摘要：管道运输的优点是输送量大、运费低、耗能少，一般可深埋于地下，安全可靠，对环境污染小，占地面积少。随着油气管道服役时间的增长，这一运输方式的缺点也开始逐渐的显现。管体腐蚀穿孔造成输送油气的泄漏是长输管道存在的一个非常严重的问题，所以为了掌握管体状况，保证管道安全平稳运行，必须定期对管道进行检测。基于此，本文主要对长输油气管道漏磁内检测技术进行分析探讨。
关键词：长输油气管道；漏磁内检测；技术分析
1、前言
长输油气管道在油气能源运输中发挥着关键作用，被称为“能源血脉”。为保证管道的安全有效运行，应定期对管道进行检测。管道漏磁内检测技术是目前国内外长输油气管道内检测领域普遍应用的检测技术，该技术以管道管体已形成的体积缺陷为检测目的，可以准确检测出缺陷面积、程度、方位等信息。
２、管道漏磁内检测技术
2.1管道漏磁内检测系统基本结构
管道漏磁内检测系统应用漏磁检测原理，以管内所输送介质为动力，完成对管道的无损检测评价。管道漏磁内检测系统主要包括管道漏磁内检测装置、里程标定装置和数据分析处理系统3部分。
管道漏磁内检测装置主要实现对管道上缺陷的检测及保证检测器的平稳运行，主要包括驱动单元、测量单元、计算机单元和供电单元4部分。
里程标定装置实现对管道上腐蚀缺陷及管道特殊部件等的精确定位，主要由管道外标记标定、管道内外时间同步标定和里程轮记录3部分组成，三者共同工作，可对行进里程等信息进行记录。
数据分析处理系统完成对磁传感器检测得到的漏磁数据进行可视化处理，生成最终的管道缺陷检测结果，主要由数据格式处理软件、初步分析软件、人工判读软件、数据管理软件等部分组成。将磁传感器检测得到的数据经一系列处理之后绘成彩色线图并在计算机上显示，数据判读人员可以直观地从彩色图上观察出缺陷的有无及腐蚀程度，同时界面会进行里程信息显示，可通过里程信息判定缺陷所在位置并进行标记，为检测或评估管道寿命提供依据。
2.2管道漏磁内检测原理
漏磁检测技术原理建立在铁磁性材料的高磁导率特性基础之上，利用永磁体通过刚磁对管壁进行充分磁化，使其达到饱和或近饱和状态，当管道中不存在缺陷时，磁力线平行于管道内部；当管道存在缺陷时，磁力线被其表面或近表面的缺陷阻隔，使部分磁力线漏出管道表面，产生漏磁通。利用磁敏元件检测该漏磁信号，从而判断缺陷的存在和特征。
2.3漏磁场影响因素
2.3.1缺陷外形参数对漏磁场的影响
当管道中产生沿轴向分布的磁场时，缺陷存在导致产生的漏磁场将在缺陷边界位置发生突变。对于宽度和深度尺寸相同的缺陷，长度尺寸从５～３０ｍｍ，依次增大（编号为１～６）时，缺陷漏磁场径向分量和轴向分量磁通密度值如图1所示。
图1
从图中可看出，随着缺陷长度增加时，径向分量磁通密度峰峰值间距变大，同时幅度降低，信号变平缓；轴向分量磁通密度波形宽度变大，幅值降低。缺陷长度与漏磁场径向分量峰峰值间距和轴向分量波形宽度之间呈近似线性关系，可反映出缺陷长度信息。缺陷深度与缺陷腐蚀程度关系密切，是评价管道缺陷的主要性能指标。对于宽度和深度尺寸相同、缺陷深度分别为０．１２５ｔ、０．２５ｔ、０．３７５ｔ、０．５ｔ、０．６２５ｔ、０．７５ｔ、０．８７５ｔ和ｔ（ｔ为管壁厚，编号为１～８）时，缺陷漏磁场的径向分量和轴向分量磁通密度值在不同深度情况下，缺陷漏磁场轴向分量磁通密度图和径向分量磁通密度图的曲线形状基本相同。当缺陷宽度和长度尺寸不变，仅增加缺陷深度尺寸时，漏磁场径向分量峰峰值和轴向分量的峰谷值随之增大，与缺陷深度呈现很好的线性关系，可以较好地描述缺陷深度，可作为评价缺陷深度的特征量。缺陷存在所产生的漏磁通会在管道周向方向上延伸，导致缺陷漏磁场的宽度变化范围大于缺陷本身的实际宽度。在管道上缺陷长度和深度尺寸不变，仅增加缺陷宽度尺寸的情况下，漏磁场在周向方向上覆盖范围变宽，漏磁场信号幅值增大，轴向分量磁通密度峰谷值增大。
综上分析，漏磁信号的特征与缺陷外形参数特征存在对应关系，可通过漏磁场信号特征对缺陷外形参数进行初步判别，为管道缺陷实现精确量化奠定基础。
2.3.2缺陷延伸方向对漏磁场的影响
在管道漏磁内检测过程中，缺陷的延伸方向与磁化场方向的夹角决定了管道上存在的缺陷可否被检测到。对于尺寸参数相同的缺陷，当缺陷延伸方向与磁化场方向夹角分别为90°、67.5°、45°、22.5°、0°（编号为1～5）时，缺陷漏磁场的轴向分量和径向分量磁通密度值与缺陷角度的关系看出，当裂纹缺陷与磁化场方向垂直即二者夹角为９０°时，信号漏磁场幅值最大，最有利于检测出缺陷，灵敏度最高；随着缺陷取向与磁化场方向夹角的变小，检测得到缺陷漏磁信号的幅值也相应减小，灵敏度降低；当缺陷延伸仿效与磁化场方向夹角小于30°时检测不到有效的漏磁信号。
目前，对于漏磁场的理论研究主要借助于有限元仿真分析方法，但仿真分析在实际应用只起到指导性作用，真正的漏磁机理仍需进一步研究。
3、未来展望
目前，管道漏磁内检测技术在实际使用中已取得了巨大的成就，但在理论和工程化应用方面仍需要进一步开展研究工作，主要有以下几点：
１）漏磁场形成机理研究。漏磁无损检测技术应用广泛，但漏磁场理论尚不完备，如对铁磁性材料的漏磁场形成机理、漏磁场信号与缺陷特征之间的对应数量关系、不同类型的缺陷漏磁场理论模型等仍需进一步研究，对漏磁检测技术的发展具有重要意义。
２）三轴三维超高清晰度裂纹检测技术研究。裂纹是威胁管道安全运行的重要因素，传统的周向励磁漏磁检测技术，只能检测到与管道平行的轴向裂纹，对与管道轴线方向成一定角度的裂纹不敏感，因此对三轴三维超高清晰度裂纹检测技术研究，完成高清晰度数据采集，海量数据存储，以实现对管体不同方向的裂纹和焊缝裂纹的检测，对保障管道的安全运行十分必要。
３）应力集中区域检测技术研究。管道在工作介质、温度及应力长时间的共同作用下，其抗疲劳强度、抗应力腐蚀开裂能力等大大下降，极大威胁着管道的正常使用和安全。应力集中也是造成在役管道突发性事故的主要原因，对管道应力集中区域的检测，可作为管道失效的预判方法，健康状况诊断的有效手段，因此对于管道应力检测技术的研究迫在眉睫。
４）推行国内管道内检测技术。目前，国内管道的内检测大量被国外管道检测公司承担，但国外管道内检测器都带有管道定位导航系统，在管道内检测过程中，油气管道线路走向及沿线重力数据等关系到国家安全的重要原始信息被采集存储，对国家经济命脉造成了重大威胁。因此，应全面推行我国具有自主知识产权的管道内检测技术，既保证管线运输的安全，也保护了国家重要经济命脉。
漏磁检测技术理论尚不完备，但其工程化应用效果良好，漏磁检测技术仍是未来管道内检测的主要方式，在管道内检测领域具有广阔的发展和应用空间。
参考文献：
［1］苏林，汤荣，曹乐乐．原油管道检测器通过能力评价方法［J］．管道技术与设备，2014（3）：25－27．
论文作者:李娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
标签：管道论文; 缺陷论文; 磁场论文; 分量论文; 检测技术论文; 裂纹论文; 里程论文; 《基层建设》2019年第8期论文;