专利名称：管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法
技术领域：
本发明是一种管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法。涉及测量磁变量和管道系统技术领域。
背景技术：
管道缺陷检测是管道安全运行的保证。到目前为止，我国已建成并投入运营的长输油气管道已超过6万公里。随着管道使用年限的增长，这些长输油气管道受到来自内、夕卜两个环境的腐蚀也在加剧。内腐蚀主要由输送介质、管内积液、污物以及管道内应力等联合作用形成；外腐蚀通常因涂层破坏、失效产生。这些都将增加管道的不安全因素，部分管道已逐渐进入“浴盆曲线”的后期事故频发段。但是，这些在役的老管道不可能也没有必要废·弃(有些只是部分严重失效，而其他的部分无失效或轻度失效)，只要相对少的投入对管道进行定期缺陷检测、评价，有计划、有针对性地维护修理，就可以延长这些在役的老管道的使用寿命。主动进行有计划的“修复”比管道事故后的“抢修”代价小得多，能有效避免恶性事故的发生，提高社会效益和经济效益。修复的基本要求之一就是埋地管道腐蚀情况的准确检测与评价，其结果对管道的安全运营起着关键作用。目前对管道管体常用的检测手段主要分内检测和外检测两部分，内检测主要针对长输干线管道效果最佳。但检测费用高，需要收发球筒装置，不便进行复杂支线或站场检测。外检测主要有常规无损外检测和超声导波检测等，常规无损外检测包括常规超声、磁粉和渗透等方法，可检测管道的壁厚和腐蚀缺陷，及焊缝内部的缺陷等，适用于筛查后对特定部位的复检。需开挖剥除防腐层和接触管壁，且只限于对开挖点进行检测。超声导波检测可以对开挖点两侧一定距离进行检测，适用于复杂工艺管线或站场。但是受埋地防腐介质的影响，通常检测距离和检测精度较低，多用做筛查。实际工程中往往存在大量不便于实施内检测的管段，开挖检测又不能做到完全覆盖全管段，因此迫切需要一种非开挖的管道管体检测技术，从而减轻管道检测的工作难度，降低管道检测费用。管道主要是损伤根源之一是应力集中区域，在那里，腐蚀过程、错位和疲劳进行得更为剧烈。应力集中区是缺陷发展的胚胎。因此，在评价管道寿命时最重要的是对应力变形状态的检测。铁制工件受工作载荷和地球磁场的共同作用，在应力和变形集中区域内会发生组织定向的和不可逆的重新取向，而且这种状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会保留，还与最大作用力有关。工件由于受工作载荷的作用，其残余磁性会发生改变和重新分布，并在表面形成漏磁场，在应力与变形集中区形成最大的漏磁场的变化。磁应力检测法的基本原理就是记录和分析产生在管道应力集中区的自有漏磁场的分布情况来检测管道的应力变形状态以及根据磁参数表现出的金属组织的不均匀性，进而确定管道中应力集中区-破损发展的主要根源、应力集中区金属组织的损伤以及金属的间隙(宏观缺陷)。CN101424663A公开了一种天然气管道裂纹电磁超声斜向导波检测方法，但没有用磁应力检测管道缺陷。
关于采用磁应力检测法进行埋地长输管道腐蚀缺陷检测国内目前无相关报道。
发明内容
本发明的目的是发明一种快速确定应力集中区域且提离效应的影响小、设备轻便、操作快速便捷、灵敏度高、重复性与可靠性好的管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法。磁应力检测法非接触检测埋地管道，实际上是用高灵敏度的传感器检测地球的磁场，埋地管道上的应力集中区产生的磁场变化会影响到周围的地球磁场发生变化，检测时就是要找到这些磁信号异常的位置。良好的管道曲线是没有较大波动的平缓的曲线，有应力集中的位置会出现磁信号的异常。判断方法与应用金属磁记忆法进行的接触式检测相似，目的都是找到应力集中区。
操作人员持传感器探头在管线正上方沿管线轴向方向行进，使用传感器探头在需要检测的管段上方对漏磁场的磁参数进行检测并记录，并进行数据处理和信号分析。这里使用的磁参数包括自有漏磁场强度的法向分量和/或切向分量Hp、磁场在长度方向上的梯度值dH/dx。计算不同分量磁场的合成磁场Hp，按照如下公式计算磁场的变化梯度^ =
A其中Λ Hp表示相邻两检测点之间磁场Hp的差值；λ表示相邻检测点间的步长。根据不同情况的管道通过实验确定相应的磁场梯度的阈值Kth，如果检测到磁场值符号变换且磁场梯度变化超过了阈值Kth，即可以判断该处管体存在应力集中现象。对磁场异常区域进行定位并记录，以便于进行开挖验证。采用编码器作为距离传感器，用于沿管线扫查时记录位置。通过非接触测量的管道磁场信号的和当地的地貌、管道埋深存在相关关系。与管道交错的电缆、输电线、金属物体等也会对磁场测量造成影响。因此需要在数据分析处理之前补偿外界干扰的影响，对相关磁场数据进行校正后才可以使用。即在遇到这些金属干扰的时候，用上下两个传感器对应通道进行相减以消除干扰对磁信号影响。主要检测步骤为I)准备工作在对管道进行磁测检测之前，必须仔细研究受检区段的参数；管线相对地球的走向；沿线地貌和管道平均埋入深度；出事故的管道破裂地点、出故障地点和修理地点；与其他管道、输电线路、电缆交汇地点等；2)沿线检测按照操作规程，使用计长单元的工作制式或定时记录工作制式，按传感器探头离地表200-300mm的距离在管线正上方沿管线行进，利用磁场传感器记录下来磁场变化来诠释管道状态的信息；操作人员行进同时，需要保持观察仪表屏上磁场的变化；记录磁场异常的特点(是局部的还是有一定长度的)，并对所处位置加以描述(管道与输电线、其他管道、电缆、道路等交汇处)；3)按照检测结果确定管道的磁场异常区域，即应力集中区段；按照操作规程，对磁场信号曲线和梯度曲线进行分析，从而确定磁场异常区域；
4)对磁场异常区域进行开挖验证，用目测检查或使用接触式磁应力检测方法管道的表面上找出应力集中区或缺陷位置；在应力集中区、焊缝及附近位置作超声探伤、测厚、涡流检测等以确定缺陷严重程度；5)按照石油行业相关标准对缺陷进行评价。进行金属磁应力非接触检测数据处理和信号分析的流程(见图I)是磁记忆信号检测；数字化处理；梯度计算；阀值比较；确定应力集中区域。磁应力检测法可以准确探测出被测对象上以应力集中区为特征的危险部件和部位，是迄今为止对金属部件进行早期诊断唯一行之有效的无损检测方法。与现有的漏磁检测方法相比，磁应力检测方法利用构件或设备在地磁场中的自磁化现象而不需要专门的磁化设备，不须对被检工件的表面进行清理或其他预处理，提离效应的影响很小，设备轻便、操作快速便捷、灵敏度高，重复性与可靠性好，可快速确定应力集中区域，适用于大面积的普查。
图I磁记忆检测流程2使用非接触式检测设备检测管道缺陷信号示意图
具体实施例方式实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式
并对本发明作进一步的说明。本例是一实验方法，其流程如图I所示。本例对某长输埋地管道使用磁记忆检测设备进行非接触式检测，该管道口径720mm,壁厚8. 9mm,材质为16Mn钢。进行金属磁应力非接触检测的操作(见图I)主要包含如下步骤I)准备工作在对管道进行磁测检测之前，必须仔细研究受检区段的参数；管线相对地球的走向；沿线地貌和管道平均埋入深度；出事故的管道破裂地点、出故障地点和修理地点；与其他管道、输电线路、电缆交汇地点等；2)沿线检测按照操作规程，使用计长单元的工作制式或定时记录工作制式，按传感器探头离地表200-300mm的距离在管线正上方沿管线行进，利用磁场传感器记录下来磁场变化来诠释管道状态的信息；操作人员行进同时，需要保持观察仪表屏上磁场的变化；记录磁场异常的特点(是局部的还是有一定长度的)，并对所处位置加以描述(管道与输电线、其他管道、电缆、道路等交汇处)；3)按照检测结果确定管道的磁场异常区域，即应力集中区段；按照操作规程，对磁场信号曲线和梯度曲线进行分析，从而确定磁场异常区域；计算不同分量磁场的合成磁场Hp，按照如下公 式计算磁场的变化梯度K =
A其中Λ Hp表示相邻两检测点之间磁场Hp的差值；λ表示相邻检测点间的步长。4)对磁场异常区域进行开挖验证，用目测检查或使用接触式磁应力检测方法管道的表面上找出应力集中区或缺陷位置；在应力集中区、焊缝及附近位置作超声探伤、测厚、涡流检测等以确定缺陷严重程度；5.)按照石油行业相关标准对缺陷进行评价。在其中寻找到一段磁场异常区域，如图2所示，进行开挖验证后发现，该位置存在20%的金属腐蚀缺陷。
权利要求
1.一种管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法，其特征在于操作人员持磁应力检测设备在管线正上方沿管线轴向方向行进，使用传感器探头在需要检测的管段上方对漏磁场的磁参数进行检测并记录，并进行数据处理和信号分析；所述磁参数包括自有漏磁场强度的法向分量和/或切向分量Hp、磁场在长度方向上的梯度值dH/dx ； 计算不同分量磁场的合成磁场Hp，按照如下公式计算磁场的变化梯度其中ΛΗρ表示相邻两检测点之间磁场Hp的差值；λ表示相邻检测点间的步长； 根据不同情况的管道通过实验确定相应的磁场梯度的阈值Kth，如果检测到磁场值符号变换且磁场梯度变化超过了阈值Kth，即可以判断该处管体存在应力集中现象； 对磁场异常区域进行定位并记录，以便于进行开挖验证； 采用编码器作为距离传感器，用于沿管线扫查时记录位置； 通过非接触测量的管道磁场信号和当地的地貌、管道埋深存在的相关关系，及与管道交错的电缆、输电线、金属物体对磁场测量造成的影响，在数据分析处理之前补偿外界干扰的影响，对相关磁场数据进行校正。
2.根据权利要求I所述的管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法，其特征在于进行金属磁应力非接触检测的具体步骤为 1)准备工作 在对管道进行磁测检测之前，必须仔细研究受检区段的参数； 管线相对地球的走向； 沿线地貌和管道平均埋入深度； 出事故的管道破裂地点、出故障地点和修理地点； 与其他管道、输电线路、电缆交汇地点等； 2)沿线检测 按照操作规程，使用计长单元的工作制式或定时记录工作制式，按传感器探头离地表200-300mm的距离在管线正上方沿管线行进，利用磁场传感器记录下来磁场变化来诠释管道状态的信息；操作人员行进同时，需要保持观察仪表屏上磁场的变化；记录磁场异常的特点，并对所处位置加以描述； 3)按照检测结果确定管道的磁场异常区域，即应力集中区段； 按照操作规程，对磁场信号曲线和梯度曲线进行分析，从而确定磁场异常区域； 4)对磁场异常区域进行开挖验证，用目测检查或使用接触式磁应力检测方法管道的表面上找出应力集中区或缺陷位置； 在应力集中区、焊缝及附近位置作超声探伤、测厚、涡流检测等以确定缺陷严重程度； 5)按照石油行业相关标准对缺陷进行评价。
3.根据权利要求I所述的管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法，其特征在于对相关磁场数据进行校正是用上下两个传感器对应通道进行相减以消除干扰对磁信号影响。
4.根据权利要求I所述的管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法，其特征在于进行金属磁应力非接触检测数据处理和信号分析的流程是 磁记忆信号检测；数字化处理； 梯度计算； 阀值比较； 确定应力集中区域。
5.根据权利要求2所述的管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法，其特征在于所述对所处位置加以描述是管道与输电线、其他管道、电缆、道路的交汇处。
全文摘要
本发明是一种管道管体缺陷的非接触式磁应力检测方法。持磁应力检测设备在管线正上方沿管线轴向方向行进，用传感器探头在需要检测的管段上方对漏磁场的磁参数进行检测并记录，进行数据处理和信号分析；据不同的管道通过实验确定相应的磁场梯度的阈值Kth，当检测到磁场值符号变换且磁场梯度变化超过了阈值Kth，则该处管体存在应力集中现象；通过测量的管道磁场信号和当地的地貌、管道埋深存在的相关关系及与管道交错的电缆、输电线、金属物体对磁场测量造成的影响，在数据分析处理之前补偿外界干扰的影响，对相关磁场数据进行校正。本发明能快速确定应力集中区域且提离效应的影响小、设备轻便、操作快速便捷、灵敏度高、重复性与可靠性好。
文档编号G01N27/82GK102954997SQ20111024825
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者王维斌, 林嵩, 陈健峰, 艾慕阳, 佟文强, 赵丑民, 刘广文, 冯展军, 王禹钦, 蒋先尧, 梁峰 申请人:中国石油天然气股份有限公司