長(zhǎng)輸油氣管道檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀

牛愛軍，郭克星，董 超，高 杰

1.國(guó)家石油天然氣管材工程技術(shù)研究中心，陜西寶雞 721008

2.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西寶雞 721008

3.陜西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，陜西西安 710000

隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源需求將激增，根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）的預(yù)測(cè)，石油仍然是全球未來(lái)最重要的能量來(lái)源[1]。管道作為輸送石油和天然氣最經(jīng)濟(jì)、高效的方式，一直以來(lái)被廣泛使用。隨著我國(guó)管道工業(yè)的不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了以中俄東線管道為代表的第三代管道體系，管道輸送技術(shù)躋身世界第一方陣[2]。隨著管道長(zhǎng)度的增加，泄漏風(fēng)險(xiǎn)加大。自1970 年起的50 年時(shí)間里，歐洲發(fā)生了共計(jì)1 172 起管道失效事故。其中，因外力引發(fā)的事故占比48.4%，因違規(guī)操作引發(fā)的事故占比7.4%[3]。1984年我國(guó)東北某管段斷裂跑油1 470 t，1988 年某穿越黃河管段斷裂耗資1 700 萬(wàn)元修建了復(fù)線，造成了極大的能源和經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)，美國(guó)加利福尼亞州南部奧蘭治縣、圣佩德羅灣和墨西哥灣等地也發(fā)生了管道失效造成的原油泄漏事故。楊玉鋒等[4]研究指出，自2002年美國(guó)開始重視管道管理以來(lái)，特大事故明顯減少，上報(bào)事故和重大事故數(shù)量基本持平。上報(bào)事故和重大事故主要失效原因?yàn)椴牧?焊接、腐蝕和開挖損壞，特大事故的主要失效原因是開挖損壞、其他不明原因和誤操作。為了降低管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防能力，在“十三五”期間，我國(guó)重點(diǎn)支持了在管道行業(yè)開展泄漏監(jiān)測(cè)、第三方損壞預(yù)警、地災(zāi)監(jiān)測(cè)、腐蝕監(jiān)測(cè)和設(shè)備故障等技術(shù)攻關(guān)，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步[5?6]。駱正山等[7]提出一種基于RS?MSWOA?LSSVM 的油氣管道失效壓力預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明，RS?MSWOA?LSSVM 模型與LSSVM 模型和WOA?LSSVM 模型相比，其預(yù)測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)提升至0.996 8，均方誤差降至0.063 9 MPa，均方根誤差降至0.252 8 MPa，平均絕對(duì)誤差降至0.222 3 MPa，說(shuō)明該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的擬合度更高，且預(yù)測(cè)精度優(yōu)于其他兩種模型。馮翠翠[8]指出，新形勢(shì)下長(zhǎng)輸油氣管道管理模式應(yīng)以精細(xì)化管理為主要理論依據(jù)。

目前，在役長(zhǎng)輸油氣管道數(shù)量巨大，管道穿越的地質(zhì)條件復(fù)雜，早期的施工工藝不佳且服役年限較長(zhǎng)，管道已經(jīng)進(jìn)入事故多發(fā)期，因此圍繞管道檢測(cè)開展相關(guān)研究刻不容緩?；诖?，對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行分析，總結(jié)了常用的管道檢測(cè)技術(shù)，旨在為我國(guó)的管道檢測(cè)從業(yè)人員提供參考。

1 內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)是指在不影響管道正常安全運(yùn)行的條件下，通過載有無(wú)損檢測(cè)設(shè)備和信號(hào)采集、處理及存儲(chǔ)系統(tǒng)的智能型清管器，以管內(nèi)輸送介質(zhì)為行進(jìn)動(dòng)力，對(duì)管道腐蝕、變形以及裂紋程度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)[9]。管道內(nèi)檢測(cè)是管道完整性評(píng)價(jià)的重要手段，可獲得內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)。通過內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以對(duì)管道基礎(chǔ)特征、管道缺陷、管道坐標(biāo)等進(jìn)行分析[10]。對(duì)管道的管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控具有重要意義。

1.1 漏磁檢測(cè)

漏磁檢測(cè)（Magnetic Flux Leakage，MFL）技術(shù)是管道檢測(cè)應(yīng)用最多的無(wú)損檢測(cè)（Nondestructive Testing，NDT）技術(shù)之一。管道漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的原理是在管道周向均勻布置永磁鐵，對(duì)管壁進(jìn)行飽和磁化，當(dāng)管壁沒有缺陷時(shí)，磁力線被約束在管壁之內(nèi)；當(dāng)管壁存在缺陷時(shí)，管壁磁力線穿出管壁產(chǎn)生漏磁。通過傳感器采集漏磁信號(hào)，達(dá)到檢測(cè)目的，檢測(cè)原理如圖1所示。

管道漏磁內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)模塊、磁化模塊、傳感模塊、數(shù)據(jù)采集與傳感模塊、供電模塊、里程記錄模塊、環(huán)向定位測(cè)量模塊、速度控制模塊、振動(dòng)和沖擊懸置模塊等組成[11]。管道漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)是檢測(cè)效率高、技術(shù)相對(duì)成熟、結(jié)果可靠、經(jīng)濟(jì)性高，是目前全球長(zhǎng)輸管道、油氣田集輸管道應(yīng)用最多的檢測(cè)技術(shù)。

李亞平等[12]設(shè)計(jì)了一種長(zhǎng)輸變徑管道的漏磁管道內(nèi)檢測(cè)器。該檢測(cè)器的密封節(jié)采用折疊型皮碗，磁路及探頭采用浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)，探頭為雙排交錯(cuò)布置。結(jié)果顯示，磁路及探頭浮動(dòng)效果良好，在不同管徑中可保持對(duì)管壁的貼合，滿足檢測(cè)要求。

在目前的研究中還沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于缺陷檢測(cè)速度的研究。針對(duì)這一問題，Ege 等[13]設(shè)計(jì)了兩種新的管道檢測(cè)儀（Pipeline Inspection Gauge，PIG），如圖2 所示。測(cè)量采集的數(shù)據(jù)通過使用MyRIO 1900顯示在LCD 屏幕上。針對(duì)新設(shè)計(jì)的PIG 在檢測(cè)管道缺陷方面的可用性通過Origin 分析程序的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖2 設(shè)計(jì)生產(chǎn)的兩種PIG[13]

由于單個(gè)漏磁檢測(cè)儀對(duì)與其磁場(chǎng)平行的腐蝕缺陷并不敏感，所以通常在一次檢測(cè)中采用兩種具有垂直磁場(chǎng)的漏磁檢測(cè)儀來(lái)檢測(cè)所有腐蝕缺陷。Xiang 等[14]應(yīng)用檢測(cè)概率（Probability of Detection，POD）來(lái)定量評(píng)估兩種單獨(dú)的漏磁檢測(cè)儀及其組合使用時(shí)的檢測(cè)能力。由于MFL 的特點(diǎn)，提出將POD模型構(gòu)建為兩個(gè)幾何特征的函數(shù)，即體積和方向，這對(duì)MFL 信號(hào)反應(yīng)有很大影響。使用邏輯OR操作整合兩種漏磁檢測(cè)儀的檢測(cè)結(jié)果，研究其組合的POD。通過提出的POD 模型，研究了確保腐蝕缺陷能被漏磁檢測(cè)儀檢測(cè)出來(lái)的最低標(biāo)準(zhǔn)。

Peng 等[15]從數(shù)據(jù)分析的角度全面回顧了采用MFL 技術(shù)進(jìn)行管道腐蝕評(píng)估的情況。對(duì)MFL 信號(hào)和數(shù)據(jù)的分析有助于腐蝕定量和預(yù)測(cè)。對(duì)于腐蝕量化，討論了信號(hào)處理方法和表征模型，其目的是加強(qiáng)測(cè)量和腐蝕的表征。對(duì)于腐蝕預(yù)測(cè)，研究了多種MFL 數(shù)據(jù)匹配方法，這些方法將連續(xù)的在役檢測(cè)（In?line Inspection，ILI）運(yùn)行中的缺陷對(duì)齊。隨后，介紹了可預(yù)測(cè)未來(lái)腐蝕狀態(tài)的腐蝕增長(zhǎng)模型。此外，還回顧了被腐蝕管道的可靠性分析，并探討了MFL 與其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)融合的潛力。

1.2 弱磁應(yīng)力檢測(cè)

長(zhǎng)輸油氣管道發(fā)生破壞泄漏的主要誘因是應(yīng)力集中，該誘因會(huì)對(duì)管道安全造成嚴(yán)重威脅，基于長(zhǎng)輸油氣管道應(yīng)力檢測(cè)和評(píng)價(jià)，提出弱磁應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)[16]。弱磁檢測(cè)的原理是根據(jù)材料自身的磁導(dǎo)率和存在缺陷材料的磁導(dǎo)率變化，通過測(cè)量材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度從而對(duì)材料出現(xiàn)損傷的部位進(jìn)行定性檢測(cè)和定量評(píng)估。該檢測(cè)技術(shù)可以為管道管理提供完整的數(shù)據(jù)支持，能夠在一定程度上預(yù)防事故發(fā)生，降低安全隱患，具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

閔希華等[17]針對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道內(nèi)檢測(cè)發(fā)展需求，自主研發(fā)了高精度弱磁內(nèi)應(yīng)力檢測(cè)裝置，用以評(píng)價(jià)管道應(yīng)力集中程度。將應(yīng)力集中的程度劃分為4 個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)見表1。研究指出，產(chǎn)生的弱磁信號(hào)與應(yīng)力集中程度和管道損傷狀態(tài)明顯相關(guān)，二次弱磁內(nèi)檢測(cè)可以準(zhǔn)確辨識(shí)管道應(yīng)力集中風(fēng)險(xiǎn)程度。

表1 管道應(yīng)力集中程度及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)[17]

劉斌等[18]就弱磁應(yīng)力內(nèi)檢測(cè)技術(shù)重點(diǎn)研究了外界磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，應(yīng)力集中區(qū)磁信號(hào)的特征與初始磁化強(qiáng)度和應(yīng)力方向有關(guān)，鐵磁體的初始磁化強(qiáng)度不為0，磁疇沿應(yīng)力方向重新排列；當(dāng)磁疇排列方向與磁化方向一致時(shí)，鐵磁體磁化強(qiáng)度增加；當(dāng)磁疇逆磁化方向排列，磁化強(qiáng)度隨外界磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而減小，主應(yīng)力方向微磁信號(hào)特征減弱。

1.3 超聲波內(nèi)檢測(cè)

超聲波內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的原理是利用金屬表面可以反射和傳播超聲波的原理，通過內(nèi)置的檢測(cè)器發(fā)射超聲波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過管道內(nèi)壁和外壁的一系列反射之后再次被探頭捕捉到，通過超聲波傳播的時(shí)間差來(lái)計(jì)算可能出現(xiàn)的缺陷類型和大小[19]。目前應(yīng)用較為廣泛的超聲波檢測(cè)器有超聲直波檢測(cè)器和超聲橫波檢測(cè)器兩種。Rosen 公司制造的超聲波內(nèi)檢測(cè)器如圖3所示。

圖3 Rosen公司的超聲波內(nèi)檢測(cè)器[20]

Du 等[21]針對(duì)壓力管道的檢測(cè)問題提出并完成了一套完整的涵蓋密封和耐外壓功能的超聲波內(nèi)檢測(cè)智能球殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一部分為內(nèi)球體，另一部分為外殼。經(jīng)過在管道內(nèi)實(shí)際應(yīng)用表明，超聲波球形檢測(cè)器通過彎曲管道、傾斜管道和豎直管道時(shí)，均能順利到達(dá)出口處，無(wú)卡堵，運(yùn)動(dòng)姿態(tài)穩(wěn)定，能夠采集沿途各種信息、判斷缺陷的存在、實(shí)現(xiàn)精確定位。

馬建民等[22]以長(zhǎng)輸大口徑油氣管道的全自動(dòng)超聲波檢測(cè)為依據(jù)，總結(jié)了全自動(dòng)超聲波檢測(cè)試塊的設(shè)計(jì)思路及試塊中各人工反射體的作用，闡述了全自動(dòng)超聲波檢測(cè)試塊的加工、檢驗(yàn)及試塊檢測(cè)驗(yàn)證的質(zhì)量控制程序，為全自動(dòng)超聲波檢測(cè)人員提供了技術(shù)參考。

Pratomo 等[23]從PT.Pageo Utama 獲得側(cè)掃聲吶和雙頭掃描剖面儀數(shù)據(jù)。側(cè)掃聲吶數(shù)據(jù)用來(lái)作為管道的視覺表現(xiàn)，而雙頭掃描剖面儀數(shù)據(jù)用來(lái)獲得海洋和周圍管道的地形，以確定自由跨度的尺寸。結(jié)果顯示，6.8 km的水下管道有47個(gè)自由跨度。最長(zhǎng)的自由跨度是FS?43，長(zhǎng)度為42.109 m，高度為0.44 m，位于KP6.045。最高的自由跨度是FS?45，高度為1.22 m，長(zhǎng)度為20.329 m，位于KP6.465處。

1.4 瞬變模型法

瞬變模型法是通過建立管內(nèi)流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，在限制的邊界條件下對(duì)管內(nèi)流場(chǎng)求解，并將計(jì)算值和管段實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的偏差大于一定范圍時(shí)，即可認(rèn)定管道發(fā)生了泄漏。該方法的特點(diǎn)是檢測(cè)范圍較廣、定位精度較高和響應(yīng)時(shí)間較短[24?25]。

Shaik 等[26]使用前饋反向傳播網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了一個(gè)智能模型，預(yù)測(cè)原油管道的狀況，如金屬損失異常、壁厚、焊縫異常和壓力流量。通過改變隱藏神經(jīng)元的數(shù)量，使用Levenberg?Marquardt 算法對(duì)模型進(jìn)行了訓(xùn)練，對(duì)最大決定系數(shù)（R2）值和最小平均平方誤差進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，R2值取決于隱藏神經(jīng)元的數(shù)量。用16 個(gè)隱藏神經(jīng)元開發(fā)的模型準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了估計(jì)維修系數(shù)值，R2值為0.999 8。壓力對(duì)管道狀況有很大的負(fù)面影響，而焊縫周長(zhǎng)對(duì)管道狀況有很小的負(fù)面影響。

呂圓[27]通過構(gòu)建長(zhǎng)輸油氣管道管壁的應(yīng)力集中區(qū)模型，根據(jù)坐標(biāo)系計(jì)算油氣管道應(yīng)力集中區(qū)磁感應(yīng)分布情況，最后利用4 層的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁感應(yīng)分布數(shù)據(jù)的分析，得到對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)的管道狀態(tài)。結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)管道異常狀態(tài)的準(zhǔn)確檢測(cè)。

Shaik 等[28]使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了一個(gè)智能模型。用12 個(gè)隱藏神經(jīng)元開發(fā)的模型準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了管道狀況，S1、S2、S3、S4 和S5 管道段的總體R2值分別為0.981 48、0.993 59、0.994 30、0.993 36和0.990 84。為了解影響管道狀況的因素之間的相互關(guān)系，進(jìn)行了敏感性分析，對(duì)管道系統(tǒng)的剩余使用壽命進(jìn)行了估計(jì)。

1.5 管道機(jī)器人

管道機(jī)器人一般包括移動(dòng)載體、視覺系統(tǒng)、信號(hào)傳送系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。管道機(jī)器人是一種沿管道內(nèi)部自由移動(dòng)的設(shè)備，用于檢查管道中存在的損壞、裂縫和腐蝕。市場(chǎng)上有許多類型的機(jī)器人，如螺桿式機(jī)器人和輪式機(jī)器人[29]。

劉洪斌等[30]設(shè)計(jì)了一款液壓驅(qū)動(dòng)蠕動(dòng)式爬行管道機(jī)器人，針對(duì)天然氣管道內(nèi)壁損傷和腐蝕開裂情況進(jìn)行檢測(cè)。計(jì)算了其驅(qū)動(dòng)和越障能力，并采用仿真技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，制作了物理樣機(jī)對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，管道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性與理論分析結(jié)果一致，機(jī)器人運(yùn)行過程平穩(wěn)可靠，能夠保證足夠的通過能力及驅(qū)動(dòng)性能，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下的檢測(cè)。

Zhang 等[31]指出管道檢測(cè)儀PIG 的球形密封杯外緣的應(yīng)力和應(yīng)變分布很復(fù)雜，當(dāng)PIG 處于直管段時(shí)，它可以被抽象為聚氨酯橡膠和鋼之間應(yīng)力的問題。首先，將橡膠和鋼之間應(yīng)力的數(shù)值解和分析解進(jìn)行了比較，以驗(yàn)證數(shù)值解。然后，使用MSC Marc 2016 討論了當(dāng)PIG 處于凹陷管道中時(shí)，球形密封杯的過盈量（δ）、厚度（t）和弧度（θ）對(duì)密封杯外邊緣的應(yīng)力和應(yīng)變分布的影響。結(jié)果表明，當(dāng)PIG 在直管段運(yùn)行時(shí)，密封盤的過盈量對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變分布的影響最大（見圖4）；然而，當(dāng)PIG 在管道凹陷處運(yùn)行時(shí)，密封杯的厚度對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變分布的影響最大。

圖4 PIG處于直管段時(shí)球形密封杯邊緣的應(yīng)力應(yīng)變分布

Karkoub 等[32]使用一個(gè)小型移動(dòng)機(jī)器人和一個(gè)全角全向視覺系統(tǒng)對(duì)管道進(jìn)行檢查。該系統(tǒng)使用錐形/雙曲鏡捕捉全景視頻，并將其傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)站，以檢查天然氣管道的內(nèi)表面。視頻經(jīng)過一系列處理以獲得整個(gè)管道內(nèi)表面的平面圖像。介紹了使用配備有CCD 相機(jī)和錐形鏡子的移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行的模擬和實(shí)驗(yàn)研究，證明了這種檢測(cè)技術(shù)的可行性。

陳宏華等[33]針對(duì)管道機(jī)器人作業(yè)過程中可能產(chǎn)生方向不確定及電磁干擾大等問題，設(shè)計(jì)了一種機(jī)械式方向自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。針對(duì)該裝置展開了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真并運(yùn)用于管道檢測(cè)，驗(yàn)證了該裝置能較快并準(zhǔn)確調(diào)整管道檢測(cè)機(jī)器人的姿態(tài)。

2 外檢測(cè)技術(shù)

管道外檢測(cè)技術(shù)是指在地面不開挖的情況下，對(duì)管道外腐蝕進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)，減小外腐蝕對(duì)管道完整性的影響[9]。

2.1 光纖傳感檢漏法

光纖傳感檢漏法的原理是通過對(duì)管道沿途泄漏振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行提取、分析和處理，從而進(jìn)一步判別管道泄漏情況和位置[34]。分布式光纖傳感器的檢測(cè)原理如圖5所示。

圖5 分布式光纖傳感器的檢測(cè)原理[34]

邱秀分等[35]為了提高檢測(cè)準(zhǔn)確率，提出了一種基于分布式光纖傳感技術(shù)的油氣管道破壞信號(hào)檢測(cè)方法。結(jié)果表明，短時(shí)平均能量與修正過零率標(biāo)準(zhǔn)差聯(lián)合檢測(cè)管道破壞信號(hào)的方法能夠剔除干擾，對(duì)人工、機(jī)械模擬入侵事件檢測(cè)準(zhǔn)確率超過90%，可為管道安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

Cabral 等[36]使用嵌入到接頭黏合層中的光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG）傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)管道黏合接頭的組裝和運(yùn)行。這種方法可以根據(jù)FBG 傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和長(zhǎng)期反饋來(lái)決定何時(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的深入檢查，從而降低監(jiān)測(cè)成本，并提高運(yùn)行安全性。

Yang 等[37]利用一種基于分布式光纖傳感器信號(hào)時(shí)空特征的新型機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油氣管道的安全。通過對(duì)從現(xiàn)場(chǎng)收集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析證實(shí)，設(shè)計(jì)的模型可以在強(qiáng)噪聲和各種硬件條件下準(zhǔn)確定位并實(shí)時(shí)識(shí)別管道的損壞事件，并能有效處理信號(hào)漂移問題。

2.2 基于模型的檢測(cè)法

基于以往一些檢測(cè)數(shù)據(jù)集的管道檢測(cè)圖像和在線檢測(cè)圖像，Bhowmik[38]開發(fā)了一個(gè)深度學(xué)習(xí)圖像處理模型。在通過管道檢測(cè)進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)期間，數(shù)字孿生系統(tǒng)將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。分析后的數(shù)據(jù)可以用來(lái)對(duì)腐蝕類型進(jìn)行分類，并確定要采取的行動(dòng)?；谏疃葘W(xué)習(xí)的數(shù)字孿生體在腐蝕檢測(cè)方面顯著改善了當(dāng)前的腐蝕識(shí)別效率，減少了海上檢測(cè)的整體時(shí)間。

Fadhli 等[39]將回歸模型用于油氣管道腐蝕預(yù)測(cè)的建模。建立了兩個(gè)具有不同因素選擇的線性模型，即：模型1（其因素包括連續(xù)和離散值的混合）、模型2（其因素只限于連續(xù)值）。研究結(jié)果表明，模型2 比模型1 具有更好的預(yù)測(cè)性能，其性能為95.56%，而模型1為83.03%。

2.3 基于無(wú)人機(jī)的檢測(cè)法

基于無(wú)人機(jī)的檢測(cè)方法具有維護(hù)要求低、續(xù)航能力高和成本較低等優(yōu)點(diǎn)。與目前使用的載人飛行器（Manned Aerial Vehicle，MAV）相比，具有一定的優(yōu)勢(shì)，可以提高安全性，降低成本，通信能力較強(qiáng)。

為了對(duì)管道進(jìn)行例行檢查和檢測(cè)，以確保管道的完整性和持續(xù)的安全運(yùn)行，Ukaegbu 等[40]利用模塊化無(wú)人駕駛飛行器（Unmanned Aerial Ve?hicles，UAV）與深度學(xué)習(xí)算法相結(jié)合的方法對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)模型如圖6所示。結(jié)果表明，本研究中采用的深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練、驗(yàn)證和測(cè)試準(zhǔn)確率分別為88.3%、87.5%和83.3%。同時(shí)，訓(xùn)練和驗(yàn)證的損失為0.358 3和0.364 9。

圖6 設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)模型[40]

Alharam 等[41]設(shè)計(jì)了一個(gè)配備了熱像儀的無(wú)人機(jī)，可以監(jiān)測(cè)石油和天然氣管道，以檢測(cè)偏遠(yuǎn)和危險(xiǎn)地區(qū)的管道泄漏情況，該系統(tǒng)使用基于人工智能的機(jī)載處理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行泄漏檢測(cè)。此外，所實(shí)施的系統(tǒng)有高精確度的分類器，這個(gè)分類器可以快速實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理功能。這個(gè)系統(tǒng)有實(shí)時(shí)警報(bào)，延遲時(shí)間小于100 ms。這項(xiàng)研究的目的是減少當(dāng)前檢測(cè)的總成本和警報(bào)管道泄漏所需的時(shí)間。

2.4 磁信號(hào)法

磁層成像法（MTM）是一種檢測(cè)金屬磁性記憶信號(hào)的非接觸式外部檢測(cè)方法。其在長(zhǎng)距離油氣管道和海底管道檢測(cè)方面有很大的應(yīng)用潛力。然而，磁信號(hào)的空間分布特征和傳播規(guī)律尚不明確，這使得MTM 成為被動(dòng)檢測(cè)。Liu 等[42]在邊界條件的基礎(chǔ)上，建立了管外應(yīng)力集中區(qū)磁場(chǎng)分布的三維數(shù)學(xué)模型；對(duì)于應(yīng)力集中區(qū)位于管道內(nèi)壁頂部和底部的兩種情況，通過有限元分析對(duì)模型進(jìn)行了求解；研究了管道外磁信號(hào)的變化規(guī)律，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該模型；結(jié)果表明，穿過管壁后，磁記憶信號(hào)的形狀保持不變。由于管道介質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣的磁導(dǎo)率，磁記憶信號(hào)在穿透管壁后被明顯衰減。隨著探測(cè)高度的增加，管外的磁感應(yīng)強(qiáng)度呈指數(shù)級(jí)衰減。研究結(jié)果還表明，磁斷層掃描方法可以檢測(cè)到管道任何位置的應(yīng)力集中區(qū)，當(dāng)其位于管道頂部時(shí)，檢測(cè)精度更高。

金屬磁性記憶（MMM）檢測(cè)技術(shù)是檢測(cè)鐵磁性材料應(yīng)力損傷的有效方法，特別是在長(zhǎng)距離油氣管道焊縫裂紋檢測(cè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。Liu 等[43]為了研究MMM 的產(chǎn)生機(jī)制和焊縫裂紋的信號(hào)特征，提出了定量計(jì)算內(nèi)部檢測(cè)的非均勻磁荷的MMM 信號(hào)的模型。研究了裂紋深度、裂紋寬度和管道內(nèi)壓變化對(duì)MMM 信號(hào)的影響，并通過大量實(shí)驗(yàn)研究證明了理論結(jié)果。結(jié)果表明，軸向分量只有一個(gè)峰值，而徑向分量有兩對(duì)獨(dú)立且零交叉的峰值，其中外側(cè)的一對(duì)對(duì)應(yīng)焊縫，內(nèi)側(cè)的一對(duì)對(duì)應(yīng)裂紋。特征值隨著裂紋深度的增加而非線性變化，增長(zhǎng)速度逐漸降低。特征值隨裂紋寬度線性增加，徑向分量比軸向分量對(duì)寬度更敏感。內(nèi)壓會(huì)增加焊縫和裂紋周圍的應(yīng)力集中，但裂紋周圍的應(yīng)力反應(yīng)更敏感。因此，MMM 信號(hào)與內(nèi)壓呈正相關(guān)，特征值將隨內(nèi)壓增加而線性增加。

2.5 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后的又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)通過高速激光掃描測(cè)量的方法，能夠大面積、高分辨率快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以通過專業(yè)軟件和測(cè)量數(shù)據(jù)建立物體的三維實(shí)體模型。該技術(shù)具有非接觸性、快速性、主動(dòng)性等特性，實(shí)時(shí)獲取的數(shù)據(jù)具有高密度、高精度等特點(diǎn)。

蔡景明等[44]通過分析三維激光掃描技術(shù)的原理和特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)該方法能夠有效應(yīng)用于長(zhǎng)輸管道變形量的測(cè)量。其詳細(xì)介紹了三維激光掃描數(shù)據(jù)獲取流程，并通過在幾何變形器檢測(cè)到的缺陷點(diǎn)處應(yīng)用，驗(yàn)證了該檢測(cè)方法的有效性。通過對(duì)傳統(tǒng)工具、幾何變形檢測(cè)器和三維激光掃描3種檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可知三維激光掃描檢測(cè)技術(shù)具有更高的測(cè)量精度和可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)輸油氣管道的檢測(cè)是一項(xiàng)艱巨、漫長(zhǎng)且復(fù)雜的任務(wù)，不同的管道運(yùn)行情況面臨不同的困難和挑戰(zhàn)。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了許多的管道檢測(cè)技術(shù)，但是還沒有一種技術(shù)可以適用于所有管道的檢測(cè)，各種檢測(cè)方法都在借鑒彼此的優(yōu)點(diǎn)來(lái)彌補(bǔ)不足。隨著我國(guó)管道建設(shè)投入的不斷加大，應(yīng)該將人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等融入管道檢測(cè)技術(shù)中，從而提高各種信號(hào)的分析能力和處理能力。