在役油气管道缺陷检测与监测关键技术-清华大学成果与知识产权管理

2018年国家技术发明奖提名项目公示内容一、 项目名称：在役油气管道缺陷检测与监测关键技术二、提名单位意见：管道是国家油气资源运输的关键设施，其缺陷检测与监测是管道安全运行的重要保障，该项目的开展与实施应用对于保障国家能源安全、提高无损检测行业竞争力具有重要意义，并取得了显著成果。该项目原创了在役油气管道缺陷检测与监测的多项核心理论与方法，在在役油气管道检测与监测关键核心技术上取得了重大突破，发明了油气管道缺陷电磁多场耦合分布式磁化检测技术、管道缺陷泄漏磁泡单元网络量化技术和管道电磁超声导波匹配耦合监测技术，三项发明均为国际首创。开发了具有自主知识产权的系列化在役油气管道检测监测产品并实现产业化，授权发明专利32项，形成了完整的自主知识产权体系，对无损检测领域的技术进步有积极地推动作用。成果已广泛应用于西气东输、苏丹油田等国内外检测工程中，创造了良好的经济效益和社会效益。 对照国家技术发明奖授奖条件，提名该项目申报2018年国家技术发明奖二等奖。三、项目简介：管道是国家油气资源运输的关键设施，其缺陷检测与监测是管道安全运行的重要保障。国家中长期科技发展规划纲要2006-2020将“油气管线等基础设施建设和养护关键技术及装备”列为优先主题，彰显了油气管道检测与监测技术的重要性。在项目研究初期，油气管道检测技术长期被美国GE和德国ROSEN垄断，面临严重技术封锁，而在役油气管道监测与缺陷量化重构技术更是世界性难题，在关键技术及应用等方面存在诸多瓶颈。发展具有自主知识产权的在役油气管道检测与监测技术，对于打破国外技术壁垒、保障国家能源安全、抢占国际技术制高点，具有重大意义和迫切需求。该项目在国家基金委、科技部的支持下，历经十余年的研究攻关，在在役油气管道检测与监测关键核心技术上获得了重要突破，发明并开发了具有自主知识产权的系列化在役油气管道检测监测产品并产业化。主要技术发明点如下：1.发明了油气管道缺陷电磁多场耦合分布式磁化检测技术，针对油气管道漏磁检测关键技术瓶颈，提出了多场耦合缺陷高灵敏度检测方法，实现了对腐蚀、裂纹等多类型缺陷的综合高效检测，发明了内检测器复合伸缩磁化采集技术，实现了复杂工况下的检测器无障碍通过与在线高精度采集。2.发明了管道缺陷泄漏磁泡单元网络量化技术，针对漏磁检测缺陷三维尺寸量化难度大、精度低等问题，建立了缺陷漏磁场泄漏磁泡理论模型，发明了三维单元网络缺陷量化方法，研发了检测数据自动分析专家系统，实现了管道缺陷的高精度量化。3.发明了管道电磁超声导波匹配耦合监测技术，针对电磁超声导波监测技术中导波频散、衰减严重且换能效率低等问题，发明了导波定向控制半波长匹配方法，发明了导波收发一体化高低压匹配耦合方法，在各种复杂工况条件下均表现出优异的性能。以上三项发明均为国际首创，授权发明专利32项，发表SCI论文53篇。经中国石油和化工自动化应用协会组织的科技成果鉴定认为关键技术指标“处于国际领先水平”。项目成果已广泛应用于西气东输、苏丹油田等国内外共284项管道检测工程中，近三年经济效益达1.97亿元，并已推广应用于铁路、钢铁、汽车、航天等行业，经济社会效益显著。项目部分成果分获2014年北京市科学技术一等奖、2017年湖北省技术发明一等奖、中国专利优秀奖等。四、客观评价： 1.成果鉴定2013 年1 月20 日，中国石油和化工自动化应用协会在北京主持召开了“油气管道缺陷在线检测关键技术与应用”科技成果鉴定会，由张钟华院士、叶声华院士等组成的鉴定委员会一致认为：“成果整体处于国际先进水平，其中管道检测器缺陷检测灵敏度、变形通过能力等指标处于国际领先水平”；“成果相关核心技术和产品已在胜利油田、苏丹油田、陕京输气管道等国内外重要油气输送管道工程中得到了推广应用，开发的管道缺陷检测器已用于油田和海底管道不停输在线内检测，产生了显著的经济效益和社会效益，具有广阔的推广应用前景”。（附件2.1-2.2） 2.项目验收由项目完成人主持承担的国家自然科学基金项目“活动缺陷检测监测方法及物理机制研究”、“油气长输管道裂纹磁致伸缩检测技术基础研究”和“油气管道缺陷电磁超声导波聚焦检测方法研究”，经过国家自然科学基金委员会审核，均已“按有关规定已审核完毕，准予结题”。（附件2.4-2.6）3.第三方检测报告国家应用软件产品质量监督检验中心对该项目研发的“油气管道数据分析专家系统”进行了第三方测试，油气管道检测数据分析专家系统提供了“数据显示”、“管道缺陷自动分析”、“管道缺陷人工分析”、“辅助模块操作”功能。（附件2.13-2.15）4.学术评价加拿大蒙特利尔大学航天设计创新研究院院长Aouni A. Lakis教授对项目组在深度变化和内部腐蚀缺陷检测方面的研究工作给予了较高评价。“采用时域信号处理方法成功检测出深度变化及内部腐蚀缺陷”。（附件2.10）日本机械工程学会主席、庆应大学Toshihiko Sugiura教授对项目组在电磁超声换能器设计方面的研究工作给予了肯定评价。“文献6通过对电磁超声换能器的设计研究，有效提高了换能效率”。（附件2.11）5.用户评价 北京埃彼咨石化科技有限公司：“完成众多国内外油气管道检测工程，检测工作有效避免了在役油气管道因缺陷而发生的破坏泄漏，避免了因停产、事故等可能造成的上百亿的经济损失，取得了良好的经济和社会效益。”（附件1.4）武汉华科机电工程技术有限公司：“采用项目技术生产并销售的设备，相比国外进口设备，在价格和设备性能上具有较强的市场竞争力。近三年新增销售额为2803万元，新增利润429万元。”（附件1.5）6.科技查新经国家图书馆科技查新，“除查新项目组人员发表的相关文献外，国内外未见与查新项目查新点内容相同或高于其性能指标的公开文献报道。查新项目各查新点在本报告检索文献范围内均具有新颖性。”（附件2.23-2.24）7.科技奖励 该项目部分研究成果分获：2014年北京市科学技术一等奖（附件2.20）2017年湖北省技术发明一等奖（附件2.21）2014年国家知识产权局中国专利优秀奖（附件2.22）五、推广应用情况：项目所有发明点均取得了重要应用，形成了在役油气管道缺陷检测监测系列化产品。项目成果广泛应用于西气东输、胜利油田等国内外检测工程中，完成在役管道检测工程284个。此外，项目成果还推广应用于石油行业、钢铁行业、煤炭行业、汽车行业、核能、电力石化行业等的相关设备检测当中。主要应用单位情况（不超过15个）序号应用单位名称应用技术应用起止时间应用单位联系人及电话经济/社会效益1北京埃彼咨石化科技有限公司漏磁检测2011.10至今孙士彬完成众多国内外油气管道检测工程，检测工作有效避免了在役油气管道因缺陷而发生的破坏泄漏，避免了因停产、事故等可能造成的上百亿的经济损失，取得了良好的经济和社会效益。2武汉华宇一目检测装备有限公司漏磁和超声导波2009.07至今胡沁宇应用该项目技术生产缺陷检测相关设备系统，应用于石油行业、钢铁行业、煤炭行业、汽车行业等的设备检测当中，节支约3200万元。3武汉华科机电工程技术有限公司漏磁和超声导波2007.01至今管雪娟采用项目技术生产并销售的设备，相比国外进口设备，在价格和设备性能上具有较强的市场竞争力。近三年新增销售额为2803万元，新增利润429万元。4北京博力加机电技术有限公司漏磁和超声导波2009.03至今杜学刚所销售的设备运行稳定，检测数据可靠，缺陷定位和量化准确度较高，检测结果得到了用户和业主的广泛认可，检测设备的应用极大地降低了在役油气管道因缺陷而发生损坏的可能性。六、主要知识产权证明目录：（不超过10项，前3项为核心知识产权）序号知识产权类别知识产权具体名称国家授权号授权日期证书编号权利人发明人专利有效状态1发明专利海底油气管道缺陷高精度内检测装置中国ZL7.02015.07.15清华大学黄松岭、赵伟、王珅、程若凡有效2发明专利基于三维有限元神经网络的缺陷识别和量化评价方法中国ZL3.62009.04.29清华大学黄松岭、赵伟、宋小春、崔伟有效3发明专利一种在役金属管道及承压件安全综合监测评价方法中国ZL7.82017.05.31爱德森(厦门)电子有限公司林俊明有效4发明专利基于交直流复合磁化的漏磁检测内外壁缺陷的识别方法中国ZL1.52011.01.26清华大学黄松岭、赵伟、董甲瑞、徐琛、陆文娟、吴德会有效5发明专利一种用于电磁超声测厚探头的耦合匹配装置中国ZL2.X2012.08.22清华大学黄松岭、王珅、毕郑诚志、赵伟、郝宽胜、李鹏、韩润奇有效6发明专利一种改善磁致伸缩导波测距盲区的信号跟随方法及装置中国ZL9.42015.10.28华中科技大学康宜华、邓超、李辉有效7发明专利管道三维漏磁成像缺陷量化方法中国ZL2.12017.02.22清华大学黄松岭、王珅、赵伟、李世松、于歆杰、刘欢有效8发明专利一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置中国ZL7.02014.12.31华中科技大学康宜华、涂君、刘姚瑶有效9发明专利一种提高金属表面裂纹涡流检测极限灵敏度的方法中国ZL1.32016.01.13爱德森(厦门)电子有限公司林俊明有效10发明专利一种旋控式磁力可断的电磁超声测厚探头中国ZL9.52016.10.05湖北工业大学涂君、宋小春、邱公喆、赵大兴有效七、主要完成人情况（不超过6人）：排序姓名主要贡献工作单位完成单位职称职务1黄松岭第1完成人。对项目的第一、二、三项技术发明点均做出了贡献，提出了漏磁检测复合伸缩式柔性采集模型；发明了三维单元网络缺陷量化方法；提出了导波定向控制半波长匹配方法。旁证：主要知识产权列表1、2、4、5、7，国家标准-附件2.26，专著-附件2.28,2.29清华大学清华大学教授副所长2康宜华第2完成人。对项目的第一、三项主要技术发明点做出了贡献，提出了完整的缺陷漏磁场分布模型“泄漏磁泡”理论模型，并参与了电磁超声导波管道缺陷检测监测系统的设计与开发。旁证：主要知识产权列表6、8，国家标准-附件2.26，专著-附件2.28华中科技大学华中科技大学教授系主任3林俊明第3完成人。对项目的第一、三项主要技术发明点做出了贡献，发明了多场耦合缺陷复合检测方法，研究了云计算和检测监测集成技术，参与了管道电磁超声导波云监测系统的设计与开发。旁证：主要知识产权列表3，9，国家标准-附件2.26爱德森（厦门）电子有限公司爱德森（厦门）电子有限公司研究员总经理4宋小春第4完成人。对项目的第二、三项主要技术发明点做出了贡献，提出了缺陷量化综合评价方法，参与了电磁超声导波管道检测监测系统的研发，设计了磁致伸缩导波耦合换能装置。旁证：主要知识产权列表4、10，项目-附件2.5湖北工业大学湖北工业大学教授工程中心主任5王珅第5完成人。对项目的第二、三项主要技术发明点做出了贡献，提出了导波收发一体化高低压匹配耦合方法，完成了漏磁检测数据自动分析专家系统的设计开发工作。旁证：主要知识产权列表1、5、7，专著-附件2.29清华大学清华大学助理研究员无6邹军第6完成人。对项目的第二项主要技术发明点做出了贡献，建立了缺陷漏磁场量化反演模型，参与了电磁场理论模型数值计算及数据自动分析专家系统的设计开发工作。旁证：发明专利ZL.X附件2.19清华大学清华大学研究员实验室主任八、完成人合作关系说明：“在役油气管道缺陷检测与监测关键技术”成果由清华大学的黄松岭、王珅和邹军，华中科技大学的康宜华，爱德森（厦门）电子有限公司的林俊明和湖北工业大学的宋小春六位完成人经过长期紧密合作共同完成。项目第一完成人黄松岭是清华大学电机系教授，王珅、邹军所在的电磁检测与设备性能安全评估科研团队的负责人，同时是湖北工业大学特聘教授，与湖北工业大学宋小春团队有着紧密的合作关系，与康宜华、林俊明共同制定无损检测 术语 漏磁检测等国家标准。项目第二完成人康宜华是华中科技大学机械与工程学院教授，与各完成人合作在本项目的电磁检测理论探究、技术研发和产业化开发方面起着关键的推动促进作用，与黄松岭合著专著现代漏磁无损检测，与林俊明共同制定国家标准无损检测 脉冲涡流检测方法等。项目第三完成人林俊明是爱德森（厦门）电子有限公司总经理，公司与清华大学、华中科技大学和湖北工业大学有着长期深度合作，一起完成了将项目的部分知识产权等成果从技术到产品的全链条研发工作，并与黄松岭、康宜华共同制定了多项国家及行业标准等。项目第四完成人宋小春2001年至2005年在华中科技大学康宜华课题组攻读在职博士学位，开展管道无损检测方面的研究；2005年至2007年在清华大学黄松岭电磁无损检测课题组从事博士后研究工作，与黄松岭共同申请并授权发明专利基于三维有限元神经网络的缺陷识别和量化评价方法，与黄松岭、康宜华合著发表论文水冷壁管壁厚主磁通超声波融合检测方法等。项目第五完成人王珅2004年至2009年在清华大学黄松岭电磁课题组攻读博士学位，后留校继续从事油气管道缺陷检测相关研究，目前是黄松岭电磁检测与设备性能安全评估科研团队的重要成员，与黄松岭合著专著电磁无损检测新技术，共同申请并授权了多项发明专利（如七、主要知识产权证明目录中1、5、7项发明专利）。项目第六完成人邹军是清华大学电机系研究员，黄松岭电磁检测与设备性能安全评估科研团队的重要成员，与黄松岭、王珅共同申请并授权发明专利三维漏磁检测缺陷轮廓重构方法及装置等。六位完成人及其所在的四家完成单位经过十余年的紧密合作，共同完成了本项目的科学研究、技术研发与成果应用实践工作，合作并产出了大量成果，包括发明专利、国家标准、发表论文、合著专著等。上述项目关系介绍准确无误，证明材料真实可