基于皮爾遜法的埋地輸油管線巡查儀設計研究

文/左永剛 陳軍 楊靜 張鎮

基于皮爾遜法的埋地輸油管線巡查儀設計研究

文/左永剛 陳軍 楊靜 張鎮

由于土壤的腐蝕性以及某些人為因素，常使埋地管線發生腐蝕穿孔導致泄漏事故，造成油料損失和環境污染，本文分析了基于皮爾遜法的埋地輸油管道的位置、走向、分支等檢測原理，并進行了方案設計。

皮爾遜法；埋地輸油管線；設計

一、引言

由于土壤的腐蝕性以及某些人為因素，常使埋地管線發生腐蝕穿孔導致泄漏事故，造成油料損失和環境污染。對輸油管線進行檢測，可以及時準確地了解管線的運行狀況，預測管線整體與局部失效模式，提高管線腐蝕及防護狀況評價的有效性、準確性和科學性，以最大限度地減少經濟損失和環境污染。因此，加強對埋地輸油管線的安全檢測，研制相應的管線巡查裝備，及時掌握和診斷輸油管線的安全狀況，具有重要的社會和經濟價值。

二、基本原理

皮爾遜法（Pearson）即人體電容法，是指在埋地管線檢測過程中，通過給待測管道施加一個1000赫茲左右的交變電流，在電流沿管道走向傳播時在管道周圍產生一個交變的磁場。對于這樣的磁場，通過使用帶有天線的探測儀可準確探測，從而可以判斷得到管道的位置、走向、分支等；同時，管道外防腐層缺陷處向土壤泄漏電流，通過大地回流到發射儀器的接地點，這樣在缺陷處形成一個以缺陷點為中心的交變電場，并成指數衰減，當兩個人體站在交變電場內（相距約6m）時，由于人體的電容作用，使每個人具有一定的交變電位，這時可以通過檢測兩個人體的電位差判斷管道缺陷和漏點位置。

1.發射機的工作原理

發射機分別設置與管道和大地相連接的線纜，其中與大地相連的線纜需要設計成接地棒，工作中與管道走向成90°。有的管網復雜，四通八達，導致信號衰減很快，而且當目標管線埋土很深時，接收機在地面收到的信號很弱，增加了探測管線的難度，因此，在接地應盡量避免此類位置。為了系統檢測過程中獲得理想信號，接地點應盡量選擇在單根管線處，這樣信號處于單向傳輸或雙向傳輸，電流比較集中，探管、檢漏效果均比較好。

2.探管儀的工作原理

探管儀首先可以進行管道位置探測及增益調節。基于人體電容法的埋地管線定位方法有峰值法和零值法，見圖1。其中，峰值法是通過測量磁場水平分量，在目標管線正上方呈現極大值；零值法是通過測量磁場的垂直分量，在目標管線正上方呈現極小值。

3.檢測儀的工作原理

圖1 峰值法、零值法示意圖

檢測儀主要是進行漏點檢測，并判斷漏點的形狀、位置和對漏點的大小進行比較和評價。漏點的判斷依據是漏點處的電輻射分布情況。圖2為地下破損點電位梯度示意圖。當地下管線被加入交變電流信號后，若在管道上存在防腐層破損，該信號電流就會在防腐層破損處泄漏入大地。在地下的等電位分布是以破損點為中心呈立體球形分布，用接地探針可以探到這一現象。當此信號到達地表以后，則以破損點正上方為中心呈平面圓形分布，其周圍電位分布呈等距離等電位，若兩名檢測人員站在離中心點等距離位置，接收機示值為零。

三、結構設計

圖2 地下破損點電位梯度圖

基本思路：采用平面化設計，鍵盤操作，一鍵多用。對檢測全過程的信號強度，由內部線路進行歸一化處理，使各測段的防腐層漏點大小和絕緣電阻值具有可比性。音響、示值、模擬條形光標，顯示信號強度要直觀。操作方便，使用簡單，易學易懂。體積小，重量輕，便于攜帶，適合野外檢測。圖3為系統組成示意圖。系統由兩部分組成，分別是基于人體電容法的埋地管線走向、埋深和防腐層缺陷的檢測。

1.發射機

圖3 系統組成

發射機用于向地下管道發射1000赫茲的電磁波信號，建立起單線——大地回路的地下管線檢測場。根據功能需求，發射機面板結構設計如圖4。

發射機由數顯區、功能選擇區和工作狀況指示區三個部分組成，其中顯示區主要是顯示發射機的發射信號的測量值，如功率、電壓、電流和接地電阻等，同時顯示區還要顯示發射機的工作電量；功能選擇區是發射機的核心控制區域，發射機的開關控制、發射機的功率控制和發射機的測量選擇等控制部件都在該區域；工作狀況指示區則是通過設置兩個指示燈分別顯示發射機的工作狀態和發射機充電進程。

圖4 發射機面板

2.探管儀

探管儀用于探測管道的位置、走向、深度，采用內置DC12V電池供電的方式。根據功能需求，探管儀的面板設計如圖5。

探管儀面板主要由顯示區和功能按鈕區兩個部分組成。其中功能按鈕區包含了探管儀的電源開關按鈕、探管儀靈敏度增大和減小按鈕、探管儀接收機音量增大和減小調節按鈕和靈敏度的放大及歸一化這兩種模式的選擇按鈕；顯示區可顯示探管儀靈敏度、信號強度的模擬條形光標和數值、模式值（T或者P）以及探管儀的內置電池電壓數值。

圖5 探管儀面板布置示意圖

3.檢測儀

檢測儀和檢漏線配合使用，用于檢測防腐層破損點及對破損點大小進行分級評價。檢測儀采用內置DC12V直流電源供電，根據其功能需求，檢測儀面板設計如圖6。

檢測儀面板由顯示區和功能按鈕區兩個部分組成。其中功能按鈕區包含了檢測儀的電源開關按鈕、檢測儀靈敏度增大和減小按鈕、檢測儀接收機音量增大和減小調節按鈕和靈敏度的放大及歸一化這兩種模式的選擇按鈕；顯示區可顯示檢測儀靈敏度、信號強度的模擬條形光標和數值、模式值以及檢測儀的內置電池電壓數值。

圖6 檢測儀面板設計

（作者單位：陸軍勤務學院）

全球智能集裝箱產業聯盟在深成立

日前，“全球智能集裝箱產業聯盟”在深圳成立。深圳市市場監督管理局副局長夏昆山表示，該聯盟將打造智能集裝箱產業鏈和生態鏈，以先進標準促進制造業轉型升級，推動優勢傳統產業向價值鏈高端發展，在推動深圳港口運輸經濟發展、服務粵港澳大灣區建設中將產生深遠意義。該聯盟是由深圳中集智能科技有限公司牽頭發起，并聯合全國集裝箱標準化技術委員會、交通運輸部水運科學研究院、中國電信集團公司、華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司、中集集團集裝箱控股有限公司、深圳市標準技術研究院等近百家相關政府監管機構、產業應用、技術研發、生產制造、系統運營等業務的企、事業單位自愿組成的民間非獨立法人的聯合體。