邵衛(wèi)林,陳金忠,馬義來,何仁洋

(中國特種設備檢測研究院 壓力管道事業(yè)部，北京 100029)

管道盜油孔的漏磁內檢測信號識別

邵衛(wèi)林,陳金忠,馬義來,何仁洋

(中國特種設備檢測研究院 壓力管道事業(yè)部，北京 100029)

介紹了漏磁內檢測的原理和漏磁信號的特性，利用環(huán)焊縫和磁路方式相結合的方法判讀特征信號的極性，再利用特征信號一致性的比較原則，并結合特征信號的特征和盜油孔的方式，有效識別出管道盜油孔的信號，避免管道盜油孔信號的誤判和漏檢，為今后成品油管道漏磁內檢測數(shù)據(jù)的分析和信號識別提供技術支持。

內檢測；管道；漏磁；盜油孔；識別

石油天然氣的管道運輸是我國五大運輸產業(yè)之一，對國民經(jīng)濟發(fā)展起支柱性的作用。油氣管道的安全生產對國家具有重要意義，因管道的特殊性，從地域和時間上都難以做到全天侯監(jiān)測，加之大多數(shù)管道深埋地下，地表巡視的安保效果也難以保證，油品的盜采成為油氣管道安全生產的一大隱患，且隨著盜油技術的進步，盜油方式越來越隱蔽，每年為國家和企業(yè)帶來很大的油品經(jīng)濟損失，同時盜油孔對管道設備的維護、安全生產以及環(huán)境保護，都造成了巨大的隱患[1]。

采用管道外檢測的組合檢測技術、利用檢測的防腐層破損情況進行盜油孔判斷的方法不僅可靠性低，且對于修復完好的外防腐層，此方法無效[2]；采用傳統(tǒng)的壓差法和聲波輻射方法漏報率較高，靈敏度較低，在盜油者深知防盜檢測方法的情況下，該方法易被破解[1]。漏磁內檢測技術以其對管道內部環(huán)境要求不高、不需要耦合劑、適用范圍廣等優(yōu)越性，成為目前長輸管道檢測中使用最廣、技術最成熟的檢測手段[3]。在漏磁內檢測數(shù)據(jù)分析中，通過特征信號的極性識別和特征判斷，能正確地識別出盜油孔的漏磁信號特征。筆者利用環(huán)焊縫和磁路方式相結合的方法判讀特征曲線的極性，再利用特征曲線一致性的比較原則，并結合特征信號的特征和盜油孔的方式，有效識別出管道盜油孔的信號，避免管道盜油孔信號的誤判和漏檢，為今后成品油管道漏磁內檢測數(shù)據(jù)的分析和信號識別提供了技術支持。

1 盜油孔形式

孔盜油的形式主要有三種：① 抱箍式，利用較大規(guī)格的扁鋼做成環(huán)形管卡狀盜油裝置，然后沿盜油閥→螺紋短管→鉛塊方向打孔進行盜油，此方式使用較少；② 鋼釬式，利用較粗且有一定長度的無縫鋼管制成一釬頭帶錐度的鋼釬插入管道，在錐頭側面開孔，在釬尾安裝一旁通閥盜油，此方式使用較少；③ 焊接式，在管道上直接焊接短管，連接安裝鉆孔控制閥，再通過高壓非金屬軟管連接遠程盜油閥，此方式較多[4]。焊接盜油孔結構如圖1所示。

圖1 焊接盜油孔結構示意

根據(jù)盜油方式可知，實現(xiàn)盜油需要兩個條件:① 管道上打孔后管道內的液體在一定壓力條件下產生外泄通道，這樣管體會產生缺陷，造成管道本體結構的不連續(xù)，則管體內部會形成金屬損失；② 打孔處一定有外接金屬物，才能實現(xiàn)一定壓力條件下外泄液體的密閉通道，則管體外部會形成金屬增加。

2 檢測方法

2.1 漏磁內檢測原理

漏磁檢測基本原理是鐵磁性材料被磁化后，其表面和近表面缺陷在材料表面形成漏磁場，通過檢測漏磁場來發(fā)現(xiàn)缺陷。漏磁內檢測器利用固定在筒體上的永磁鐵產生的磁力線，通過永磁鐵上的鋼刷耦合進入管壁，再通過另一側的鋼刷、永磁鐵和筒體在管壁全周產生一個閉合磁回路，使兩個鋼刷間的管壁達到磁飽和來實施檢測。檢測時，如果管壁的材料連續(xù)均勻，則管壁中的磁力線將被約束在管壁中，其磁通是平行于管壁表面的，幾乎沒有磁力線從表面穿出；但當管壁的材料表面和內部存在缺陷(不連續(xù))時，其缺陷處的磁導率會很小，磁阻很大，使得磁路中的磁通發(fā)生畸變，磁力線路徑改變，部分磁通會直接通過缺陷或在管壁材料內部繞過缺陷外，還有部分磁通會離開管壁表面，通過空氣繞過缺陷再重新進入管壁中，在管壁缺陷處形成漏磁場，漏磁場形狀取決于缺陷的幾何形狀；漏磁信號被位于兩磁極之間的磁傳感器檢測到，并轉換成電信號，信號經(jīng)過濾波、放大、模數(shù)轉換等處理后被采集到檢測器的存儲器中。檢測完成后，可離線對數(shù)據(jù)進行識別和判讀，獲得管道包括缺陷在內的管道相關特征信息[3]。漏磁內檢測原理[5]如圖2所示。

圖2 漏磁內檢測原理示意

2.2 漏磁信號分析

漏磁場信號反應了所檢管道的相關特征信息，從漏磁場信號分析可以得到管道的缺陷、環(huán)焊縫等相關特征信息。管道的漏磁場信號包含水平分量Bx(軸向分量)、垂直分量By(徑向分量)和環(huán)向分量(周向分量)[3]。假設平行于管道軸心上有一矩形缺陷，則水平分量平行于管道軸心，缺陷中心處水平分量有極大值且左右對稱，其有一個極大峰值和兩個谷值，利用其峰谷值可以評估缺陷的徑向深度；垂直分量與管道軸心垂直，其關于缺陷中心對稱且中心處為零，缺陷的左邊緣處達到正的最大值，缺陷的右邊緣處達到負的最大值，垂直分量有一個大小相等且正負相反的峰值，利用其峰峰間距值可以評估缺陷的軸向長度；環(huán)向分量沿著管道圓周方向均勻分布，利用其感應的通道數(shù)量可以評估缺陷的周向寬度[6-7]。漏磁場信號的水平分量和垂直分量如圖3所示。

圖3 漏磁場信號水平分量和垂直分量示意

2.3 漏磁信號識別

管道內檢測完成后，利用數(shù)據(jù)分析軟件對管道的缺陷和特征信息進行識別和判讀，因磁力線從磁鐵的N極出來進入S極，在磁體內部磁力線從S極到N極。故識別軟件的結果與檢測器磁鐵的裝配方式相關。定義如下：沿管道的軸向方向(見圖2)，左側裝配的勵磁磁鐵的N極在上S極在下，右側裝配的勵磁磁鐵的S極在上N極在下，則檢測器閉合磁路磁力線排列為順時針方向，稱為順時針磁路裝配，以下簡稱為順磁路；同理磁力線排列為逆時針方向的，簡稱為逆磁路。

2.3.1 金屬增加特征識別

因管道環(huán)焊縫焊接工藝原因，環(huán)焊縫有一定的焊接余高，而環(huán)焊縫焊接余高外與管材本體平整位置處相比，焊接余高位置會產生金屬增加。順磁路環(huán)焊縫漏磁特征垂直分量信號如圖4所示。

圖4 順磁路環(huán)焊縫漏磁特征垂直分量信號示意

從圖4中的順磁路環(huán)焊縫漏磁垂直分量信號中取其中任意一個通道，并將信號放大，順磁路環(huán)焊縫單通道漏磁垂直分量如圖5所示。

圖5 順磁路環(huán)焊縫單通道漏磁垂直分量信號示意

從圖4和圖5中的順磁路環(huán)焊縫漏磁垂直分量信號可知，環(huán)焊縫焊接余高漏磁信號特征點都是先上后下的趨勢，可看作是一個周期的正弦函數(shù)，極性值是先正后負[8-9]，金屬增加信號特征如表1所示。

表1 金屬增加信號特征

因此，只要是金屬增加的地方，就能夠通過特征信號極性一致性比較原則，對此類特征信號進行特征判斷。

2.3.2 金屬損失特征識別

環(huán)焊縫屬于金屬增加，而在管體上金屬損失的特征和金屬增加特征是一個相反的特征，順磁路金屬損失檢測漏磁特征垂直分量信號如圖6所示。

圖6 順磁路金屬損失檢測漏磁特征垂直分量信號示意

從圖6中的順磁路金屬損失檢測漏磁特征垂直分量信號中取其中任意一個通道，并將信號放大， 順磁路金屬損失單通道漏磁垂直分量信號如圖7所示。

圖7 順磁路金屬損失單通道漏磁垂直分量信號示意

從圖6和圖7中的順磁路金屬損失漏磁垂直分量信號可以觀察出，金屬損失漏磁信號特征點都是先下后上的趨勢，可以看作是一個周期的余弦函數(shù)，極性值是先負后正，金屬損失信號特征如表2所示。

表2 金屬損失信號特征

因此，只要是金屬損失的地方，就能夠通過特征信號極性一致性比較原則，對此類特征信號進行特征判斷。

3 特征信號工程實例應用

3.1 特征信號識別

圖8 某長輸管道的特征漏磁信號垂直分量示意

通過對某長輸管道漏磁檢測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)該特征點的特征漏磁信號垂直分量如圖8所示。為便于觀察和分析，從圖8的漏磁特征信號垂直分量中取中間兩個通道，并將信號放大，特征漏磁信號垂直分量放大信號如圖9所示。

圖9 某長輸管道的特征漏磁信號垂直分量放大信號示意

從圖9可以看出，此信號包含兩部分，信號外部幅值大的信號特征極性為先上后下，信號內部幅值小的信號特征極性為先下后上。已知環(huán)焊縫(金屬增加)的極性為先上后下，通過極性特征信號一致性比較原則，首先可以判斷出該特征信號的判讀特征，外部特征信號為金屬增加特征，內部特征信號為金屬損失特征；其次，依據(jù)該特征信號垂直分量的峰峰間距值和環(huán)向分量的占比通道，經(jīng)過評估判斷出該特征信號的長度和寬度均為40 mm。

綜上，根據(jù)盜油孔方式可知，一個盜油孔會在管道上產生兩個特征:一方面管體盜油孔會產生金屬損失;另一方面，密閉盜油孔會產生金屬增加，可見盜油孔由外部的金屬增加和內部的金屬損失兩部分組成。盜油孔的外部金屬增加部分一般為圓形短接，這樣其長度和寬度相等，因此，可以判斷出該處漏磁曲線特征為可疑盜油孔特征。

3.2 盜油孔開挖驗證

通過上述分析，根據(jù)漏磁內檢測相關開挖驗證方法，對特征點位于12點鐘方向,大小為40 mm，金屬增加信號中間帶金屬損失信號的可疑盜油孔進行開挖驗證，開挖驗證的現(xiàn)場如圖10所示，從圖中能明顯看出此處為盜油孔。

圖10 盜油孔開挖驗證現(xiàn)場

4 結語

利用漏磁內檢測技術，以及環(huán)焊縫和磁路方式相結合的方法進行特征信號的極性判讀，能夠判斷出金屬增加和金屬損失特征信號的極性。利用極性信號一致性的比較原則，能夠對特征信號的極性和特征進行判斷；依據(jù)該特征信號垂直分量的峰峰間距值和環(huán)向分量的占比通道，能評估出該特征信號的長度和寬度。

漏磁內檢測盜油孔信號可以分解為兩部分：一部分是外部的金屬增加信號，實際特征為外部的密閉通道；另一部分是內部的金屬損失信號，實際特征為內部的盜油孔通道；盜油孔一般為圓形，其長度和寬度相等。

根據(jù)上述盜油孔特征識別方法，開挖結果表明:通過極性信號一致性比較原則，并結合特征信號和盜油孔的方式，能有效識別成品油管道的盜油孔，避免管道盜油孔信號的誤判和漏檢，為今后管道漏磁內檢測數(shù)據(jù)分析和信號識別提供技術支持。

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The Recognition of In-line Inspection Magnetic Flux Leakage Signals of Oil-Stealing Pipeline Hole

SHAO Weilin, CHEN Jinzhong, MA Yilai, HE Renyang

(Pressure Pipeline Division, China Special Equipment Inspection and Research Institute, Beijing 100029, China)

This paper introduces the principle of magnetic flux leakage in-line inspection and the feature analysis of the magnetic flux leakage signals based on the magnetic flux leakage technology for in-line inspection. This paper uses the method of combining circumferential weld and magnetic circuit method to identify the polarity of characteristic signal, through comparing the consistency of polar curve and the comparison with the size of the characteristic signal and the way of oil-stealing hole, the technology can effectively identify the pipeline oil-stealing hole, the technology can avoid misjudgment and undetected pipeline oil-stealing hole, and provide technical support for pipeline magnetic flux leakage in-line inspection data analysis and signal recognition in the future.

in-line inspection; pipeline; magnetic flux leakage; oil-stealing hole; identification

2016-10-10

國家重大科學儀器設備開發(fā)專項資助項目(2012YQ090175)

邵衛(wèi)林(1983-)，男，工程師，碩士，主要從事壓力管道內檢測和相關技術研究工作

邵衛(wèi)林，shaowl2008@163.com

10.11973/wsjc201705002

TG115.28

A

1000-6656(2017)05-0006-04