主動正交勵磁在鐵磁性管道內檢測實驗驗證

付大為， 郭 鶱， 胡鐵華

（機械科學研究總院集團有限公司， 北京 100044）

0 引言

受國家經濟發展需求引領，管道建設速度越來越快，管道輸送效率亦越來越高。目前我國中國-中亞、中緬、中俄以及國內管道西氣東輸一線、二線、三線等等，管道介質流量速度達到7～9m/s，局部達到12m/s。 2017-2018 兩年期間，中緬管道無征兆的爆炸，再一次顯示高強鋼環焊縫裂紋易誘發管道早期斷裂的情況[1，2]。當前，國內外管道內檢測器檢測金屬損失檢測速度≤5/s，裂紋檢測速度≤2/s，無法滿足管道介質流速要求[3，4]。 在這種缺乏適合的內檢測手段的環境下， 中石油采取了極端手段， 掘地3米，尋找管道環焊縫[5]，但收效甚微，其原因在于，耗時耗力找到油氣管道環焊縫， 所采用的仍然是傳統的檢測方法——射線方法和超聲相控陣等點檢方法， 然而實踐證明，射線方法發現裂紋缺陷很有限，超聲相控陣方法雖優于射線方法，但仍存在量化的局限性，且效率低、成本高、收效小。 本文提出了連續場原理，造主動正交勵磁場，實現連續全覆蓋檢測，且檢測速度可達12m/s，并能同時檢測金屬損失及裂紋缺陷[6]。 為驗證主動正交勵磁連續場檢測性能， 制造了高速主動牽拉場， 制作各種人工缺陷樣管，實驗結果證明主動正交激勵磁場可以實現高速、金屬損失及裂紋同時檢測的目標。

1 主動正交激勵磁場檢測器研制

圖1 正交勵磁油氣管道金屬損失裂紋內檢測器三維實體布置圖

在鐵磁性油氣管道內壁施加軸向恒磁場， 在軸向恒磁場垂直方向施加高頻動磁場， 油氣管道管壁磁化及可見檢性在其他文獻已經詳細描述。此處不再補充說明。本文將主動正交勵磁場檢測方法構造成油氣管道內檢測器，如圖1 所示。正交勵磁油氣管道金屬損失裂紋內檢測器主要構成及作用：驅動皮碗起到驅動及密封作用，驅動管道內檢測器沿管道從上游向下游隨流移動； 磁化裝置提供了主動正交勵磁場；電磁控陣檢測系統提供了漏磁動磁融合檢測；里程采集裝置提供了里程檢測及主動采集控制； 電池電子系統提供了內檢測器所用弱電系統供電及信息存儲；整個內檢測器由載體承載一體沿管道實現隨流檢測， 且完成油氣管道內壁全覆蓋檢測。待管道全部檢測完成后，將電子存儲系統信息上載上位機，進行數據分析及量化。

設備主要技術參數如表1 所示。

表1 主要技術參數

2 整機牽拉實驗驗證

本文采用液壓儲能作為動力源，PLC 控制，采用有限檔位，加速-勻速-減速模式。 牽拉場如圖2 所示。

缺陷樣管的制作原則來自于驗證標準SY/T 6597-2018《油氣管道內檢測技術規范》，如圖3 所示。

缺陷樣表形式如表2 所示。各類型缺陷數量見表3。

圖2 牽拉場

圖3 油氣管道缺陷類型圖

表2 管道缺陷樣表

表3 缺陷類型及數量表

牽 拉 速 度 設 定：0.5m/s、1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、8m/s，每種速度牽拉3 次。 牽拉過程如圖4 所示，牽拉速度分布圖如5 所示。

圖4 牽拉過程圖

圖5 21 次牽拉速度分布圖

3 人工缺陷數據分析

檢測數據上載到上位機。經上位機數據反演后，得到數據分析量化結果。數據分析結果如圖6 所示。數據分析中分別顯示了恒磁場的三維漏磁信號X、Y、Z 及動磁信號D。信號顯示有三種視覺效果：線圖、灰度及偽彩。經分析量化與實際測量比對，結果統計缺陷類別、數量、檢出率及識別率見表4。

量化精度滿足表1 精度。

圖6 人工缺陷數據分析結果偽彩圖

表4 缺陷類別、數量、檢出率和識別率表

4 結論

綜上所述，本文給出了以下結論：

基于主動正交勵磁檢測技術， 構造了油氣管道內檢測器。

依據油氣管道內檢測器性能指標構建了主動牽拉試驗場。

依據標準SY/T 6597-2018 《油氣管道內檢測技術規范》，制作了缺陷樣管，并進行了實際測繪。

對實際測繪數據及管道特征參數進行機器學習方法處理，反演標定。

數據分析結果， 驗證了主動正交勵磁檢測技術完全實現預期目標。