在役管道三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

服務(wù)于管道泄漏的內(nèi)壓檢測(cè)技術(shù)是管道完整性管理的一項(xiàng)重要技術(shù)，在管道檢驗(yàn)中得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)管體缺陷類(lèi)型、位置和尺寸等信息的發(fā)現(xiàn)和判定,可在事故前發(fā)現(xiàn)管體缺陷,使得預(yù)防性、針對(duì)性缺陷修復(fù)成為可能。但由于當(dāng)前各類(lèi)內(nèi)檢測(cè)器具有針對(duì)性和局限性,不能同時(shí)檢測(cè)出各種類(lèi)型缺陷,經(jīng)常會(huì)造成對(duì)不敏感缺陷的漏檢或缺陷評(píng)定誤差增大,降低了管道完整性評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠度。為了彌補(bǔ)這一缺陷,往往需要在同一管道運(yùn)行多種內(nèi)檢測(cè)設(shè)備以便發(fā)現(xiàn)不同類(lèi)型缺陷。這不僅提高了運(yùn)行成本,而且增加了檢測(cè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。因此,提高管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)探測(cè)能力、精度和可靠度,成為了內(nèi)檢測(cè)技術(shù)一直努力探索的方向,三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)正是基于這一需求的產(chǎn)物。三軸高斯傳感器設(shè)計(jì)和制造等基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步,使得三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器的研發(fā)與應(yīng)用成為可能。一、軸漏磁分離器的工作原理三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器,是指具備能夠同時(shí)記錄磁場(chǎng)三維空間分量的高清晰度內(nèi)檢測(cè)器。三軸高清漏磁內(nèi)檢測(cè)器的基本工作原理與傳統(tǒng)漏磁內(nèi)檢測(cè)器完全相同,主要區(qū)別是三軸漏磁檢測(cè)器在一個(gè)探頭中放置了三個(gè)方向的傳感器,可以同時(shí)記錄泄漏磁力線的三維分量,提高了對(duì)缺陷的識(shí)別和評(píng)定能力;而傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器只能記錄一個(gè)方向的磁力線強(qiáng)度變化。漏磁檢測(cè)利用被檢管體是鐵磁性材料的特點(diǎn),施加外磁場(chǎng)將其被檢測(cè)段局部磁化。當(dāng)該位置無(wú)缺陷時(shí),磁力線絕大部分通過(guò)鋼管,此時(shí)磁力線均勻分布(見(jiàn)圖1(a));當(dāng)該處存在缺陷時(shí),由于鋼管缺陷處磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鋼管的磁導(dǎo)率,根據(jù)磁感應(yīng)線的折射定律,磁力線將發(fā)生折射彎曲,一部分仍從管壁中通過(guò),另一部分從缺陷處通過(guò),還有一部分泄漏出管體表面,滲透到空間(見(jiàn)圖1(b))。試驗(yàn)表明,缺陷的形狀將直接影響勵(lì)磁系統(tǒng)中磁場(chǎng)的分布形式,利用有效的檢測(cè)手段測(cè)量磁場(chǎng)參量的變化情況,可以獲得各種缺陷形狀的信號(hào)。通過(guò)對(duì)信號(hào)的分析,也可以有效回歸缺陷幾何形狀。如果缺陷為體積型缺陷,或空間足夠大的類(lèi)裂紋性缺陷,根據(jù)缺陷表面的三維變化,折射后的磁力線偏離了原磁場(chǎng)方向,磁力線在原磁場(chǎng)方向的三維空間有對(duì)應(yīng)的矢量強(qiáng)度分布變化,見(jiàn)圖2。因此,當(dāng)管體上存在缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)(見(jiàn)圖3(a)),則其泄漏折射后磁場(chǎng)各分量的矢量分布見(jiàn)圖3(b)、(c)和(d)。研究表明,軸向(Axial,Bx)、徑向(Radial,By)和切向(Transverse,Bz)信號(hào)的幅值表示缺陷的深度信息,信號(hào)的跨度表示缺陷的寬度信息,信號(hào)的條帶數(shù)表示缺陷的長(zhǎng)度信息。根據(jù)霍爾效應(yīng),在缺陷處、泄漏處的磁力線可以通過(guò)霍爾傳感器或感應(yīng)線圈探測(cè)到(見(jiàn)圖4),即根據(jù)漏磁檢測(cè)器的工作原理(見(jiàn)圖1),結(jié)合磁場(chǎng)的三維分布,當(dāng)在漏磁場(chǎng)中放置傳感器,根據(jù)激勵(lì)電流Ic與感應(yīng)電勢(shì)Vh,可測(cè)量出磁場(chǎng)強(qiáng)度B,感應(yīng)面處于空間不同位置將測(cè)量出不同磁場(chǎng)方向的矢量值。傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器只在軸向安裝了傳感器,因此只能測(cè)量出軸向分量Bx,而三軸漏磁檢測(cè)器則在同一位置按照三維方向分別固定了3個(gè)傳感器(見(jiàn)圖5),能夠測(cè)量空間磁場(chǎng)的三維矢量。垂直于管道軸向的傳感器測(cè)量的感應(yīng)信號(hào)反映了軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度變化,平行于管體表面的傳感器測(cè)量的感應(yīng)信號(hào)反映了徑向的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化,垂直于周向的傳感器測(cè)量的感應(yīng)信號(hào)反映了周向磁場(chǎng)強(qiáng)度變化。綜上所述,由于傳感器制造技術(shù)的進(jìn)步,基于先進(jìn)的三維傳感器改進(jìn)了傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器成為三軸漏磁檢測(cè)器。三軸傳感器的應(yīng)用是三軸高清漏磁檢測(cè)器與傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器最大的不同點(diǎn)。三維傳感器的應(yīng)用帶來(lái)了檢測(cè)數(shù)據(jù)量和用電量的增加,因此三軸高清漏磁檢測(cè)器在數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、速度適應(yīng)性、數(shù)據(jù)處理等方面都有了新的發(fā)展,提高了檢測(cè)精度和置性度。二、道缺陷特征回歸模型由于三軸漏磁內(nèi)檢測(cè)器在同一位置記錄了磁場(chǎng)的三維矢量,通過(guò)專(zhuān)門(mén)的漏磁數(shù)據(jù)讀取工具分析管道缺陷處三個(gè)方向的漏磁分量,可以判斷出缺陷的深度、長(zhǎng)度、寬度等特征信息,清晰地回歸出缺陷的幾何變化特征,提高了根據(jù)缺陷信號(hào)特征回歸缺陷幾何尺寸的精度。三軸方向信號(hào)的記錄使得三軸高清漏磁檢測(cè)器在檢測(cè)能力和置信度等多方面優(yōu)于傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器,主要具有三個(gè)方面特性。1、不同方向分布的裂紋缺陷檢測(cè)算法傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器只記錄一個(gè)方向的磁力線變化量,因此對(duì)沿磁力線方向分布的缺陷不敏感,而三軸高清漏磁檢測(cè)器通過(guò)三維方向的磁場(chǎng)變化,在一次檢測(cè)中可以準(zhǔn)確測(cè)量出不同方向分布的狹長(zhǎng)類(lèi)裂紋缺陷。2、軸漏磁內(nèi)分離器由于對(duì)每一處缺陷都可以從三組信號(hào)中分析得出缺陷尺寸數(shù)據(jù),因此,相對(duì)于傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)器,三軸漏磁內(nèi)檢測(cè)器可以相對(duì)準(zhǔn)確的回歸出缺陷尺寸。由于各軸的信號(hào)對(duì)缺陷的類(lèi)型敏感性各不相同,可以通過(guò)三軸信號(hào)中的一組或多組信號(hào)判定各種不同類(lèi)型缺陷,提高了對(duì)缺陷識(shí)別的置信度。3、提升三軸漏磁分離器的缺陷一般認(rèn)為漏磁檢測(cè)技術(shù)只對(duì)金屬損失敏感,對(duì)沒(méi)有金屬損失的小開(kāi)口裂紋檢出能力差。但隨著檢測(cè)精度的提升,傳統(tǒng)軸向漏磁檢測(cè)器就已經(jīng)能夠檢測(cè)出具有一定開(kāi)口尺寸的軸向裂紋缺陷,三軸漏磁檢測(cè)器則可以檢測(cè)出具有一定開(kāi)口尺寸的各類(lèi)裂紋缺陷。雖然三軸漏磁檢測(cè)器提高了對(duì)金屬損失缺陷的檢測(cè)精度和置信度,但依然對(duì)沒(méi)有開(kāi)口的微小裂紋缺陷不敏感,具有一定的局限性,檢測(cè)成本高也是該檢測(cè)器的一個(gè)缺點(diǎn)。三、檢測(cè)結(jié)果分析中國(guó)石油管道公司同國(guó)外某公司合作進(jìn)行了三軸高清漏磁檢測(cè)器的試驗(yàn)性應(yīng)用,該三軸高清漏磁檢測(cè)器利用四個(gè)三向霍爾傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的4線圈傳感器,能記錄三個(gè)獨(dú)立軸向的漏磁信號(hào)。圖6是檢測(cè)數(shù)據(jù)中具有典型特征的金屬損失缺陷和三軸信號(hào),圖7是檢測(cè)數(shù)據(jù)中具有典型特征的金屬增加缺陷和三軸信號(hào)。根據(jù)檢測(cè)信號(hào)分析和開(kāi)挖驗(yàn)證結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)該信號(hào)特征明顯,顯著增強(qiáng)了對(duì)缺陷尺寸判斷的準(zhǔn)確性,提高了檢測(cè)精度,與開(kāi)挖檢測(cè)結(jié)果吻合度高。在此次檢測(cè)中,不僅檢測(cè)出了各類(lèi)金屬損失常規(guī)缺陷,而且同時(shí)檢測(cè)出了環(huán)焊縫焊接缺陷和螺旋焊縫缺陷,見(jiàn)圖8和圖9。檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明,該檢測(cè)器能夠檢測(cè)出不同方向分布的狹長(zhǎng)類(lèi)裂紋缺陷,同時(shí)還明顯驗(yàn)證了該檢測(cè)器能夠在同一次檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)更多類(lèi)型的金屬損失缺陷。它不僅能夠在一次檢測(cè)中測(cè)量出需要分別運(yùn)行傳統(tǒng)的軸向和周向漏磁檢測(cè)器才能檢測(cè)出的缺陷,而且檢測(cè)出了對(duì)這兩類(lèi)檢測(cè)器都不敏感的螺旋焊縫