几种针对管体的地面检测技术20121025

裂纹（缝）磁偶极子磁场
A/m/m 1.5E+01
dHq/dx
图 2 焊缝裂纹的模拟磁异常 管道规格φ219×7 埋深 1.5m 走向 0°裂纹长 20mm 位置 x=4m、钟点角 1 点 30 分 地磁场磁偏角 7°水平磁场强度 23.781A/m 垂直磁场强度 36.76A/m
磁力检测技术的实质与问题
管壁厚度检测利用TEM响应时间可分性
管径377毫米，不同壁厚脉冲瞬变响应幅值对比
8 6 4 2 0 -2 -4 -6 0 1 2 3 4 5
时间可分性
延时自然对数值(毫秒)
6.5mm 7mm
管径1000毫米，不同壁厚脉冲瞬变响应幅值对比
响应自然对数值(微伏 /安培)
10 8 6 4 2 0 0 1 2 7.44mm 3 8mm
yg i 初步划分该管段的缺陷异常.评价分级按下表。
TEM 缺陷异常评价分级（推荐）表 异常指数 Ⅰ级（轻） Ⅱ级（中） 0.2＜ ygti ＜0.55 0.2＜ yg i ＜0.55 Ⅲ级（严重）
ygti yg i
ygti ≥0.55 yg i ≥0.55
ygti ≤0.2 yg i ≤0.2
金属管壁上的电流分布
高频电流分布 低频电流分布
无缺陷 缺陷在12钟点处 高频等效线电流 低频等效线电流
Nopig检测装备与信号电流连接
发电机
信号电流源 接收与处理器 信号直接连接到 开挖出的管道上
阵列传感器
通过检测标桩 连接信号电流
NoPig数据采集现场
Nopig检测成果图示
（3）磁力（磁层析）检测技术
检测原理
在地磁场中被磁化的管道与缺陷
缺陷磁场与“背景”磁场有所不同
关于铁磁性工件磁记忆效应
研究[3]表明，铁磁性物质在没有外加磁场情况下能自发性取向一致而形成磁 畴，磁畴方向无序排列时并不表现出磁性。在外磁场的磁化作用下，磁畴取向于 磁化方向而表现出强烈的磁性。铁磁性物质伴随其磁化状态（大小和方向）的变 化而发生大小和形状变化的现象是为“磁致伸缩”效应，铁磁性物质的应力形变 使其磁化状态发生变化则为“磁致伸缩”逆效应。绝大多数管道是铁磁性工件， 在地磁场的作用下，磁滞特性使其应力形变部位保留（记忆）了“磁致伸缩”逆 效应导致的磁性（磁化强度的大小和方向）变化。 可以用最简单（应力方向与磁化方向一致）情况下应力变化 变化
表 5.3.1 管体金属损失量评价分级准则 检测方法 TEM 检测 超声导波 检测 轻 平均管壁减薄率＜5% 管壁横截面积损失率 ＜5% 中 平均管壁减薄率 5%～ 10% 管壁横截面积损失率 5%～10% 严重 平均管壁减薄率＞10% 管壁横截面积损失率 ＞10%
2.全覆盖 TEM 检测的缺陷异常分级与评价 依据被检管段 TEM 响应数据梯度异常指数 ygti 和综合参数梯度异常指数
应力疲劳管段的磁异常特征
应力集中部位往往呈现为有限长管段的“双磁极”磁异常特征。
A/m
应力疲劳管段磁场
Hx A/m
7.0E+01 6.0E+01 5.0E+01 4.0E+01 3.0E+01 2.0E+01 1.0E+01 0.0E+00 -1.0E+01 -2.0E+01 -6 -4 Hy -2 Hz 0 2 H 4 dH/dx 6 8 Hx 10
焊接（缺陷）处电磁特性变化示意
焊接点
H+2L
焊接影响范围冷却 后的磁化强度矢量 焊接时超过居 里温度的范围
管体原有磁 化强度矢量
（2）等效电流中心偏移法
Nopig:不必通球清管的一种管道检测技术
在高频检测条件下，由于趋肤效应，信号电流分 布在管壁外表，等效电流中心基本上与管道轴心一 致；在低频检测条件下，信号电流分布与管体金属 分布状态有关，等效电流中心偏离管道轴心，向金 属分布重心偏移。如果金属蚀失发生在管道下部， 则等效电流中心向上偏移；如果金属蚀失发生在管 道左侧，则等效电流中心向右侧偏移。因此，可以 依据高、低频检测条件下等效电流中心相对偏移情 况来判断管体腐蚀缺陷的位置。 根据原理可知，此种方法只能检测关于管道轴线 非对称的金属损失，不能检测管壁厚独均匀减薄的 情况。
的变化。这些变化影响综合参数 的大小，从而引起管道瞬变电磁场的变化。
1 b 2 2d d ) ( a d d 2d d ( ) b d d

（3）
（3） 式中，a 是管道内半径 （计算外壁减损时采用） ，b 是管道外半径 （计 算内壁减损时采用） ， d 是管壁厚度， d 是壁厚减薄量。
管壁厚度
全覆盖检测
瞬变电磁
磁层析
非开挖
（1）全覆盖TEM检测技术
全覆盖TEM检测技术原理简述
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。
时间可分性
管径、材质、管内输 送介质相同但管壁厚 度不同的管体，脉冲 瞬变响应具有时间上 的可分性，它正是实 现管道腐蚀（管壁减 薄）检测的技术与方 法基础。
响应自然对数值 (微伏/安培)
4
5
延时自然对数值(毫秒)
管道缺陷物理特性与TEM响应异常
在瞬变电磁（TEM）检测方法里，研究的对象是管壁厚度变化和管道物理 特性变化。物理特性变化包括“磁记忆现象”导致的磁导率 的变化和由晶间腐 蚀或穿晶腐蚀、氢腐蚀（氢鼓泡、氢脆等）以及热胀冷缩等原因所导致的电导率
r H p [M ] r rp M (v) Hdv
v
（2）
ห้องสมุดไป่ตู้
(v) C (v )
r 式 （2）中，H p 是缺陷磁性介质在 p 点产生的磁场强度， 是由缺陷指向 p rp
点的径向单位矢量， (v) 是缺陷范围内磁导率分布函数， v 是缺陷范围（体积） 。 （2）式表明，在地磁场和缺陷应力作用下，由“磁记忆效应”所产生的管 道磁性特征改变的物理实质是管道缺陷范围内磁导率 的改变。
俄罗斯动力公司检测装备与检测现场
焊接点处TEM异常规律与致因
就人为损坏缺陷（例如焊接点、盗油点）而言，一般 情况下，TEM响应幅值和衰减率都增大是其共同特点。 可以通过下面的示意图来理解：焊接时，临近焊接点范 围内铁磁性体的温度超过居里温度而失去磁性，之后随着 冷却过程，受影响部分铁磁性体的温度低于居里温度，在 周围管体介质的强磁场磁化下重新获得磁性，但其磁化强 度方向与管道原有磁化强度方向相反。从而使“TEM作用 范围内”管段的总体磁性减小，亦即宏观磁导率减小，导 致TEM响应值和衰减率都增大。 以往的检测实践与开挖检验的事实说明[6] TEM检测技术 除了发现管壁厚度变化以外，只要检测点距足够密，即采 用全覆盖TEM检测技术，就可以发现尺度和范围较小的其 他各种原因导致的管道缺陷。
管道局部缺陷的磁异常特征
局部腐蚀、裂纹以及人为破坏等管道缺陷则呈现出磁偶极子异常特征。
A/m 6.0E+01 5.0E+01 4.0E+01 3.0E+01 2.0E+01 1.0E+01 0.0E+00 -1.0E+01 -2.0E+01 0.0 1.0 Hqx 2.0 3.0 Hqy 4.0 Hqz 5.0 6.0 Hq 7.0 8.0 9.0 -1.0E+01 10.0 m 0.0E+00 -5.0E+00 1.0E+01 5.0E+00
4.0 3.0 2.0 1.0 0.0
1000 m
图 28-1 DND 气田 2 号站-5 号站集气管道全覆盖 TEM 检测成果图（8Hz）
图 28-2 DND 气田 2 号站-5 号站集气管道缺陷位置示意图
CL 输气管道全覆盖TEM检测与开挖验证结果
μV/A/m 1.0E-07 1.0E-05 1.0E-03 1.0E-01 1.0E+01 0 50 100 150 200 Ⅰ类 250 Ⅱ类 300 350 Ⅲ类 400 450 500 550 检测壁厚
就已发表的文献来看， 埋地管道缺陷磁法检测技术基于磁法勘探手段与金属 磁记忆检测原理。两项成熟的技术结合起来检测铁磁性埋地管道无疑是一个创 新，应用时需考虑如下问题（限于篇幅和能力，这里只对涉及磁法勘探的一些问 题表述意见。 ） ： 1． 需要剥离出缺陷磁场； 2． 需要抑制非目标管道的磁干扰； 3． 需要有精度与缺陷磁场量值相适配的磁力计； 4． 需要有一套科学的检测方案、数据处理手段以及合理的工作流程。 目前至少有三个俄罗斯检测公司表示只提供检测工程服务。 所用磁力计的灵 敏度、数据处理与图示手段尽管各不相同，但是方法的实质并无不同。检测效果 好坏和检测费用高低成了竞争的焦点。
几种针对管体的地面检测技术
李永年 李晓松 尚 兵 （保定驰骋千里科技有限公司，河北保定，071051）
摘
要
概略地介绍了全覆盖 TEM 检测技术、 “Nopig” 检测技术和磁力 （磁 层析）检测技术，涉及方法原理、主要功能、主要检测装备与现场 施测情况、应用范围及限制条件、检测结果示例等。
关键词
腐蚀检测
DND气田管网全覆盖TEM检测现场
全覆盖TEM检测数据的异常划分
1． 依据 TEM 壁厚检测结果划分异常 采用《管壁厚度 TEM 评价系统 PWTE 2.0》专用软件或其它适当的方法计 算管体金属横截面积平均损失率和平均剩余管壁厚度。然后根据《钢质管道及 储罐腐蚀评价标准 埋地钢质管道内腐蚀直接评价》 （报批稿）表 5.3.1 分级。
1.6E-15 1.4E-15 1.2E-15 1.0E-15 8.0E-16 6.0E-16 4.0E-16 2.0E-16 0.0E+00
m
图 1 一段应力疲劳管段的模拟磁异常 管道规格φ237×7 埋深 1.5m 走向 0°应力管段长 6m 应力变化 1.2 倍 地磁场磁偏角-5°水平磁场强度 23.781A/m 垂直磁场强度 36.76A/m
1.0E-04 1.0E-03 1.0E-02 1.0E-01 1.0E+00 1.0E+01 190 192 Ⅰ类 194 Ⅱ类 196 Ⅲ类 198 检测壁厚
管道规格：φ114×6mm 管道埋深：1.5m～2.5m 脉冲频率：4Hz 采集间距：0.5m 异常位置：195m 异常性质：类似焊接点 开挖结果：掩埋遗忘多年 的检测电缆焊接点

M 之间的关系说明磁记忆检测方法的物理基础： M
3b M s M C M 30 q M s (a0 3b )

与磁化强度
（1）
式（1）中： C 是与被检测对象的饱和磁化强度、磁致伸缩系数、应力强度 等有关的参量。
关于管道缺陷磁记忆磁场
根据磁化强度 M 与磁化磁场 H 之间的关系，可以得到（2）式：
CL 输气1、2_4 检测壁厚与TEM响应值梯度异常分类分布对照图
m
mm 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 -2.0 -4.0 -6.0 -8.0 -10.0
α/m
CL 输气（190-200段）检测壁厚与综合参数梯度异常分布对照图
mm 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 -2.0 -4.0 -6.0 -8.0 -10.0 200 m
全覆盖TEM检测装备：GBH-1检测仪
可拆、装的发 射-接收回线
发-收一体的 数据采集器
24伏 电瓶
全覆盖TEM检测的两项突破性技术
1。在行进中连续采集被检管道的TEM响应数据，通常可以 用0.2m～0.5m的采样步距覆盖整个被检管段。 2。除了检测管壁厚度以外，增加了检测管道应力集中、人 为损伤以及其它管道缺陷的功能。
全覆盖特TEM检测成果与图示
α/d/m
B2_-5 管壁厚度与管道缺陷异常分级分布图
m 7.0 6.0 5.0
1.0E-04 1.0E-03 1.0E-02 1.0E-01 1.0E+00 1.0E+01 0 100 200 300 Ⅰ类 400 Ⅱ类 500 600 Ⅲ类 700 800 900 管壁厚度