文/左永剛 陳軍 楊靜 張鎮(zhèn)

基于皮爾遜法的埋地輸油管線巡查儀設(shè)計研究

文/左永剛 陳軍 楊靜 張鎮(zhèn)

由于土壤的腐蝕性以及某些人為因素，常使埋地管線發(fā)生腐蝕穿孔導(dǎo)致泄漏事故，造成油料損失和環(huán)境污染，本文分析了基于皮爾遜法的埋地輸油管道的位置、走向、分支等檢測原理，并進行了方案設(shè)計。

皮爾遜法；埋地輸油管線；設(shè)計

一、引言

由于土壤的腐蝕性以及某些人為因素，常使埋地管線發(fā)生腐蝕穿孔導(dǎo)致泄漏事故，造成油料損失和環(huán)境污染。對輸油管線進行檢測，可以及時準(zhǔn)確地了解管線的運行狀況，預(yù)測管線整體與局部失效模式，提高管線腐蝕及防護狀況評價的有效性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性，以最大限度地減少經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。因此，加強對埋地輸油管線的安全檢測，研制相應(yīng)的管線巡查裝備，及時掌握和診斷輸油管線的安全狀況，具有重要的社會和經(jīng)濟價值。

二、基本原理

皮爾遜法（Pearson）即人體電容法，是指在埋地管線檢測過程中，通過給待測管道施加一個1000赫茲左右的交變電流，在電流沿管道走向傳播時在管道周圍產(chǎn)生一個交變的磁場。對于這樣的磁場，通過使用帶有天線的探測儀可準(zhǔn)確探測，從而可以判斷得到管道的位置、走向、分支等；同時，管道外防腐層缺陷處向土壤泄漏電流，通過大地回流到發(fā)射儀器的接地點，這樣在缺陷處形成一個以缺陷點為中心的交變電場，并成指數(shù)衰減，當(dāng)兩個人體站在交變電場內(nèi)（相距約6m）時，由于人體的電容作用，使每個人具有一定的交變電位，這時可以通過檢測兩個人體的電位差判斷管道缺陷和漏點位置。

1.發(fā)射機的工作原理

發(fā)射機分別設(shè)置與管道和大地相連接的線纜，其中與大地相連的線纜需要設(shè)計成接地棒，工作中與管道走向成90°。有的管網(wǎng)復(fù)雜，四通八達，導(dǎo)致信號衰減很快，而且當(dāng)目標(biāo)管線埋土很深時，接收機在地面收到的信號很弱，增加了探測管線的難度，因此，在接地應(yīng)盡量避免此類位置。為了系統(tǒng)檢測過程中獲得理想信號，接地點應(yīng)盡量選擇在單根管線處，這樣信號處于單向傳輸或雙向傳輸，電流比較集中，探管、檢漏效果均比較好。

2.探管儀的工作原理

探管儀首先可以進行管道位置探測及增益調(diào)節(jié)。基于人體電容法的埋地管線定位方法有峰值法和零值法，見圖1。其中，峰值法是通過測量磁場水平分量，在目標(biāo)管線正上方呈現(xiàn)極大值；零值法是通過測量磁場的垂直分量，在目標(biāo)管線正上方呈現(xiàn)極小值。

3.檢測儀的工作原理

圖1 峰值法、零值法示意圖

檢測儀主要是進行漏點檢測，并判斷漏點的形狀、位置和對漏點的大小進行比較和評價。漏點的判斷依據(jù)是漏點處的電輻射分布情況。圖2為地下破損點電位梯度示意圖。當(dāng)?shù)叵鹿芫€被加入交變電流信號后，若在管道上存在防腐層破損，該信號電流就會在防腐層破損處泄漏入大地。在地下的等電位分布是以破損點為中心呈立體球形分布，用接地探針可以探到這一現(xiàn)象。當(dāng)此信號到達地表以后，則以破損點正上方為中心呈平面圓形分布，其周圍電位分布呈等距離等電位，若兩名檢測人員站在離中心點等距離位置，接收機示值為零。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2 地下破損點電位梯度圖

基本思路：采用平面化設(shè)計，鍵盤操作，一鍵多用。對檢測全過程的信號強度，由內(nèi)部線路進行歸一化處理，使各測段的防腐層漏點大小和絕緣電阻值具有可比性。音響、示值、模擬條形光標(biāo)，顯示信號強度要直觀。操作方便，使用簡單，易學(xué)易懂。體積小，重量輕，便于攜帶，適合野外檢測。圖3為系統(tǒng)組成示意圖。系統(tǒng)由兩部分組成，分別是基于人體電容法的埋地管線走向、埋深和防腐層缺陷的檢測。

1.發(fā)射機

圖3 系統(tǒng)組成

發(fā)射機用于向地下管道發(fā)射1000赫茲的電磁波信號，建立起單線——大地回路的地下管線檢測場。根據(jù)功能需求，發(fā)射機面板結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4。

發(fā)射機由數(shù)顯區(qū)、功能選擇區(qū)和工作狀況指示區(qū)三個部分組成，其中顯示區(qū)主要是顯示發(fā)射機的發(fā)射信號的測量值，如功率、電壓、電流和接地電阻等，同時顯示區(qū)還要顯示發(fā)射機的工作電量；功能選擇區(qū)是發(fā)射機的核心控制區(qū)域，發(fā)射機的開關(guān)控制、發(fā)射機的功率控制和發(fā)射機的測量選擇等控制部件都在該區(qū)域；工作狀況指示區(qū)則是通過設(shè)置兩個指示燈分別顯示發(fā)射機的工作狀態(tài)和發(fā)射機充電進程。

圖4 發(fā)射機面板

2.探管儀

探管儀用于探測管道的位置、走向、深度，采用內(nèi)置DC12V電池供電的方式。根據(jù)功能需求，探管儀的面板設(shè)計如圖5。

探管儀面板主要由顯示區(qū)和功能按鈕區(qū)兩個部分組成。其中功能按鈕區(qū)包含了探管儀的電源開關(guān)按鈕、探管儀靈敏度增大和減小按鈕、探管儀接收機音量增大和減小調(diào)節(jié)按鈕和靈敏度的放大及歸一化這兩種模式的選擇按鈕；顯示區(qū)可顯示探管儀靈敏度、信號強度的模擬條形光標(biāo)和數(shù)值、模式值（T或者P）以及探管儀的內(nèi)置電池電壓數(shù)值。

圖5 探管儀面板布置示意圖

3.檢測儀

檢測儀和檢漏線配合使用，用于檢測防腐層破損點及對破損點大小進行分級評價。檢測儀采用內(nèi)置DC12V直流電源供電，根據(jù)其功能需求，檢測儀面板設(shè)計如圖6。

檢測儀面板由顯示區(qū)和功能按鈕區(qū)兩個部分組成。其中功能按鈕區(qū)包含了檢測儀的電源開關(guān)按鈕、檢測儀靈敏度增大和減小按鈕、檢測儀接收機音量增大和減小調(diào)節(jié)按鈕和靈敏度的放大及歸一化這兩種模式的選擇按鈕；顯示區(qū)可顯示檢測儀靈敏度、信號強度的模擬條形光標(biāo)和數(shù)值、模式值以及檢測儀的內(nèi)置電池電壓數(shù)值。

圖6 檢測儀面板設(shè)計

（作者單位：陸軍勤務(wù)學(xué)院）

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