瞬变电磁(TEM)检测方法

J 、 J 、 J 分别为管外介质、防腐层和管内介质的磁导率、电导率与介电常数； G、 G 为管体的磁导率与电导率。
2．数学模型 管道外介质的电导率和磁导率远远小于金属管道的电导率和磁导率， 利用瞬 变电磁响应的时间可分性， 实际检测中可以在恰当的时窗范围内只考虑金属管道 与管内介质的响应。此外，将金属管道及其管内介质作为一个外径相同的等效柱 体来考虑，在管外观测时二者所产生的瞬变电磁响应相同。等效柱体与金属管道 及其管内介质之间的参数关系如下：
6
位置的分布情况，确定检测间距，一般情况下应当采用基本检测点距基础上适当 加密的措施，必要时可进行全覆盖（点距不大于被检管道埋深的 2 倍）检测。 B. 对于根据管道日常管理中汇集的管道穿孔及泄漏、介质腐蚀性等数据判 断可能发生腐蚀较严重的管段，可按 25m～50m 基本点距基础上适当加密的方式 布设测点。防腐（保温）层破损、缺陷点及其两侧、阴极保护失效部位、杂散干 扰显著地段及怀疑发生腐蚀的管段应布置加密检测点。弯头或接头两侧、土壤介 质明显变化处、 环境因素明显分界处、 第三方破坏频发处可适当布置加密检测点。 C. 也可以根据管道运行方要求进行抽检。 抽检时需考虑检测位置的代表性， 一般应布置在根据管壁腐蚀影响因素、 维修历史/记录和其他任何管壁腐蚀/破裂 历史等资料所分析的腐蚀可能性较大的管段位置上。 检测点位置测量：瞬变电磁（TEM）检测设计中还应包含定位测量的内容， 具体方法可根据管道运行方对定位测量精度的要求按相关标准确定。 2．现场检测作业 (1) 操作数据采集器 无论使用 GBH-1 或者使用其他脉冲瞬变电磁仪采集数据时， 要按照相应说明 书中规定的步骤操作仪器和附属设备。 (2) 实地布设检测点 根据实地情况布设测点，必要时可适当调整，要避免布置在靠近强干扰源、 强磁场、有金属干扰物的地方。观测前，应首先校对测点号是否正确，随即作好 现场记录，对干扰、周围地物以及必要的点位移动情况要详细记录。 (3) 安放发射-接收回线 在已确定的观测点上安放发射-接收回线使其平面接近水平，回线中心偏离
3
应不低于 80%。验证时采用高精度（0.1mm～0.01mm）测厚仪实际测量管壁厚度， 测量点应均匀分布并具有统计意义；也可采用称量的办法实测金属损失量。
（二）仪器与设备 1．瞬变电磁（TEM）检测系统（专利 2008100074955） 瞬变电磁（TEM）检测方法通常采用的检测系统包括传感器、数据采集器、 控制单元三个主要部分。 (1) 传感器 传感器包括发射回线和接收回线，用来实现瞬变电磁（TEM）信号的发射与 接收，一般采用方形回线，亦可采用圆形回线或线圈。 (2) 数据采集器 数据采集器用于激励、采集、记录瞬变电磁（TEM）信号，应使用灵敏度高、 抗干扰能力强、性能稳定的脉冲瞬变电磁仪作为数据采集设备。GBH-1 是管壁厚 度 TEM 检测专用的数据采集器。此外，GDP-32II 等任何一种商用瞬变电磁仪均可 用作瞬变电磁（TEM）检测系统的数据采集器。 (3) 控制单元 控制单元用来控制数据采集器和传感器工作，一般需要有现场数据收录、信 号处理、解释分析以及图示等功能，可用具有蓝牙接口的掌上电脑或笔记本电脑 作为载体。数据解释也可用采集后处理方式。控制单元界面见图 2-1 和图 2-2。
8
(2) 计算管道金属损失率和管壁厚度 采用《管壁厚度 TEM 评价系统 PWTE 2.0》专用软件（专利 2008100074955） 或其它适当的方法计算管体金属横截面积平均损失率和管道剩余平均壁厚。 4．检测质量监控 (1) 瞬变电磁（TEM）检测工作需要进行重复性检测，以保证检测工程质量。 重复性检测点应均匀分布，对异常点、可疑点等重点进行重复性检测，重复性检 测点数不应低于总检测点数的 3％。 (2) 检测误差不应超出±5％。超出±5％时，再增加总检测点数的 10%进行 重复性检测，如仍超出±5％，则检测结果仅可作参考用。检测误差按下式计算。
1
D D b 2
2
U ( ) I 是接收线圈中的归一化电动势； b 是管道横截面的外半径； nT 是发
射回线的匝数，nR 是接收回线的匝数，b 、lT 和 lR 分别是由被测管道的中心埋深
h 归一化了的管道外半径、发射回线和接受回线的半边长； L( ) 是被测管道的
瞬变响应函数，其中 nk b 是零阶贝塞尔函数 J (nk b) 的零值解， 是时间； 称作 被测管道的综合时间常数。 3．检测参数与干扰因素 瞬变电磁（TEM）检测方法所给出的检测结果是管体金属损失率或者平均管 壁剩余厚度。理论上讲，金属损失发生在管壁内、外是有区别的，但实际检测过 程中却难予区分。 自然的和人文的电磁干扰是影响瞬变电磁（TEM）检测方法检测精度的主要 因素。瞬间电磁干扰可以通过提高信噪比的办法予以抑制，加大激励信号（包括 激励电流的增大和发、收回线匝数、面积的增加） ，提高叠加次数，避开干扰时 间段等，都是常用的手段。 4．被检管段与检测精度 (1) 被检管段 被检管段是指每个 TEM 检测（点）覆盖的管长，等于所采用的回线边长（对 圆形回线而言则为直径）与 2 倍管道中心埋深之和（ L 2h ） 。 (2) 检测精度 检测精度是指 TEM 检测所得管壁厚度与实际管壁厚度 （均指被检管段范围内 平均管壁厚度）之间的偏差，用百分比表示，一般情况下不超出±5%。管壁厚度 偏差不超出±5%的情况称作检测壁厚与实际壁厚符合。 实际工作中还有一个技术 指标：验证符合率，它是指验证符合点数相对总验证点数的百分比，一般情况下
4
图2-1 控制单元界面（掌上电脑）
图 2-2 控制单元界面（笔记本电脑）
2．瞬变电磁（TEM）检测装置 瞬变电磁（TEM）检测方法采用非接触式信号发射（Tx）-接收（Rx）方式， 可选用重叠回线装置、中心回线装置（见图 2-3）或其他形式的装置。
图 2-3
瞬变电磁（TEM）检测发射（Tx）-接收（Rx）装置示意图
1 2N I i I i' 100% ' i 1 I i I i
N 2
式中： N——参加统计的重复性检测点数
I i ——第 i 个测点管体金属横截面积平均损失率原始检测值
I i' ——第 i 个测点管体金属横截面积平均损失率重复检测值 (3) 为了评价 TEM 检测质量， 可利用超声测厚仪在任何一个检测点进行开挖 验证，测量管道剩余壁厚，剩余壁厚测量点应均匀分布在 2 倍埋深管长范围内， 且应不少于 30 个。TEM 检测的管道剩余平均壁厚值与超声测厚结果平均值的偏 差不超出±5％。开挖验证符合率应不低于 80％。 （四）瞬变电磁（TEM）检测结果记录表与检测流程图 1．检测结果记录表 检测结果记录表的格式可参考表 3-1 制作。
D G D
1 1 a2 ( G J ) b2
(
G J (b 2 a 2 )( G J ) ) 2 G J b (G J ) a 2 (G J )
式中 D 和 D 为等效柱体的磁导率与电导率。 瞬间断电以后， 在回线周围包括被测管道在内的有耗介质中激励起了随时间 衰变的涡旋电流，在管道正上方，与管体上涡旋电流相关的二次磁场在接收回线 中激起的归一化电动势可以用下式表达：
瞬变电磁（TEM）检测方法
李永年 李晓松 尚 兵 邮编 071051） （保定驰骋千里科技有限公司
摘要：介绍了瞬变电磁（TEM）检测方法的原理、仪器与设备、现场检测步骤、质量监 控办法、数据处理等内容。 关键词：管道 腐蚀 瞬变电磁 TEM 检测方法
瞬变电磁（TEM）检测方法是基于瞬变电磁原理，在地面（不需开挖）检测 埋地管道管体金属损失的一种方法，简称 TEM 检测。本方法也可用于地面以上各 类金属管道剩余管壁厚度的检测。由于采用非接触式信号加载方式，最适用的检 测对象是单根或可视为单根的金属管道。本方法不适宜用于孔（点）蚀的检测。 （一）方法概述 1．基本原理 如图 1-1 所示，在稳定激励电流小回线周围建立起一次磁场，瞬间断开激励 电流便形成了一次磁场“关断”脉冲。这一随时间陡变的磁场在管体中激励起随 时间变化的“衰变涡流” ，从而在周围空间产生与 一次场方向相同的二次“衰变磁场” ，二次磁场穿 过接收回线中的磁通量随时间变化， 在回线中激励 起感生电动势， 最终观测到用激励电流归一化的二 次磁场衰变曲线——瞬变响应。 管体瞬变响应的幅值及其时变特征与管体几 何尺寸和管、内外介质等因素有关（见图 1-2:物
5
3．其它设备 瞬变电磁（TEM）检测工作中所需要的其它设备包括超声测厚仪、GPS 定位 系统等。条件许可时，备用电导率测量仪和磁导率测量仪。 （三）瞬变电磁（TEM）检测步骤 1．检测前的准备工作 (1) 收集资料和现场调查 接受检测任务之后，应首先搜集待检管道的相关资料，包括管道材质、规格 （管径与壁厚）以及焊缝类型、防腐（保温）结构和腐蚀控制措施、埋设年份和 路由环境、运行和维修历史等。根据已有资料情况进行实地调查，划分 TEM 检测 段，每个检测段应至少有一个管壁厚度已知点作为该段 TEM 检测的基准（标定） 点。对于条件相同的管段应考虑使用相同的检测参数。 (2) 编制检测设计 方法适用性：必须首先考虑方法的适用性。对于电磁噪声干扰严重，数据采 集精度不能控制在±5％之内，或者待测管道与邻近管道之间距离小于其埋深之 和，不符合“单管”条件的管段，不宜使用瞬变电磁（TEM）检测方法。 检测精度设计： 检测设计要根据检测流程中各工序 （环节） 的具体测试内容、 所用仪器和装备的技术性能以及数据处理方式等合理地分配、 控制该工序 （环节） 的施测精度，总均方相对误差不应超出±5％。必要时，可通过实验确认符合或 满足检测精度要求的数据采集方案。 检测点布设方法： 合理地布设检测点不仅能获得科学的评价依据和良好的检 测效果，而且能节约检测成本。 A. 根据历史数据、腐蚀影响因素、维修历史/记录等，分析腐蚀可能性较大
7
管道轴线在地面投影的距离不应超过管道中心埋深的 10％。对于矩形回线，要 使回线的一组边与管道走向大致平行。 (4) 采集 TEM 数据 正确地连接发射机、接收机、发射-接收回线和电源；启动系统采集数据并 监视数据精度达到要求后停止采集；回放数据，观察数据曲线合格后移至下一个 测点，否则重新采集。 (5) 抑制干扰，提高观测质量 可通过提高信噪比（包括增加激励电流、收-发磁矩，增大迭加次数等手段） 的办法抑制电磁干扰。每个测点至少应重复观测 2 次，2 次观测数据的相对误差 不应超过 3％，若不符合可进行多次观测，取其偏差最小的 2～3 组数据的平均 值作为该测点的 TEM 数据。 (6) 故障应对措施 检测中如遇故障，要及时查明原因，并回到已测过的测点上作对比检测，确 认正常后方可继续工作。 3．检测数据处理 (1) 数据整理 每日收工后及时将现场所采集的瞬变电磁（TEM）数据传送到计算机中整理 并保存以便作进一步处理，内容包括： A 被检管道的编号及属性（埋深、材质、管径、壁厚、输送介质）等； B 检测时间、检测点号、回线参数、发射频率、发射电流、响应曲线等； C 检测点 GPS 记录与/或大地坐标，基准（标定）点实测管壁厚度记录等； D 管道沿线地物、干扰源注记，照片、栓点图等。