在役管道三轴高清漏磁内检测技术

在役管道三轴高清漏磁内检测技术

服务于管道泄漏的内压检测技术是管道完整性管理的一项重要技术，在管道检验中得到了广泛应用。对管体缺陷类型、位置和尺寸等信息的发现和判定,可在事故前发现管体缺陷,使得预防性、针对性缺陷修复成为可能。但由于当前各类内检测器具有针对性和局限性,不能同时检测出各种类型缺陷,经常会造成对不敏感缺陷的漏检或缺陷评定误差增大,降低了管道完整性评价结果的可靠度。为了弥补这一缺陷,往往需要在同一管道运行多种内检测设备以便发现不同类型缺陷。这不仅提高了运行成本,而且增加了检测过程中的风险。因此,提高管道内检测技术探测能力、精度和可靠度,成为了内检测技术一直努力探索的方向,三轴高清漏磁内检测技术的研发正是基于这一需求的产物。三轴高斯传感器设计和制造等基础技术的进步,使得三轴高清漏磁内检测器的研发与应用成为可能。一、轴漏磁分离器的工作原理三轴高清漏磁内检测器,是指具备能够同时记录磁场三维空间分量的高清晰度内检测器。三轴高清漏磁内检测器的基本工作原理与传统漏磁内检测器完全相同,主要区别是三轴漏磁检测器在一个探头中放置了三个方向的传感器,可以同时记录泄漏磁力线的三维分量,提高了对缺陷的识别和评定能力;而传统漏磁检测器只能记录一个方向的磁力线强度变化。漏磁检测利用被检管体是铁磁性材料的特点,施加外磁场将其被检测段局部磁化。当该位置无缺陷时,磁力线绝大部分通过钢管,此时磁力线均匀分布(见图1(a));当该处存在缺陷时,由于钢管缺陷处磁导率远小于钢管的磁导率,根据磁感应线的折射定律,磁力线将发生折射弯曲,一部分仍从管壁中通过,另一部分从缺陷处通过,还有一部分泄漏出管体表面,渗透到空间(见图1(b))。试验表明,缺陷的形状将直接影响励磁系统中磁场的分布形式,利用有效的检测手段测量磁场参量的变化情况,可以获得各种缺陷形状的信号。通过对信号的分析,也可以有效回归缺陷几何形状。如果缺陷为体积型缺陷,或空间足够大的类裂纹性缺陷,根据缺陷表面的三维变化,折射后的磁力线偏离了原磁场方向,磁力线在原磁场方向的三维空间有对应的矢量强度分布变化,见图2。因此,当管体上存在缺陷产生的漏磁场(见图3(a)),则其泄漏折射后磁场各分量的矢量分布见图3(b)、(c)和(d)。研究表明,轴向(Axial,Bx)、径向(Radial,By)和切向(Transverse,Bz)信号的幅值表示缺陷的深度信息,信号的跨度表示缺陷的宽度信息,信号的条带数表示缺陷的长度信息。根据霍尔效应,在缺陷处、泄漏处的磁力线可以通过霍尔传感器或感应线圈探测到(见图4),即根据漏磁检测器的工作原理(见图1),结合磁场的三维分布,当在漏磁场中放置传感器,根据激励电流Ic与感应电势Vh,可测量出磁场强度B,感应面处于空间不同位置将测量出不同磁场方向的矢量值。传统漏磁检测器只在轴向安装了传感器,因此只能测量出轴向分量Bx,而三轴漏磁检测器则在同一位置按照三维方向分别固定了3个传感器(见图5),能够测量空间磁场的三维矢量。垂直于管道轴向的传感器测量的感应信号反映了轴向磁场强度变化,平行于管体表面的传感器测量的感应信号反映了径向的磁场强度变化,垂直于周向的传感器测量的感应信号反映了周向磁场强度变化。综上所述,由于传感器制造技术的进步,基于先进的三维传感器改进了传统漏磁检测器成为三轴漏磁检测器。三轴传感器的应用是三轴高清漏磁检测器与传统漏磁检测器最大的不同点。三维传感器的应用带来了检测数据量和用电量的增加,因此三轴高清漏磁检测器在数据记录、数据存储、速度适应性、数据处理等方面都有了新的发展,提高了检测精度和置性度。二、道缺陷特征回归模型由于三轴漏磁内检测器在同一位置记录了磁场的三维矢量,通过专门的漏磁数据读取工具分析管道缺陷处三个方向的漏磁分量,可以判断出缺陷的深度、长度、宽度等特征信息,清晰地回归出缺陷的几何变化特征,提高了根据缺陷信号特征回归缺陷几何尺寸的精度。三轴方向信号的记录使得三轴高清漏磁检测器在检测能力和置信度等多方面优于传统漏磁检测器,主要具有三个方面特性。1、不同方向分布的裂纹缺陷检测算法传统漏磁检测器只记录一个方向的磁力线变化量,因此对沿磁力线方向分布的缺陷不敏感,而三轴高清漏磁检测器通过三维方向的磁场变化,在一次检测中可以准确测量出不同方向分布的狭长类裂纹缺陷。2、轴漏磁内分离器由于对每一处缺陷都可以从三组信号中分析得出缺陷尺寸数据,因此,相对于传统漏磁检测器,三轴漏磁内检测器可以相对准确的回归出缺陷尺寸。由于各轴的信号对缺陷的类型敏感性各不相同,可以通过三轴信号中的一组或多组信号判定各种不同类型缺陷,提高了对缺陷识别的置信度。3、提升三轴漏磁分离器的缺陷一般认为漏磁检测技术只对金属损失敏感,对没有金属损失的小开口裂纹检出能力差。但随着检测精度的提升,传统轴向漏磁检测器就已经能够检测出具有一定开口尺寸的轴向裂纹缺陷,三轴漏磁检测器则可以检测出具有一定开口尺寸的各类裂纹缺陷。虽然三轴漏磁检测器提高了对金属损失缺陷的检测精度和置信度,但依然对没有开口的微小裂纹缺陷不敏感,具有一定的局限性,检测成本高也是该检测器的一个缺点。三、检测结果分析中国石油管道公司同国外某公司合作进行了三轴高清漏磁检测器的试验性应用,该三轴高清漏磁检测器利用四个三向霍尔传感器代替传统的4线圈传感器,能记录三个独立轴向的漏磁信号。图6是检测数据中具有典型特征的金属损失缺陷和三轴信号,图7是检测数据中具有典型特征的金属增加缺陷和三轴信号。根据检测信号分析和开挖验证结果分析,发现该信号特征明显,显著增强了对缺陷尺寸判断的准确性,提高了检测精度,与开挖检测结果吻合度高。在此次检测中,不仅检测出了各类金属损失常规缺陷,而且同时检测出了环焊缝焊接缺陷和螺旋焊缝缺陷,见图8和图9。检测结果说明,该检测器能够检测出不同方向分布的狭长类裂纹缺陷,同时还明显验证了该检测器能够在同一次检测中发现更多类型的金属损失缺陷。它不仅能够在一次检测中测量出需要分别运行传统的轴向和周向漏磁检测器才能检测出的缺陷,而且检测出了对这两类检测器都不敏感的螺旋焊缝