油氣輸送管道電磁在線檢測技術

分類：解決方案日期：2012-04-09 00:00:00 來源：西部工控網

　　摘　要

　　基于管道電磁高速檢測原理的“管道爬行器”是一種高速探傷裝置, 專對地下油氣輸送管道在線檢測, 檢測的數據在其內經過放大、消噪聲, 再通過多路復用和壓縮編碼等壓縮后存入RAM 或Tape 中, 最后通過控制分析系統, 并經去壓縮解碼器恢復成檢測圖形曲線。研究證明, 高速檢測系統能準確識別軸向和沿圓周8 等分區間缺陷位置及等級, 具有檢測速度快、無漏檢等特點。

　　依靠原油流動為驅動力, 以超聲探頭繞管道內壁掃描探傷的“管道爬行器”, 可以實現對管道的抽樣檢測, 其缺點是檢測信號耦合不可靠、速度慢, 有漏檢和誤檢現象。

　　本文研究的高速在線檢測系統, 采用電磁檢測原理, 專對油氣輸送管道檢測, 且速度快, 無漏檢。

　　1　檢測技術原理

　　根據電磁檢測原理, 鐵磁性材料在交變外磁場H o 磁化下, 其內宿缺陷形成的磁場強度Hg為

　　式中

　　μg、μf——分別為缺陷和材料磁導率

　　N——退磁因子,N = T/(T + S )

　　T、S——分別為橢圓截面的長、短軸

　　Ho垂直于T 或S 時, 缺陷形狀和Hg 隨著N (0 < N < 1) 變化而變化。當檢測裝置帶動傳感器掃查管道內表面區間, 管道內縮缺陷的磁場H g 在傳感器陣列中感應形成微弱的缺陷電信號。缺陷信號的幅度、寬度與缺陷分布有關, 磁化場的方向與橢圓缺陷的短軸正交, 缺陷信號幅度小、寬度寬, 磁化場的方向與橢圓缺陷的長軸正交, 缺陷信號幅度高、寬度小。若先后施加互為正交的磁化場時, 各向缺陷都會形成較強的缺陷信號, 這種對材料施加磁化場, 在傳感器內激發缺陷信號的無損檢測稱電磁檢測。

　　2　檢測主設備結構

　　高速檢測主設備由“管道爬行器”裝置、驅動裝置、大型越野車、車載發配電設備、計算機分析識別系統和相關外設、接口等組成, 如圖1 所示。

　　圖1　電磁法高速檢測設備“管道爬行器”結構

　　2.1　“管道爬行器”的漏磁激發裝置

　　“管道爬行器”的漏磁激發裝置由1 套穩恒磁化裝置和2 套輪形引導磁極構成對地下管道壁的充分磁化, 當“管道爬行器”運行在某段區間時, 兩輪之間的缺陷受到磁場激勵, 其內壁形成強烈的漏磁信號, 在“管道爬行器”中設4只8通道彈性掃查探頭, 向外包繞角360°, 由探頭接收管道內缺陷的漏磁場, 變成缺陷信號。

　　2.2　“管道爬行器”的行走機構

　　“管道爬行器”的前側和后端共設8 只彈性輪, 它們與管道軸線成20°角, 當“管道爬行器”在管道內穿越時, 彈性輪支承“管道爬行器”平穩前進, 同時引導“管道爬行器”自體在管道內旋轉, 以便各探頭形成互相疊合的螺旋帶, 確保管道壁各向缺陷全部被檢測。

　　2.3　“管道爬行器”行走動力

　　(1) 在停產狀態下, 由空壓風機向“管道爬行器”入口端灌氣, 當氣壓為0.05M Pa 時, 為“管道爬行器”提供約280 N 推動力, 此推動力使“管道爬行器”的運行速度達到40～ 60m/min。

　　(2) 在運行狀態下, 行走動力由油氣提供。當“管道爬行器”前后兩端的壓差為0.1MPa 時, 可為“管道爬行器”提供約550 N 推動力, 此推動力使“管道爬行器”的運行速度達到油氣的輸送速度。

　　3　“管道爬行器”的檢測信號處理

　　3.1　檢測信號

　　“管道爬行器”內有4 個檢測探頭和8 個通道傳感器, 它們在管道內高速行進中采集大量的微弱信號, 這些信號經過設在探頭內的放大器提供60 db 的增益, 其幅度達到12 Vp-p , 波形如圖2 所示。

　　圖2　“管道爬行器”分區檢測所獲得的檢測信號

　　圖2 中法蘭信號是指管道連接處探頭檢測獲得的飽和脈沖, 它正是管道的識別信號, 在信號壓縮處理中, 法蘭信號是非常有用的試樣信號。噪聲信號包含電磁噪聲、行走噪聲、撞擊噪聲和焊接處干擾及放大器噪聲等; 缺陷信號是檢測管道缺陷所獲得信號; 管道正常部分信號是探頭檢測無損傷管道獲得的信號; 缺陷密集段信號是檢測管道內存在密集的銹蝕和損傷所獲得的信號。根據信號曲線判斷, 第2 根管道的前半段315°～ 368°區間存在密集性損傷缺陷,而0～53°區間存在1 個缺陷。

　　3.2　檢測信號的噪聲處理

　　圖2 所示的8 通道信號, 首先經過帶通濾波器, 濾除40 kHz 以上的白噪聲, 然后由電平切割鏟除背景噪聲和行走噪聲。對于8 通道傳感器, 撞擊干擾是同時發生的短促窄脈沖, 由“模擬與”門電路可對其抑制。至此, 8 通道信號中的正常管道信號是純凈的零電平信號, 只有高電平的法蘭信號和缺陷信號及較高電平噪聲干擾。

　　3.3　檢測信號的壓縮處理

　　“管道爬行器”是脫離外界控制的自行走高速檢測裝置, 圍管道360°的8 通道檢測探頭在其行程內拾取極其豐富的信息, 其高速檢測的關鍵技術是這些數據的處理與存儲, 可以采用壓縮方法處理檢測信號, 如圖3 所示。

　　圖3　“管道爬行器”檢測的缺陷信號與法蘭信號的數字壓縮編碼方法

　　由圖3 可知, 當檢測無損傷管道時信號為0, 比較器輸出“法蘭”信號數據。此后, 采用“預測法”壓縮數據, 即首先傳送前一只管道“法蘭”作為模板, 各通道信號與法蘭比較, 為“0”的表示對應的傳感器檢測的是無損傷區域, 以此法蘭號代替該區域數據; 非“0”表示為對應的傳感器檢測的是有損傷區域, 傳送該區域缺陷信號數據。對于連續缺陷的信號數據, 減法器輸出最早的缺陷數據和后來缺陷數據與前面缺陷數據的差值。若多個通道有缺陷信號數據, 則采用“時分復用”技術, 由多路開關將多路缺陷信號數據歸為1路數據, 從而極大地壓縮了數據量。

　　檢測信號經壓縮編碼處理后, 記錄在單片機的RAM 或Tape (磁帶) 上, Tape 的L 聲道為缺陷信號數據, R 聲道為法蘭號。

　　4　油氣輸送管道檢測分析設備

　　當“管道爬行器”駛出管道后, 存儲在RAM 或Taye 內的數據被送往現場車載式高速檢測分析設備處理, 分析設備由重放設備、接口設備、計算機系統、數據解碼恢復技術D/A 變換、分析判斷和圖形曲線顯示裝置等組成。

　　4.1　數據重放

　　若記錄時采用單片機將數據存儲在RAM 中, 則此時的單片機為分析設備計算機系統的外設, 計算機讀取的是RAM 中的數據;若采用磁帶記錄, 重放磁帶的L 聲道為缺陷信號數據,R 聲道為法蘭信號,它們經過數據接口卡與計算機系統連接并讀入主機。

　　4.2　數據去壓縮解碼方法

　　缺陷信號與法蘭信號的數據去壓縮解碼方法, 如圖4 所示。數據經多路開關恢復成8 通道缺陷信號數據和法蘭信號, 以前一個法蘭為當前管道預測模板, 預測模板與各路缺陷數據在加法器疊加, 結果為預測模板值, 則輸出法蘭模板, 顯示該管道區域為無損傷缺陷。否則, 缺陷信號與法蘭信號相加, 表示該管道此區域存在的缺陷及其軸向位置。經過低電平切割運算, 進一步抑制干擾噪聲, 調整檢測靈敏度, 最后經過模數轉換, 在顯示器上顯示實際檢測結果的圖形曲線, 缺陷信號數據還可以存儲和建檔, 便于調用和在網絡內傳輸。