非接觸式磁力掃描技術(shù)在煉化企業(yè)埋地管道檢測中的應(yīng)用

摘要：介紹了基于金屬磁記憶方法的非接觸式磁力掃描技術(shù)，并將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于煉化企業(yè)埋地管道缺陷檢測中，應(yīng)用檢測磁力掃描設(shè)備在埋地金屬管道上方掃過，對磁信號異常位置進(jìn)行標(biāo)記和記錄，經(jīng)過對磁信號數(shù)據(jù)處理分析后確定埋地管道的缺陷位置并開挖驗(yàn)證。結(jié)果表明，該技術(shù)能夠在非開挖狀態(tài)下對埋地管道的缺陷進(jìn)行有效檢測。該技術(shù)與管道內(nèi)檢測法相比，具有檢測成本較低，檢測效率更高等特點(diǎn)，在一定程度上克服內(nèi)檢測法的缺點(diǎn)，可以視作一種檢測埋地金屬管道缺陷的有效方法。

關(guān)鍵詞：煉化企業(yè)；埋地管道；非接觸磁力掃描；非開挖1埋地管道檢測概述

某煉化企業(yè)建廠時(shí)間久，生產(chǎn)區(qū)埋地管道如消防水、循環(huán)水等金屬管道運(yùn)行年限長，據(jù)記載企業(yè)某生產(chǎn)區(qū)域上述兩種類型埋地管道運(yùn)行時(shí)間已超過了20年。長時(shí)間服役使得埋地金屬管道面臨腐蝕、變形、泄漏等風(fēng)險(xiǎn)。為了避免因管道老化腐蝕發(fā)生泄漏事故并實(shí)現(xiàn)管道完整性管理，需要對廠區(qū)埋地金屬管道進(jìn)行有效檢測。據(jù)對國內(nèi)外管道事故原因統(tǒng)計(jì)，影響管道安全運(yùn)行的最主要的3個因素為：第三方破壞、材料失效、管體腐蝕［1］。對在用管道檢測一般包括位置勘察、腐蝕評價(jià)、泄漏檢測、缺陷檢測等。

檢測技術(shù)主要分為內(nèi)檢測和外檢測兩類。內(nèi)檢測是將檢測設(shè)備置于管道內(nèi)部，經(jīng)過長期發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)非常成熟，管道內(nèi)檢測設(shè)備向著多樣化、三維可視化和高分辨的方向發(fā)展。內(nèi)檢測法要克服管道運(yùn)行壓力、介質(zhì)流量、變形、管內(nèi)清潔度等因素對檢測設(shè)備運(yùn)行及精度的影響，這類檢測器易發(fā)生卡堵。外檢測法是將檢測設(shè)備置于管道外部，根據(jù)是否與管道接觸分為接觸式和非接觸式兩種。

接觸式外檢測技術(shù)應(yīng)用較多的有超聲波、滲透、射線等一系列常規(guī)無損檢測技術(shù)，另外超聲導(dǎo)波技術(shù)、電磁超聲技術(shù)也發(fā)展較快。接觸式外檢測技術(shù)需要對管道開挖后實(shí)施，對于處于運(yùn)行狀態(tài)管道的適用性較低。非接觸式檢測技術(shù)可以在不開挖的狀態(tài)下對埋地管道進(jìn)行缺陷檢測和定位，因此該技術(shù)在埋地管道缺陷檢測中的應(yīng)用日趨增多。

目前非接觸式檢測技術(shù)有瞬變電磁技術(shù)、超聲導(dǎo)波技術(shù)、金屬磁記憶技術(shù)。其中，金屬磁記憶技術(shù)由俄羅斯杜波夫教授于1994年提出，金屬磁記憶方法可以檢測出應(yīng)力集中區(qū)SCZ和利用SMLF自漏磁場及其梯度分布曲線確定缺陷位置。

該技術(shù)具有無需大量開挖、無需停產(chǎn)、檢測不影響管道工作等優(yōu)點(diǎn)［2］。國內(nèi)此類應(yīng)用多見于油氣長輸管道、海底輸油管道和城市燃?xì)夤艿赖臋z測，應(yīng)用于煉化企業(yè)埋地管道的檢測實(shí)例較少。因此本文將對該技術(shù)應(yīng)用于煉化企業(yè)埋地金屬管道的管體缺陷檢測及定位做一些探索。

2非接觸式磁力掃描技術(shù)介紹

2.1應(yīng)用特點(diǎn)

作為一種管道外檢測技術(shù)，非接觸式磁力掃描技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有以下特點(diǎn)。

（1） 無需開挖，在地面就能對埋地金屬管道進(jìn)行無損檢測，同時(shí)可在管道運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行檢測。

（2） 可以比較同一管段不同時(shí)期的檢測數(shù)據(jù)，監(jiān)控缺陷的發(fā)展以及受力狀態(tài)異常而產(chǎn)生的磁場變化。

（3） 使用方便、檢測速度快，1 h可檢測約2 km的埋地金屬管道。

（4） 可以與GPS結(jié)合使用，定位準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)記錄精度可達(dá)毫米級。

（5） 利用埋地管道金屬的自然磁性，不用對被檢測對象進(jìn)行專門的磁化或施加電流等操作。檢測過程只采集磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)，不需要任何激勵源，不發(fā)射任何物質(zhì)。

（6） 開挖驗(yàn)證方便，可使用配套的金屬磁記憶接觸式檢測配件，可在不去除防腐層的情況下，檢測管道管體的狀態(tài)。

2.2技術(shù)原理

非接觸式磁力掃描技術(shù)由金屬磁記憶法發(fā)展而來，其檢測原理源于磁場強(qiáng)度和方向的變化。鐵磁性管道在地磁場作用下，管體的冶金、機(jī)械缺陷在運(yùn)行壓力載荷的作用下會發(fā)生應(yīng)力變化，繼而鐵磁體會因磁滯特性而保留“磁致伸縮”逆效應(yīng)帶來的磁場變化。鐵磁性管道中應(yīng)力的變化會引起由地磁場產(chǎn)生的管道漏磁場信號的變化。缺陷將首先出現(xiàn)在應(yīng)力集中區(qū)，管道的主要損傷根源是應(yīng)力集中區(qū)。在應(yīng)力集中區(qū)腐蝕過程，錯位和疲勞進(jìn)行得更為劇烈。非接觸式磁力掃描技術(shù)通過記錄被測金屬管道3個方向的恒定磁場（地磁）及其梯度變化值，繪制磁場強(qiáng)度記錄圖并分析和解譯參數(shù)來診斷管道缺陷。該方法常用于檢測處在地下、水下或其他介質(zhì)下管道金屬中存在的各類性質(zhì)損傷（見圖1）。

2.3適用性

非接觸式磁力掃描技術(shù)適用于各種管徑的鐵磁性金屬埋地管道的非接觸式檢測。對于多數(shù)情況下的埋地管道，只要保證能確定管道位置和管道上方地表可正常行走進(jìn)行檢測（見圖2）。

3現(xiàn)場應(yīng)用

選擇某煉化企業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)一段主干消防水管道為研究對象，材質(zhì)為鋼制，管徑520 mm。

3.1檢測標(biāo)準(zhǔn)

檢測依據(jù)俄羅斯聯(lián)邦工業(yè)委員會制定的《GD102—008—2002非接觸式磁測法管道技術(shù)狀態(tài)診斷規(guī)范》。

3.2檢測概述

埋地金屬管道缺陷檢測是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，它涉及諸多環(huán)節(jié)，復(fù)雜的管網(wǎng)深埋于地下，看不見摸不著，任何一個環(huán)節(jié)的疏忽都有可能導(dǎo)致檢測工作的失敗。要科學(xué)合理的使用儀器，充分利用已有資料和數(shù)據(jù)做好時(shí)間、地點(diǎn)、人、儀器設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮檢測工作的最佳效果，就必須有一套嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、具有可操作性的檢測規(guī)程。

結(jié)合煉化企業(yè)生產(chǎn)區(qū)現(xiàn)場特點(diǎn)，總結(jié)出煉化企業(yè)廠區(qū)埋地金屬管線非接觸式磁力掃描技術(shù)流程（見圖3）。

在實(shí)地進(jìn)行檢測之前，要做好準(zhǔn)備工作，充分細(xì)致的準(zhǔn)備工作是成功檢測的重要保證。準(zhǔn)備工作主要包括資料準(zhǔn)備、人員準(zhǔn)備及設(shè)備準(zhǔn)備等。

資料準(zhǔn)備工作主要包括查閱地下管網(wǎng)分布圖，對一些圖紙不清或管道走向不好確認(rèn)的要做實(shí)地調(diào)查，主要向?qū)俚厝藛T了解情況，也可以使用探地雷達(dá)、管線定位儀等探測設(shè)備對管道走向進(jìn)行定位。綜合所掌握的資料，確定參加檢測工作人員和設(shè)備。

3.3檢測分析過程

非接觸式磁力掃描技術(shù)管道檢測過程主要有以下步驟組成。

（1） 對待檢測消防水管道進(jìn)行踏勘和資料收集，確定管道的準(zhǔn)確位置、走向等信息，必要時(shí)用噴漆等做好地面標(biāo)記，對于位置無法確定的管道可以使用探管儀等確定位置。

（2） 為了保證檢測的準(zhǔn)確性，要將行進(jìn)路線中的堆積物、雜物等影響檢測的障礙物清除，檢查是否有不可移動的金屬物體如穿越管道、金屬井蓋及雨箅子等并記錄它們的位置。

（3） 將推車、磁信號掃描裝置、手簿等連接，并連接GPS定位裝置。

（4） 磁信號的采集。使用非接觸磁力掃描儀沿標(biāo)定好的路徑開始檢測，磁信號掃描裝置離地面距離約20 cm，掃描行進(jìn)速度以2～3 km/h為宜，掃描開始前打開GPS并記錄起點(diǎn)信息。為方便后期數(shù)據(jù)處理，可對管道進(jìn)行分段式檢測，在實(shí)踐中以100 m為宜或以相鄰路口為檢測起止點(diǎn)，使用GPS記錄起止點(diǎn)信息，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，現(xiàn)場需要專人繪制草圖和記錄起止點(diǎn)、異常點(diǎn)信息。

（5） 掃描完成后，可通過手簿查看并保存檢測數(shù)據(jù)。對于比較明顯的異常數(shù)據(jù)圖譜，當(dāng)時(shí)即可作出判斷。難以判斷的異常點(diǎn)要現(xiàn)場查看排除干擾因素或者進(jìn)行2次掃描檢測，驗(yàn)證信號重復(fù)性和排除人為影響。

（6） 數(shù)據(jù)處理，使用磁記憶分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，找出應(yīng)力異常區(qū)域和有損壞趨勢的管段，確定其位置。

（7） 開挖驗(yàn)證。根據(jù)需要選擇若干最嚴(yán)重的位置開挖。開挖后進(jìn)行輔助缺陷檢測，判斷管體缺陷類型。

（8） 出具檢測報(bào)告，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行最終處理和分析，編寫檢測報(bào)告，提出建議并反饋給屬地單位或管理部門。

現(xiàn)場作業(yè)一般由3人組成，其中2人操作探測設(shè)備和電子手簿，1人負(fù)責(zé)對磁異常點(diǎn)信息的記錄，記錄內(nèi)容包括位置、是否存在其他鐵磁體等。

現(xiàn)場作業(yè)中，通過被測管道磁信號的變化判斷管體是否存在缺陷，再進(jìn)行開挖和輔助檢測等手段確定管道的缺陷類型。常見管道缺陷類型有應(yīng)力腐蝕、管壁金屬剝離、焊縫異常、幾何變形、裂紋開裂等。

3.4檢測結(jié)果

根據(jù)屬地單位和管理部門建議，選取約400 m待測管道作為實(shí)驗(yàn)區(qū)域。根據(jù)磁信號數(shù)據(jù)記錄，共測得磁異常點(diǎn)5處，其中4處根據(jù)現(xiàn)場記錄可判定為金屬井蓋或雨箅子影響，位于待測管線起點(diǎn)135 m處磁信號異常，且該處地面無井蓋，地下無其他管線穿越。初步判定有管體損傷（見圖4）。

經(jīng)現(xiàn)場開挖后，發(fā)現(xiàn)該磁信號異常點(diǎn)處為管道焊縫，焊縫周邊伴有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生（見圖5）。

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的檢測和開挖驗(yàn)證，非接觸式磁力掃描技術(shù)能夠?qū)β竦亟饘俟艿赖娜毕葸M(jìn)行定位，檢測過程不影響管道的運(yùn)行狀態(tài)。

4存在的不足和建議

非接觸式磁力掃描技術(shù)能夠在不改變埋地管道狀態(tài)的情況下開展檢測，與內(nèi)檢測法相比，不用在管道內(nèi)部安置檢測設(shè)備，能夠降低管道檢測成本，同時(shí)在檢測過程能及時(shí)發(fā)現(xiàn)磁信號異常點(diǎn)，檢測效率得到提高。但是該技術(shù)也存在不足：（1） 在檢測過程中易受外部鐵磁性材料影響，相比于長輸管道的單一性，煉化企業(yè)生產(chǎn)區(qū)地下管道縱橫交錯，在檢測過程中常常會出現(xiàn)非缺陷性的磁信號異常，如何去偽存真需要進(jìn)一步研究。（2） 對于缺陷點(diǎn)類型的判定上，缺少足夠的圖譜數(shù)據(jù)支撐，對于缺陷點(diǎn)類型的判別需要結(jié)合現(xiàn)場開挖配合其它無損檢測技術(shù)進(jìn)行確認(rèn)。

建議加大對生產(chǎn)區(qū)域埋地管道的檢測力度，嘗試在各種復(fù)雜環(huán)境下開展檢測工作，認(rèn)真填寫現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄，對于磁異常信號的位置要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況綜合研判。研究磁信號異常圖譜，找出信號數(shù)據(jù)與缺陷類型之間的聯(lián)系和規(guī)律，進(jìn)一步提高檢測效率。

總之，非接觸式磁力掃描技術(shù)可在非開挖狀態(tài)下對埋地管道進(jìn)行缺陷檢測和定位，是一種有效的埋地管道外檢測方法，將其與內(nèi)檢測法結(jié)合使用，可以共同完成管道完整性的檢測與評估。

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