信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)在超深管道檢測(cè)中的重要性

鐘曉松 楊曉凱 李祥明 孫國(guó)寧 徐棟棟 史海波

（中石化勝利油田海洋采油廠，山東 東營(yíng) 257537）

1 常規(guī)技術(shù)的局限性

目前國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際埋地管道檢測(cè)行業(yè)，針對(duì)埋地管道定位和評(píng)估的常用檢測(cè)手段為埋地管道防腐層檢測(cè)儀或者管線探測(cè)定位儀，其最大功率輸出為150W、最大電流輸出為3A，然而因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境問(wèn)題，真實(shí)的信號(hào)輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到最優(yōu)效果，特別是對(duì)于大埋深及穿越管段的檢測(cè)效果更差，究其原因主要是較弱的信號(hào)在穿越較深土層時(shí)強(qiáng)度受到了極大的削弱，甚至都無(wú)法傳輸至地表。

1.1 管道定位困難

無(wú)論是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)的帶有管道定位功能的設(shè)備，主要管道定位模式分為兩種方法：峰值定位法、谷值定位法。峰值定位法是通過(guò)水平線圈接收由管道所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的水平分量，在通過(guò)兩個(gè)線圈的差值計(jì)算，在一定程度上去除干擾信號(hào)，從而在信號(hào)最強(qiáng)的地方就是管道的位置（如圖1所示）；谷值定位法是通過(guò)豎直線圈接收由管道所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的垂直分量，在信號(hào)最弱的地方就是管道的位置，同時(shí)配合雙向?qū)蚣^，可以更加快速的定位管道位置（如圖2所示）。

圖1 峰值定位法）

圖2 谷值定位法

然而，針對(duì)于大埋深及穿越管段，發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的的檢測(cè)信號(hào)無(wú)法有效傳播到地面，導(dǎo)致峰值定位法可能定位出一個(gè)疑似的區(qū)域，谷值定位法可能只指向一個(gè)方向，所以無(wú)法完成管道定位工作。

1.2 管道埋深測(cè)量誤差大

針對(duì)于埋地管道的埋深計(jì)算，主要計(jì)算的方法為，通過(guò)接收機(jī)兩個(gè)水平線圈的信號(hào)差值，通過(guò)已知參數(shù)計(jì)算未知埋深數(shù)值（如圖3所示）。但是因?yàn)閭鬏數(shù)降乇淼男盘?hào)極弱，如果再計(jì)算兩個(gè)線圈之間的信號(hào)差值，其實(shí)所得結(jié)果已經(jīng)微乎其微了，導(dǎo)致計(jì)算出的結(jié)果波動(dòng)區(qū)間很大，即使波動(dòng)較小，所得的數(shù)值也是誤差極大的。

圖3 埋深計(jì)算示意圖

1.3 等效電流無(wú)法有效讀取

針對(duì)于埋地管道的等效電流的計(jì)算，主要計(jì)算的方法為，通過(guò)接收機(jī)兩個(gè)水平線圈的磁通量，通過(guò)已知參數(shù)計(jì)算等效電流值（如圖4所示）。導(dǎo)致等效電流無(wú)法有效讀取的原因與埋深誤差大的原因一致，主要是在弱信號(hào)前提下無(wú)法再進(jìn)行信號(hào)差值有效計(jì)算。

圖4 等效電流計(jì)算示意圖

2 增強(qiáng)信號(hào)新思路

目前常規(guī)的檢測(cè)設(shè)備發(fā)射機(jī)最大輸出3A，可以研發(fā)一款發(fā)射機(jī)可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)也可以實(shí)現(xiàn)大功率輸出。同時(shí)可以通過(guò)衛(wèi)星同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)射機(jī)，施加以更加有效的信號(hào)施加模式，極大的增強(qiáng)信號(hào)輸出。

2.1 單臺(tái)發(fā)射機(jī)信號(hào)增強(qiáng)

常規(guī)的防腐層檢測(cè)儀發(fā)射機(jī)主要是通過(guò)調(diào)壓、調(diào)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流源輸出，最大輸出電壓為100V，此種處理方式在特殊情況下并不能有效施加信號(hào)，最新研發(fā)的大功率發(fā)射機(jī)可以實(shí)現(xiàn)7A輸出，極大增強(qiáng)了信號(hào)輸出（如圖5所示）。

圖5 大功率發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.2 發(fā)射機(jī)信號(hào)衛(wèi)星同步

常規(guī)的發(fā)射機(jī)用于管道輸出的電流頻率為128Hz和640Hz，如果在短距離內(nèi)施加兩臺(tái)以上發(fā)射機(jī)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相位錯(cuò)亂。應(yīng)用衛(wèi)星同步技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)或多臺(tái)信號(hào)相位重合，以達(dá)到信號(hào)疊加增強(qiáng)的作用（如圖6所示）。

圖6 衛(wèi)星同步示意圖

2.3 更加有效的信號(hào)施加方案

發(fā)射機(jī)施加信號(hào)一般采用單邊檢測(cè)或者雙邊檢測(cè)，而衛(wèi)星同步發(fā)射機(jī)施加信號(hào)則需要特定的模式。同步模式是指使用多臺(tái)發(fā)射機(jī)為檢測(cè)段同時(shí)施加電流信號(hào)，發(fā)射機(jī)之間通過(guò)衛(wèi)星授時(shí)功能達(dá)到施加信號(hào)的同步，從而加強(qiáng)管道中的檢測(cè)信號(hào)。同步模式可以選擇在檢測(cè)段的同一位置為其施加檢測(cè)信號(hào)，也可以選擇在檢測(cè)段的兩端為期施加檢測(cè)信號(hào)。同步模式不僅僅局限于兩臺(tái)發(fā)射機(jī)同時(shí)為檢測(cè)段加載信號(hào)，多臺(tái)發(fā)射機(jī)同時(shí)為檢測(cè)段加載信號(hào)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及檢測(cè)信號(hào)施加效果選擇發(fā)射機(jī)與管道連接的位置。但使用同步模式加載信號(hào)時(shí)注意信號(hào)連接線的極性，這是同步模式與一般模式信號(hào)施加方式的最大區(qū)別，需要現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員特別注意。

（1）雙側(cè)同步模式

圖7為雙側(cè)同步模式發(fā)射機(jī)連接示意圖，G1/G2表示地極，T1/T2表示發(fā)射機(jī)，TP1/TP2表示測(cè)試樁，GPS1/GPS2表示衛(wèi)星天線。雙側(cè)同步模式是指將多臺(tái)發(fā)射機(jī)分別放置在管道的兩端測(cè)試樁位置為檢測(cè)段施加檢測(cè)信號(hào)。要求將發(fā)射機(jī)全部連接衛(wèi)星天線，并開(kāi)啟同步模式，此時(shí)發(fā)射機(jī)才會(huì)對(duì)管道施加電流信號(hào)，并產(chǎn)生疊加效果。如圖所示如果TP1測(cè)試樁位置發(fā)射機(jī)綠色信號(hào)輸出線接管道，黃色信號(hào)輸出線接地極，TP2測(cè)試樁發(fā)射機(jī)綠色信號(hào)輸出線接地極，黃色信號(hào)輸出線接管道（如圖7所示）。TP1和TP2兩處測(cè)試樁發(fā)射機(jī)信號(hào)輸出線與管道和地極的連接線序必須相反，否則兩臺(tái)發(fā)射機(jī)的輸出電流將產(chǎn)生相互抵消的效果，使得目標(biāo)管道上的檢測(cè)信號(hào)呈減弱狀態(tài)。此外在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)需注意，所有發(fā)射機(jī)均需在衛(wèi)星連接成功時(shí)才有輸出，需確保設(shè)備搜索衛(wèi)星信號(hào)成功；

圖7 雙側(cè)同步模式示意圖

（2）同側(cè)同步模式

圖8為同側(cè)同步模式連接示意圖，G1/G2表示地極，T1/T2表示發(fā)射機(jī)，TP1/TP2表示測(cè)試樁，GPS1/GPS2表示衛(wèi)星天線。同側(cè)同步模式是指將多臺(tái)發(fā)射機(jī)放置在檢測(cè)段的同一測(cè)試樁位置，要求將發(fā)射機(jī)全部連接衛(wèi)星天線，并開(kāi)啟同步模式，此時(shí)發(fā)射機(jī)才會(huì)對(duì)管道施加電流信號(hào)，并產(chǎn)生疊加效果（如圖8所示）。發(fā)射機(jī)綠色輸出線接管道，黃色接輸出線地極。發(fā)射機(jī)信號(hào)輸出線管道和地極的連接線序必須相同，否則兩臺(tái)發(fā)射機(jī)的輸出電流將產(chǎn)生相互抵消的效果，使得目標(biāo)管道上的檢測(cè)信號(hào)呈減弱狀態(tài)。

圖8 雙側(cè)同步模式示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

常規(guī)的發(fā)射機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效信號(hào)的施加，通過(guò)衛(wèi)星授時(shí)同步多臺(tái)大功率發(fā)射機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)疊加增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，提高信噪比，可以更加有效完成管道檢測(cè)工作。