原油管道漏磁檢測技術影響因素分析

樊瑞

摘 要：闡述了漏磁檢測的原理，介紹了基于漏磁原理的檢測系統組成，以及在長輸管道及工業管道檢測中的工程應用。詳細分析了漏磁檢測技術的主要影響因素。指出國內漏磁檢測技術領域與國外存在較大差距。國內管道內檢測已進入立法階段，相關標準的初稿已基本完成，未來漏磁檢測技術將在維護管道安全生產上發揮越來越重要的作用。

關鍵詞：管道;漏磁;檢測

引言

管道是能源（石油、天然氣）等的主要運輸手段，被廣泛應用于石油天然氣、化學品制造、金屬冶煉等行業。由于管道多數埋于地下并且貫穿的地域也較為廣闊，運行的環境十分復雜，位置非常隱蔽，如果出現損壞和失效，常常會帶來巨額的經濟虧損，同時還會帶來人員傷亡等事故，并對自然環境造成極大的破壞。為解決管道安全運輸問題，世界上一些先進國家早在20世紀60年代就開始管內檢測設備的研制。現階段，在非開挖的條件下所開展的管道腐蝕檢測措施有：漏磁通法、超聲法、渦流法、激光法等。在這當中，由于漏磁通法在檢測過程中對環境的需求不高，從而變成了使用最普遍、技術最穩定的管道損壞檢測技術，它適于多種傳輸介質，對鋼管缺陷等較為常見的管道缺陷有著非常好的檢測效果。本文主要介紹漏磁法在長輸管道及工業管道檢測中的應用。

一、漏磁檢測原理

漏磁檢測技術的檢測原理，主要建立在鐵磁材料高磁導率的基礎之上，它的檢測原理。由于鋼管遭受腐蝕而出現的損壞處，其磁導率是比原鋼管的磁導率要小的多，鋼管在外界磁場的作用下被電磁化，當鋼管沒有損壞時，則磁力線封閉于管壁之內，均勻分布。如果管內壁或外壁有缺陷，磁通路變窄，磁力線發生變形，部分磁力線將穿出管壁產生漏磁（MFL），漏磁場被位于兩磁極之間的、緊貼管壁的探頭檢測到，由于永磁體的磁化，沿著損壞管道的表面產生環形電流。這些電信號通過過濾、放大、數形轉變等處理之后被保存到檢測器中的硬盤中，通過檢測之后，再通過專用軟件對數據進行回放處理、判斷識別缺陷的存在。

關于漏磁場強度，可以用安培環電流法分析和計算。安培在解釋鐵磁性材料的磁化和永磁體等現象時，提出了著名的環電流模型。他認為，在鐵磁性物體的內部充滿了小的環形電流，在未受磁化時，這些小的環電流的取向是完全無規則的，其磁性互相抵消，整個物體表現不出任何磁性，當受到外磁場的作用之后，這些小電流轉向磁極沿外磁場方向排列，結果在物體的內部電流互相抵消，在物體的表面上則形成了沿表面流動的大的環電流，這種變化過程引起了磁場的改變。用上述模型很容易定性地解釋由缺陷造成的鐵磁性物體內部磁力線的變化，并且還可以得出埋藏在材料內部的缺陷同樣可以產生漏磁場這一重要理論。對于存在缺陷的管壁，當檢測器通過時，由于永磁體的磁化，沿缺陷表面產生環電流。這個環電流正是產生漏磁場的源，可以用畢奧-薩格爾定律來計算漏磁場。漏磁通法已成為當前國內外公認的最完善的管道檢測手段之一。

二、漏磁檢測技術主要影響因素分析

（一）磁化強度

磁化強度的確定多數情況下是以保障檢測靈敏性與降低磁化器所產生的磁場為主要目的。當磁化強度降低時，漏磁場的強度會相應的變小;當磁場感應強度到達飽和度的90%時，缺損漏磁場的峰值會隨著磁場強度的增加而急劇上升。然而，當鐵磁材料處于飽和狀態的時候，外磁場的強度增加對缺損磁場的影響并不是很大，所以，磁路的設計需要盡量讓被測對象到達近飽和的磁化狀態。

（二）缺損方位、深度與尺寸的影響

缺損的方位對漏磁檢測的精確性有著非常大的影響，當缺損的平面與磁場方向相垂直時，所造成的漏磁場輕度是最強的。一般情況下，相同的缺損在管道表面上的時候，其漏磁場的場強強度是最大的，同時隨著埋深的上升而慢慢降低，當埋深足夠深時，漏磁場的強度將逐漸逼近于零。所以，一般情況下可檢測的管道厚度在：6到15毫米之間。在靈敏度下降時，可以用來檢測的管道厚度為20毫米左右。

由于缺損的尺寸對于漏磁場的影響是比較大的，在寬度相同、深度不同的情況下，漏磁場的強度會隨著缺損深度的加深而逐漸加大，在特定范圍內二者的關系近似于某種線性關系。缺損部分的寬度對于漏磁場的強度影響并不是簡單的變化，當缺損的寬度較小時，隨著寬度的加大漏磁場會存在一定的上升趨勢。然而，當寬度達到一定程度時，隨著寬度的增加，漏磁場的場強反而會有所降低。

（三）提離值對漏磁場的影響

當提離值大于裂紋寬度的2倍時，隨著提離值的不斷增加，漏磁場的場強會急劇降低。因此，傳感器的支架需要探頭在掃描檢測時保持提離高度的恒定，多數情況下需要小于2毫米。

（四）掃描速度的影響

在進行檢測時需要盡可能的保持勻速，掃描速度會很大程度上導致漏磁信號的不同，但多數情況下不會導致誤判。而突然的加速或減速，會使電磁感應產生渦流噪音。管道漏磁檢測器在原油管道內掃描的最佳速度為1m/s，Pipescan探頭最佳掃描速度為450mm/s。

（五）表面涂層的影響

壓力管道表面的油漆等涂層的厚度對檢測的靈敏度影響非常大，隨著涂層厚度的增加，檢測靈敏度急劇下降。從目前的儀器性能來看，當涂層厚度≥6mm時，已經無法獲得有效的缺陷識別信號了。

（六）管道表面粗糙度的影響

表面粗糙度的不同使傳感器與被檢表面的提離值發生動態變化，從而影響了檢測靈敏度的一致性，另外還會引起系統的振動而帶來噪聲，所以，要求被檢表面盡量光滑平整。

（七）氧化皮及鐵銹的影響

表面的氧化皮、鐵銹等雜物，可能在檢測過程中產生偽信號，在檢測過程中應及時確認或復檢。

三、結語與展望

管道中的缺損檢測技術是國外及國內所公認的管道檢測手段，全球早已進行了立法實行。我國的管道檢測也已經邁入了立法階段，相關規范已經編纂完成。而基于漏磁原理的內檢測技術最為成熟與適用。目前該技術設備主要應用于長輸管道，工業管道的應用案例非常有限。事實上，漏磁檢測技術對鐵磁性工業管道全長度范圍內的腐蝕缺陷具有一定的檢測能力，尤其能檢測管道內表面腐蝕狀態，豐富了無損檢測手段。同時，應用該技術可以更準確評價管道的安全性能，為管道設備的科學管理提供依據，避免漏檢，減少管道檢修的盲目性，節約資金，避免非計劃停車，該技術設備將在以后工業管道檢測中得到更為廣泛應用。

遺憾的是管道漏磁內檢測技術在國際上屬于壟斷技術，僅限國際上少數幾家掌握該項技術。國內在該技術領域已得到了較廣泛的關注，在一些大學和研究機構已開展該技術的研究。目前，這項技術在我國雖然起步較晚，但是起點較高。現已全面開展在該技術領域內國際領先技術水平的關鍵技術的研究，且已取得初步成果。借助國內的技術力量，并將國際上成熟的檢測成果應用到科研產品中去，是使我國的漏磁檢測器研制水平在短時間內躋身國際先進行列的捷徑。未來漏磁檢測技術必將在維護管道安全生產上發揮越來越重要的作用。

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