基于永磁擾動原理的打孔盜油專項內(nèi)檢測技術(shù)及應(yīng)用
來源:《管道保護(hù)》雜志 作者:趙曉明 陳朋超 李睿 鄭健峰 富寬 賈光明 邱紅輝 時間:2019-5-15 閱讀:
趙曉明1 陳朋超1 李睿1 鄭健峰1 富寬1 賈光明1 邱紅輝2
1.中國石油管道公司; 2.中國石油管道科技研究中心
摘 要:打孔盜油犯罪活動威脅管道安全運營,具有高后果風(fēng)險。基于弱磁擾動原理提出了一種不同于傳統(tǒng)漏磁檢測的管道支管專項內(nèi)檢測技術(shù)。通過開發(fā)的專用傳感器,配合分瓣式組合結(jié)構(gòu),允許探頭在一定提離值范圍內(nèi)仍可以準(zhǔn)確識別出直徑5 mm以上的盜油支管。通過現(xiàn)場運行及開挖驗證已準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)多處盜油支管,有效降低了管道安全風(fēng)險。
長輸油氣管道具有大口徑、高壓力、介質(zhì)高度可燃易爆的特點,一旦發(fā)生管道泄漏事故,后果將極其嚴(yán)重。近年來,第三方損壞成為威脅我國管道輸送安全的一個主要因素,其中尤以打孔盜油最不易發(fā)現(xiàn),對管道安全的危害也最大[1,2]。
打孔盜油是指在油氣管道上打孔并安裝支管、閥門的盜油行為,極易造成泄漏而引發(fā)管道失效風(fēng)險。目前,發(fā)現(xiàn)盜油支管的主要方法有人工巡檢、在線泄漏檢測 [3]、外檢測和漏磁內(nèi)檢測技術(shù)[4]。除漏磁內(nèi)檢測外,其他技術(shù)存在人員無法進(jìn)入受限區(qū)域、誤報率高、不能發(fā)現(xiàn)小管引流式盜油等缺點。雖然漏磁內(nèi)檢測精度最高,但檢測周期長、費用高、對管道清潔度要求高,并不適用于周期性監(jiān)測打孔盜油。因此需要開發(fā)一種費用低、實施方便的檢測方法,而基于永磁擾動原理的專項內(nèi)檢測技術(shù)可以有效解決以上問題。
1 永磁擾動檢測
1.1 永磁擾動檢測原理
將永磁體靠近待檢測鐵磁構(gòu)件,會建立起磁相互作用場,當(dāng)該構(gòu)件上發(fā)生不連續(xù)突變時,所構(gòu)建的磁相互作用場會有磁擾動產(chǎn)生并反饋到永磁體。采用一定方法捕獲到永磁體的磁擾動變化,便可獲得鐵磁構(gòu)件上與之對應(yīng)的不連續(xù)信息。在獲取永磁體磁擾動信息的過程中,由磁擾動所引起的自身體積、磁阻或電阻等的變化微弱,不易被測量,所以直接從永磁體自身參數(shù)上獲得變化信息較為困難。但永磁體內(nèi)磁場的變化較明顯,易于被檢測到,所以可采用漆包線(一般為漆包銅線)環(huán)繞在永磁體上,以檢測永磁體因磁擾動而引起的體內(nèi)磁場的變化,從而間接地實現(xiàn)永磁體磁擾動的測量[5]。這樣通過捕獲由缺陷產(chǎn)生的永磁體上的磁擾動,便可獲得缺陷存在與否的檢測評判依 據(jù),最終完成缺陷的無損檢測。
如圖 1所示,由線圈和永磁體構(gòu)成的永磁擾動探頭勻速掃查待檢測鐵磁金屬表面,遇到金屬表面不連續(xù)就會在線圈上產(chǎn)生電壓突變,該電壓突變隨后經(jīng)過放大、濾波及A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
1.2 永磁擾動檢測與漏磁檢測區(qū)別
永磁擾動檢測不同于漏磁檢測,它們之間存在下列差異。
(1)檢測機(jī)制不同。永磁擾動檢測為直接空間擾動反饋;漏磁檢測為先導(dǎo)入磁場再形成泄漏量,即先磁化管道再于缺陷處形成漏磁場。
(2)捕獲對象不同。永磁擾動檢測直接捕獲由缺陷形成的磁擾動源擴(kuò)散到永磁體上產(chǎn)生的磁擾動;漏磁檢測中捕獲的則是磁泄漏場,一種增大趨勢的泄漏量,是磁的正疊加。
(3)檢測裝置結(jié)構(gòu)不同。永磁擾動檢測探頭可將傳感器與永磁體封裝為單一整體;漏磁檢測需要另外的永磁體作為勵磁源。
特別地,永磁擾動檢測是“忌諱”背景磁場的,背景磁場越大,缺陷引起的永磁體內(nèi)部磁場變化越不明顯。相反,漏磁檢測是“依靠”背景磁場的,背景磁場越大,由缺陷所引起的磁力線泄露越多。
1.3 探頭提離試驗
為 了 驗 證 永 磁 擾 動 檢 測 方 法 的 可 行 性 , 從Φ 508 mm管道上切割下一段弧形板,在樣板上人為加工出不同尺寸的貫通孔和沉頭未貫通缺陷,用永磁擾動探頭掃過這些缺陷,通過示波器獲取缺陷處的信號峰峰值電壓。統(tǒng)計不同缺陷類型、尺寸以及提離值5 mm時信號峰峰值數(shù)據(jù)(表 1)。
可以看出,檢測信號峰值與缺陷尺寸、類型均呈非線性增長變化(圖 2)。其主要原因是,一定磁能積的永磁體所構(gòu)成的磁相互作用空間有限,超出這一空間,所引起的磁擾動量減小。另外,檢測信號對探頭提離高度變化敏感,易于產(chǎn)生抖動噪音[6],因此有必要在兩個探頭間進(jìn)行差動處理。
2 打孔盜油專項內(nèi)檢測器
檢測器主體結(jié)構(gòu)包括防撞頭、支撐板、密封皮碗、永磁擾動探頭、里程輪、航空插頭及集線盒等,如圖 3所示。
作為打孔盜油專項檢測手段,該內(nèi)檢測器具備以下特點。
(1)基于傳統(tǒng)清管器結(jié)構(gòu)設(shè)計,發(fā)送簡單、通過能力高。
(2)不用調(diào)整任何工藝參數(shù),在線投放,快速實施。
(3)傳感器對提離值不敏感,無需清管,直接 投放。
(4)里程輪采樣間距1 mm,能準(zhǔn)確給出盜油支管位置。
(5)檢測器內(nèi)置三軸加速度計和陀螺儀,可給出管道彎頭度數(shù)和支管方位。
(6)全圓周探頭給出環(huán)焊縫與螺旋(直)焊縫交點方位,可指導(dǎo)開挖驗證定位。
(7)結(jié)合專用軟件分析, 24小時內(nèi)出具結(jié)果,實現(xiàn)最快捷的報告速度。
(8)周期性運行可達(dá)到監(jiān)測效果,降低成本。
3 現(xiàn)場應(yīng)用
通過在多條管道現(xiàn)場運行,對比漏磁內(nèi)檢測結(jié)果,確認(rèn)打孔盜油專項內(nèi)檢測器對管道三通、閥門、彎頭等管道特征(圖 4),以及典型的凹坑、腐蝕缺陷(圖 5)有非常好的檢測能力,尤其能準(zhǔn)確識別、量化和定位盜油支管。
某條管道在內(nèi)檢測完成兩年后首次進(jìn)行了打孔盜油專項內(nèi)檢測,除識別出已修復(fù)的100多處盜油閥門外,現(xiàn)場開挖又發(fā)現(xiàn)6處新增盜油支管,圖 6為一處新增支管的信號圖,圖 7為該支管現(xiàn)場照片。
在一段修復(fù)過盜油支管的管道上又發(fā)現(xiàn)兩處新增支管,累計支管數(shù)量達(dá)到12個(圖 8),現(xiàn)場開挖時發(fā)現(xiàn)部分已出現(xiàn)滲油現(xiàn)象(圖 9),目前該段管道已做換管處理。
圖 9 兩根管道上總計12個盜油支管
4 結(jié)論
基于永磁擾動檢測原理而設(shè)計的打孔盜油支管專項內(nèi)檢測器結(jié)構(gòu)合理,易于檢測。經(jīng)過現(xiàn)場試驗證明,該設(shè)備可有效檢測管道典型特征和凹坑及腐蝕缺陷,尤其對盜油支管有非常好的檢測能力。相比于傳統(tǒng)漏磁內(nèi)檢測器,具有快速、短周期、低成本、低清管要求的特點,其操作模式與常規(guī)清管相當(dāng),也可以加入企業(yè)的清管作業(yè)計劃當(dāng)中,適合對打孔盜油易發(fā)區(qū)域管道進(jìn)行周期性監(jiān)測運行,成為目前防治打孔盜油的最有效技術(shù)手段。
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作者:趙曉明, 1985年生, 2012年博士畢業(yè)于南開大學(xué)計算數(shù)學(xué)專業(yè),工程師,主要從事管道完整性管理技術(shù)相關(guān)的研究工作。
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