埋地金屬管道泄漏點金屬磁記憶定位技術

陳興才，楊 勇，劉 超，柳言國，劉晶姝

(1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司，山東東營257000)

埋地金屬管道隨著服役時間的延長、周圍環境及人為因素的破壞，極易發生泄漏事故。雖然現在已有質量平衡法、負壓波法、超聲波法等多種管道泄漏監、檢測技術［1-3］，但這些技術泄漏點定位精度不能滿足現場檢測需求。而基于超聲、漏磁技術的內檢測技術雖然泄漏點定位精度較高，但現場實施檢測時要求條件苛刻且檢測成本較高，影響管道的正常運行。因此，有必要研究一種非接觸式的、不影響管道運行的高精度埋地金屬管道泄漏點檢測技術。

通過對以往埋地金屬管道泄漏點檢測數據的分析發現，管道泄漏不僅造成管體的破壞而且會破壞外防腐層。防腐層檢測技術目前已經很成熟，管體破壞造成的缺陷檢測可利用金屬磁記憶技術。而金屬磁記憶技術是一種新型的、可檢測金屬材料應力集中區的無損檢測技術［4-5］。

目前國內普遍采用的金屬磁記憶設備僅用于缺陷檢測，尚未發現應用于埋地金屬管道泄漏點檢測的數據分析方法。針對管道泄漏中的金屬磁記憶數據進行降噪處理，而后利用Hilbert變換提取出泄漏點的特征。通過檢測分析結果與開挖驗證結果的比較可知，管道泄漏點定位精度可達±1.0 m。并且，該方法檢測管道泄漏點不必開挖即可檢測，不影響管道的正常運行。

1 金屬磁記憶及數據處理技術

由于金屬磁記憶技術在檢測時會受到環境噪聲的干擾，因此檢測所得磁場數據利用小波變換進行降噪處理［6］。通過對比研究發現，sym小波較db小波對試件及管道磁記憶檢測數據進行降噪更合適。通過數字試驗，選用sym11小波為母小波進行檢測數據降噪處理，為減小計算工作量，分解層數選擇4層。

為檢測兩檢測點之間磁場數據的突變，將Hilbert變換用于降噪后檢測數據的分析［7］。一個時域信號x(t)的Hilbert變換可以表示為:

式中t表示時間，x(t)表示原始信號，ˉx(t)為原始信號經Hilbert變換所得結果，τ為時間積分項。變換后得到x(t)的解析信號為:

其中，W(t)為原始信號及其Hilbert變換結果合成后的解析信號。

對于檢測信號而言，其振幅 A(t)可以表示為:

振幅A(t)反映了信號的整體變化趨勢。

2 試驗結果及分析

鑒于泄漏點同時造成外防腐層、管體缺陷，因此進行埋地金屬管道泄漏點定位時同時需要外防腐層、磁記憶檢測數據。一般而言，同時具有防腐層破損點、管體磁信號異常兩因素的部位為泄漏點位置。現場檢測試驗中，外防腐層檢測采用成熟、可靠的交流電壓梯度技術，利用該技術對外防腐層破損點的定位精度可達±0.2 m。

金屬磁記憶檢測則采用俄羅斯動力診斷公司TSC系列儀器，該儀器配有動力診斷公司開發的新型11-12W型掃描檢測傳感器，可在非開挖狀態下檢測地磁場激勵的埋地金屬管道磁場信號，現場檢測時采用該傳感器檢測地面磁場信號。11-12W掃描裝置由4個三分量磁場檢測傳感器構成，分別編號為1～4號傳感器，每個傳感器可采集3道磁場信號。檢測時所得磁場信號定義沿管道軸向為x分量(即H1，H4，H7，H10)，垂直地面向下定義為y分量(即H2，H5，H8，H11)，其余分量即 H3，H6，H9，H12 定義為z分量(見圖1)。

圖1 埋地金屬管道磁記憶檢測示意Fig.1 Sketches of magnetic memory detection for buried pipeline

在中國石油化工股份有限公司管道儲運分公司某輸油管道上進行了泄漏點定位檢測試驗。該管道發生泄漏時，利用負壓波技術監測到泄漏信號，但是負壓波信號定位泄漏點誤差為±500 m，無法準確定位泄漏點位置。為準確定位泄漏點，首先利用交流電壓梯度技術檢測該段管道外防腐層，共檢出防腐層破損點2處，編號分別為1號和2號。其中，1號破損點位置管道埋深為0.74 m，交流電壓梯度檢測所得電壓梯度為47dB;2號破損點處管道埋深為0.35 m，交流電壓梯度值為61dB。在2號防腐層破損點兩側實施金屬磁記憶檢測，共檢測管道約10 m，所得磁記憶信號見圖2。由圖2可知，磁記憶信號y、z分量在7 500～9 000 mm具有劇烈變化，因此判斷該段管道存在應力集中區。

圖2 檢測所得磁場信號Fig.2 Magnetic signals of buried pipeline detection

對其中4道磁場信號z分量利用sym11小波進行降噪處理，并對降噪后信號進行Hilbert變換，所得結果見圖3。由圖3可知，四道磁場信號包絡曲線均在4 500～6 000 mm存在峰值。由于磁記憶傳感器檢測到的磁場信號具有“提離效應”，因此小范圍內的管體腐蝕、盜油閥門在距傳感器0.35 m處產生的磁場異常要遠大于缺陷尺寸。并且，結合外防腐層檢測結果可知，防腐層破損點該范圍恰在該段范圍內，因此判定破損點位置應為泄漏或者盜油點位置?，F場開挖發現，在該處管道上存在一打孔點，開挖及打孔點見圖4。

圖3 磁場z分量Hilbert變換包絡圖Fig.3 Envelope of Hp(z)after denoising and Hilbert transform

3 結論

(1)埋地金屬管道泄漏及盜油點同時會造成外防腐層、管體破壞，管體破壞會產生應力集中區，利用金屬磁記憶技術可有效檢測應力集中區，因此綜合外防腐層破損點及金屬磁記憶檢測結果可有效識別出管道的泄漏、盜油點;

圖4 管道打孔開挖驗證現場Fig.4 On-site validation of buried pipeline drilling

(2)利用Daubechies小波進行金屬磁記憶檢測數據降噪，并利用Hilbert變換可以有效提取泄漏導致管體破壞區域的特征量，準確定位埋地輸油氣管道泄漏點位置;

(3)某條輸油管道的現場檢測結果表明，利用金屬磁記憶技術可以準確定位埋地輸油氣管道泄漏點位置，定位誤差小于±1.0 m。

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