管道内检测定位准确性的研究

管道内检测定位准确性的研究管道内检测定位准确性的研究 作者作者 1 1 郑树林 作者 郑树林 作者 3 3 单位 地点 邮编 摘摘 要 要 管道内检测腐蚀缺陷定位不准确 给管道的维护 检修带来了不便 目前国内外关于管道腐蚀缺 陷的检测方法的研究已经逐步成熟 但对管道内部缺陷准确定位的研究还不能满足管道维修和完整性管理的需 要 本文通过介绍了目前几种常见管道内检测腐蚀缺陷定位方法 分析了影响GPS定位准确性的主要因素 并 给出了提高管道内检测腐蚀缺陷定位准确性的方法 为保障石油管道的安全运行提供了实践经验和科学依据 关键词 关键词 管道内检测 缺陷定位 GPS 定位 中中图图法法分分类类号号 文文献献标标识识码码 文文章章编编号号 Study of positioning accuracy in pipeline inner detection author1 ZHENG Shu lin author3 Unit Location Zip Code Abstract Corrosion defects inaccuracy positioning in pipeline inner detection brings inconvenience to pipeline maintenance and overhaul The study of pipeline inner detection methods has gradually matured at home and abroad However the study of inner defect accurate positioning in pipeline could not meet the needs of pipeline maintenance and integrity management Several common positioning methods of corrosion defects in pipeline inner detection are introduced in the article Main factors are analyzed that affects the accuracy of GPS positioning and methods are given that improves the positioning accuracy in pipeline inner detection So practical experience and scientific basis are provided to pipeline safe operation Key words pipeline inner detection defect positioning GPS positioning 管道运输已成为继铁路 公路 水路 航空 运输以后的第五大运输工具 用以输送原油 天 然气和其它液气产品 随着西部油气田和海上油 田资源的开发 特别是西气东输工程的启动 对 管道运输的要求更加迫切 但是管道的老化 锈 蚀 突发自然灾害及人为破坏等 都会造成管道 破裂乃至泄漏 如不及时发现并加以制止 不仅 造成能源浪费 经济损失 污染环境 而且会危 及人身安全 甚至造成灾难事故 所以长输管道 泄漏检测和定位技术日益受到人们的重视 1 管道内检测腐蚀缺陷定位不准确 给管道的 维护 检修带来了不便 目前国内外关于管道腐 蚀缺陷的检测方法的研究已经逐步成熟 但对管 道内部缺陷准确定位的研究还不能满足管道维修 和完整性管理的需要 2 本文首先介绍了目前几种常见定位技术 针对 管道内检测中磁标记与腐蚀缺陷的定位 分析了 在定位过程存在的问题 并提出了提高管道内检 测定位准确性的方法 为保证管道安全运行 消 除管道隐患奠定了基础 1 管道内检测腐蚀缺陷基本定位方法管道内检测腐蚀缺陷基本定位方法 1 1 里程轮法 里程轮的测量精度受加工差异 管道内壁状 况 石蜡 油污引起打滑 里程轮踏面花纹及磨 损情况 里程轮转动灵活性 管内螺旋焊缝引起 里程轮转动失常 检测器运行速度和测量距离 输送介质 摩擦与介质阻力 等因素的影响 从 定位原理来看 里程轮定位方法具有误差积累效 应 测量精度将随测量距离的增加而不断降低 最高精度只能达到0 2 难以达到精确定位的需 要 因此 有研究者提出了大量的结构改进方案 及一些新的算法来提高里程轮定位精度 3 1 2 加速度计定位 加速度定位的基本原理是牛顿运动学定律 物体的运动距离是其加速度的二次积分 在管道 内检测器上固定加速度计 并记录检测器前进方 向的加速度 结合采样时钟 在已知初始速度的 前提下确定任意时刻检测器在管道内经过的距离 实现管道内定位 由于管道倾斜 加速度计在管 道内行进时受到重力沿斜坡方向的分力作用 计 算距离时需引入重力加速度分量 4 1 3 惯性导航定位 惯性导航系统 INS 定位是通过惯性元件 陀螺仪和加速度计 实现管道缺陷的角度和距 离定位 陀螺仪可以理解为角速度传感器 可以 测量出物体转动的角速度 通过一次积分就可以 得到物体的转动角度 加速度计就是测量物体加 速度的传感器 将加速度进行一次积分可以得到 物体的速度 再进行一次积分就能得到物体的位 移 通过对检测载体转动角度和加速度的综合处 理获得位移 实现缺陷定位 INS 也会由于时间和 测量距离的增加精度随之降低 误差具有时间和 距离累积效应 5 1 4 GPS 定位技术 GPS 全球定位系统 系统包括三大部分 空 间部分为 GPS 卫星星座 地面控制部分为地面监 控系统 用户设备部分为 GPS 信号接收机 GPS 的基本定位原理是 卫星不问断地发送自身的星 历参数和时间信息 用户接收到这些信息后 经 过计算求出接收机的三维位置 三维方向以及运 动速度和时间信息 采用 GPS 同步时间脉冲信号 是在负压波的基础上强化各传感器数据采集的信 号同步关系 通过采样频率与时间标签的换算分 别确定管道泄漏点上游和下游的泄漏负压波的速 度 然后利用泄漏点上下游检测到的泄漏特征信 号的时间标签差就可以确定管道泄漏的位置 采 用 GPS 进行同步采集数据 泄漏定位精度可达到 总管线长度的 1 之内 比传统方法精度提高近 3 倍 6 2 管道内检测腐蚀缺陷其他定位方法管道内检测腐蚀缺陷其他定位方法 2 1 焊缝定位 焊缝包括两种 环焊缝和螺旋焊缝 根据不 同的现场开挖条件 可以选择不同的焊缝对管道 内检测腐蚀缺陷进行焊缝定位 检测内腐蚀时 在现场开挖条件允许 既开挖点容易进行施工 管线上方无占压的情况下 以环焊缝为参考点 对腐蚀缺陷进行定位 这种方法要保证环焊缝与 腐蚀缺陷之间无障碍物 土堆等 当现场开挖条 件不允许 尤其腐蚀缺陷在两个环焊缝中间位置 时 需要将 6 点钟螺旋焊缝露出来 依照检测软 件曲线上 6 点钟螺旋焊缝与内腐蚀缺陷的实际距 离 即可准确定位内腐蚀缺陷的位置 检测人员 在开挖现场通过环焊缝进行腐蚀缺陷的定位 如 图 1 所示 图图 1 检测人员定位缺陷检测人员定位缺陷 2 2 磁标记定位 目前 主要采取在埋设管线时每间隔一定距 离设置磁标记 并同时测量和记录磁标记的地理 位置 所设计的管道检测器携带磁力计和捷联惯 导系统 SINS 系统 检测时磁力计可准确探测 到管线沿途的磁标 SINS 系统则利用磁标的已知 坐标信息进行航迹修正 实现检测设备的精确管 内定位 7 磁标记的主要作用就是定位目标缺陷的实际 地理位置 结合管道内检测数据分析软件给出的 信息 借助 GPS 定位仪对腐蚀缺陷进行精确的定 位 磁标记的埋设如图 2 所示 图图 2 磁标记埋设现场磁标记埋设现场 2 3 地面标记系统 管道检测器地面标记系统 marker 是管道检 测器的配套设备之一 也是检测器提高定位精度 的重要辅助设备 它能够检测并记录下检测器通 过设标参考点的时间 检测前 基准时钟设备对 检测器电子系统和地面标记器进行时间同步 检 测器在管道内运行时 电子系统记录下管道上所 有的管道特征信息 阀门 三通 弯头 缺陷等 及其里程位置 结合放置在参考点的地面标记器 记录的时间数据 检测结果可以得出缺陷到最近 参考点的相对距离 对缺陷进行准确定位 实质 是采用地面标记将长输管道分段 1 公里左右 以减少里程轮定位的累积误差 3 提高腐蚀缺陷定位准确性的方法提高腐蚀缺陷定位准确性的方法 在管道内检测过程中 定位包括两个方面 磁标记和腐蚀缺陷 现场定位主要采用 GPS 定位 仪进行定位 一般来说 影响定位准确度的主要 有三个因素 一是管道的实际走向 由于管道施 工时 无法保证管线的走向是一条直线 再加上 地理因素 管道会有拐弯 穿越等地方 而 GPS 只能定位直线距离 这样 GPS 定位就会产生误差 二是检测器在管道内运行时 里程轮会出现打滑 现象 即里程轮不转 检测器依靠输送介质滑行 这样也会导致 GPS 定位不准 三是遇到障碍物 信号塔 高压线 光缆等干扰时 GPS 定位仪的 信号较弱 使 GPS 定位不稳定 同样会影响定位 精准度 经过经验丰富的检测人员现场开挖验证 总结出以下几种提高腐蚀缺陷定位准确性的方法 1 用 GPS 定位缺陷距离时 要比实际距离 短一些 因为管道无论如何铺设都不会是一条直 线 例如该缺陷在 5 1 米定位点上游 277 1 米 那么以 5 1 米定位点为起点 向上游走 277 1 米 就是缺陷的位置 但这是理论值 实际的管线并 非直线 因此 检测人员在定位时 按照每 100 米缩短 1 米的方法 走到上游 273 5 米左右 便可 以定位该缺陷的准确位置 若该缺陷附近存在弯 头 则要根据弯头的曲率半径进行缩短 曲率半 径越大 弯头越长 缩得越多 2 检测器的里程轮出现打滑现象是由于油 品本身含蜡 导致里程轮打滑 后果就是 假设 检测器在管道内从 A 点运行到 B 点 AB 实际距 离 1 公里 检测器正常运行时 理论上里程轮转 了 1 公里的距离 检测器即从 A 点到达 B 点 若 里程轮打滑 则里程轮转了不到 1 公里 检测器 就已经走了 1 公里 换句话说 若里程轮打滑 并且里程轮转了 1 公里的距离 那么实际上 检 测器走的距离要超过 1 公里 仍然以该缺陷为例 若出现打滑现象 在不考虑管道自身弯曲的情况 下 检测人员在定位时 至少要走到 278 米处 才能准确定位该缺陷的准确位置 3 信号干扰是最常见的影响 GPS 定位准确 性的干扰源 检测人员要根据实际情况 在方便 定位的前提下 尽量远离信号塔 高压线 光缆 等干扰源 以保证 GPS 定位的准确度 4 结论结论 本文通过介绍了目前几种常见管道内检测腐 蚀缺陷定位方法 针对管道内检测中磁标记与腐 蚀缺陷的定位 分析了影响 GPS 定位准确性的主 要因素 并给出了提高管道内检测腐蚀缺陷定位 准确性的方法 为保障石油管道的安全运行提供 了实践经验和科学依据 参参考考文文献献 1 王占山 陈钢 冯健等 长输管道泄漏检测和定位技 术 J 沈阳工业学院学报 2003 22 2 32 36 2 王金柱 王泽根 油气长输管道内部缺陷定位方法综 述 J 石油天然气学报 2010 32 1 372 374 3 沈跃 智能清管器检测管道缺陷的定位算法研究 J 科