力線會從材料表面泄漏，在缺陷表面的一部分區(qū)域形成漏磁場，漏磁信號可根據(jù)缺陷的幾何學形態(tài)而變化，因此孔部件的磁場傳感器檢測電路用于檢測磁場的變化，并根據(jù)漏磁信號判斷故障狀態(tài)（如圖1 所示）。

圖1 漏磁檢測原理

4.2 管道漏磁檢測系統(tǒng)構成

為了適應長輸油管道的結構特點，在線檢測器一般采用節(jié)點式結構，只與萬向節(jié)相連，動力源在連接器上安裝了一個比管道內(nèi)徑稍大的橡膠碗，阻擋了管道介質的流動，產(chǎn)生了推動力，使整個裝置向前移動（如圖2 所示）。

圖2 漏磁檢測系統(tǒng)構成

內(nèi)部檢測裝置以管道輸送介質為位移驅動，主要包括牽引部分、測量部分、信號記錄部分和電池部分。牽引接頭主要取決于動力杯的工作功率，測量部分由磁化器和霍爾傳感器組成；永久磁鐵裝置和繼電器刷的主要功能是磁化管壁；霍爾探針主要用于漏磁檢測；信號記錄部分是檢測的核心部分，主要由數(shù)據(jù)處理計算機控制。電池節(jié)點主要用于給設備供電，通過連接附加的積分輪和記錄區(qū)間，在管道內(nèi)的感應器確定相對位置，利用管外積分校正裝置進行準確的故障定位。距離校正裝置為活動輪記錄裝置，由外部標識校準裝置和同步時間校準裝置組成，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)分析和處理軟件組成，整個系統(tǒng)運行后可得到測試結果。

4.3 檢測流程

內(nèi)檢測器性能指標主要表征了內(nèi)檢測器系統(tǒng)探測、定位、識別、表征和測量管道異常、部件和管道特征的能力，包括能識別的特征、異常的類型、檢測閾值、檢測概率、相應的識別概率、尺寸量化和表征精度、里程和周向測量精度及相關限制條件（磁化水平、檢測速度、壁厚、清潔度等、異常點的角度和分類）等。漏磁內(nèi)檢測器性能評估過程應基于歷史數(shù)據(jù)、牽拉試驗、開挖驗證、數(shù)據(jù)質量檢查，通過統(tǒng)計分析方法建立和驗證檢測器性能規(guī)格中具有統(tǒng)計意義的檢測閾值、POD、POI、檢測器缺陷量化精度、定位精度等性能規(guī)格指標。

首先，檢測過程確認，主要包括：檢測期間運行條件、管道路徑；檢測器安裝、調試、運行等過程監(jiān)督；數(shù)據(jù)批量處理、過濾、整理、數(shù)據(jù)分析規(guī)則；內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的確認、評估過程管理；管道部件和附屬物與報告位置的初步比對，對檢測器部分指標進行初步確認。

其次，通過歷史數(shù)據(jù)對檢測器進行評估：歷史數(shù)據(jù)包括相同運行工況和檢測系統(tǒng)的其它管段數(shù)據(jù)、同管段的歷史漏磁內(nèi)檢測報告、開挖驗證報告、原始數(shù)據(jù)或歷史項目的數(shù)據(jù)用戶化軟件、管道工程歷史數(shù)據(jù)、歷史牽拉數(shù)據(jù)等，通過歷史數(shù)據(jù)可以全面評估檢測器的性能規(guī)格。

最后，通過牽拉試驗對檢測器進行評估，牽拉試驗是通過來自真實的或者人工缺陷的全尺寸牽拉試驗數(shù)據(jù)建立或驗證內(nèi)檢測器性能規(guī)格。開展牽拉實驗時，應考慮的影響因素有：特征類型、特征尺寸、特征位置、與其他特征的相互影響、管道壁厚、牽拉速度等。開展牽拉試驗可進行全因子試驗設計、正交試驗設計或者部分因子試驗設計。全因子試驗設計應考慮影響牽拉試驗測試結果的全部因素后再進行全方位測試。正交實驗設計：正交試驗是采取部分試驗來代替全面試驗的方法，挑選出有代表性的試驗點來進行試驗，通過對代表性的試驗結果進行分析，了解全面試驗的情況，以實現(xiàn)工藝的優(yōu)化。目前牽拉試驗采用的是部分因子試驗設計，主要為速度因素，其余可考慮的因素包括特征位置、管道壁厚。

該方法具有流量連續(xù)、操作簡單、安全系數(shù)高的特點。現(xiàn)場開挖和取樣驗證結果表明，管道內(nèi)腐蝕檢測技術的檢測精度在85%以上，能夠反映管道內(nèi)腐蝕的檢測狀況。輸水管道內(nèi)部檢測技術檢測到的管道最大腐蝕速率為0.102mm/a，平均速率為0.095mm/a。殼體的分析結果表明，金屬損失點的最大工作壓力遠高于設計值63MPa，缺陷點的最大工作壓力60MPa 遠小于金屬損失尺寸的臨界值，并保證管道在當前工況下安全運行。

5 結語

管道內(nèi)檢相關技術主要包括電子超聲檢測技術、渦流檢測技術、超聲檢測技術、閉路電視攝像技術和工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測技術。與漏磁檢測技術相結合，電子超聲檢測技術是一種在線檢測技術，不需要接觸和粘結，不受材料形狀和表面粗糙度的限制。管道漏磁檢測技術是一種在線檢測技術，為了節(jié)約檢測成本，在管道企業(yè)中進行了大量的相關研究，設備實踐相對成熟。本文重點研究了故障因素對漏磁檢測信號的影響及檢測信號特征提取，認為網(wǎng)絡化的發(fā)展將為管道檢測技術的不斷發(fā)展提供有力的技術支持。