基于皮尔逊法的埋地输油管线巡查仪设计研究

文/左永刚 陈军 杨静 张镇

基于皮尔逊法的埋地输油管线巡查仪设计研究

文/左永刚 陈军 杨静 张镇

由于土壤的腐蚀性以及某些人为因素，常使埋地管线发生腐蚀穿孔导致泄漏事故，造成油料损失和环境污染，本文分析了基于皮尔逊法的埋地输油管道的位置、走向、分支等检测原理，并进行了方案设计。

皮尔逊法；埋地输油管线；设计

一、引言

由于土壤的腐蚀性以及某些人为因素，常使埋地管线发生腐蚀穿孔导致泄漏事故，造成油料损失和环境污染。对输油管线进行检测，可以及时准确地了解管线的运行状况，预测管线整体与局部失效模式，提高管线腐蚀及防护状况评价的有效性、准确性和科学性，以最大限度地减少经济损失和环境污染。因此，加强对埋地输油管线的安全检测，研制相应的管线巡查装备，及时掌握和诊断输油管线的安全状况，具有重要的社会和经济价值。

二、基本原理

皮尔逊法（Pearson）即人体电容法，是指在埋地管线检测过程中，通过给待测管道施加一个1000赫兹左右的交变电流，在电流沿管道走向传播时在管道周围产生一个交变的磁场。对于这样的磁场，通过使用带有天线的探测仪可准确探测，从而可以判断得到管道的位置、走向、分支等；同时，管道外防腐层缺陷处向土壤泄漏电流，通过大地回流到发射仪器的接地点，这样在缺陷处形成一个以缺陷点为中心的交变电场，并成指数衰减，当两个人体站在交变电场内（相距约6m）时，由于人体的电容作用，使每个人具有一定的交变电位，这时可以通过检测两个人体的电位差判断管道缺陷和漏点位置。

1.发射机的工作原理

发射机分别设置与管道和大地相连接的线缆，其中与大地相连的线缆需要设计成接地棒，工作中与管道走向成90°。有的管网复杂，四通八达，导致信号衰减很快，而且当目标管线埋土很深时，接收机在地面收到的信号很弱，增加了探测管线的难度，因此，在接地应尽量避免此类位置。为了系统检测过程中获得理想信号，接地点应尽量选择在单根管线处，这样信号处于单向传输或双向传输，电流比较集中，探管、检漏效果均比较好。

2.探管仪的工作原理

探管仪首先可以进行管道位置探测及增益调节。基于人体电容法的埋地管线定位方法有峰值法和零值法，见图1。其中，峰值法是通过测量磁场水平分量，在目标管线正上方呈现极大值；零值法是通过测量磁场的垂直分量，在目标管线正上方呈现极小值。

3.检测仪的工作原理

图1 峰值法、零值法示意图

检测仪主要是进行漏点检测，并判断漏点的形状、位置和对漏点的大小进行比较和评价。漏点的判断依据是漏点处的电辐射分布情况。图2为地下破损点电位梯度示意图。当地下管线被加入交变电流信号后，若在管道上存在防腐层破损，该信号电流就会在防腐层破损处泄漏入大地。在地下的等电位分布是以破损点为中心呈立体球形分布，用接地探针可以探到这一现象。当此信号到达地表以后，则以破损点正上方为中心呈平面圆形分布，其周围电位分布呈等距离等电位，若两名检测人员站在离中心点等距离位置，接收机示值为零。

三、结构设计

图2 地下破损点电位梯度图

基本思路：采用平面化设计，键盘操作，一键多用。对检测全过程的信号强度，由内部线路进行归一化处理，使各测段的防腐层漏点大小和绝缘电阻值具有可比性。音响、示值、模拟条形光标，显示信号强度要直观。操作方便，使用简单，易学易懂。体积小，重量轻，便于携带，适合野外检测。图3为系统组成示意图。系统由两部分组成，分别是基于人体电容法的埋地管线走向、埋深和防腐层缺陷的检测。

1.发射机

图3 系统组成

发射机用于向地下管道发射1000赫兹的电磁波信号，建立起单线——大地回路的地下管线检测场。根据功能需求，发射机面板结构设计如图4。

发射机由数显区、功能选择区和工作状况指示区三个部分组成，其中显示区主要是显示发射机的发射信号的测量值，如功率、电压、电流和接地电阻等，同时显示区还要显示发射机的工作电量；功能选择区是发射机的核心控制区域，发射机的开关控制、发射机的功率控制和发射机的测量选择等控制部件都在该区域；工作状况指示区则是通过设置两个指示灯分别显示发射机的工作状态和发射机充电进程。

图4 发射机面板

2.探管仪

探管仪用于探测管道的位置、走向、深度，采用内置DC12V电池供电的方式。根据功能需求，探管仪的面板设计如图5。

探管仪面板主要由显示区和功能按钮区两个部分组成。其中功能按钮区包含了探管仪的电源开关按钮、探管仪灵敏度增大和减小按钮、探管仪接收机音量增大和减小调节按钮和灵敏度的放大及归一化这两种模式的选择按钮；显示区可显示探管仪灵敏度、信号强度的模拟条形光标和数值、模式值（T或者P）以及探管仪的内置电池电压数值。

图5 探管仪面板布置示意图

3.检测仪

检测仪和检漏线配合使用，用于检测防腐层破损点及对破损点大小进行分级评价。检测仪采用内置DC12V直流电源供电，根据其功能需求，检测仪面板设计如图6。

检测仪面板由显示区和功能按钮区两个部分组成。其中功能按钮区包含了检测仪的电源开关按钮、检测仪灵敏度增大和减小按钮、检测仪接收机音量增大和减小调节按钮和灵敏度的放大及归一化这两种模式的选择按钮；显示区可显示检测仪灵敏度、信号强度的模拟条形光标和数值、模式值以及检测仪的内置电池电压数值。

图6 检测仪面板设计

（作者单位：陆军勤务学院）

全球智能集装箱产业联盟在深成立

日前，“全球智能集装箱产业联盟”在深圳成立。深圳市市场监督管理局副局长夏昆山表示，该联盟将打造智能集装箱产业链和生态链，以先进标准促进制造业转型升级，推动优势传统产业向价值链高端发展，在推动深圳港口运输经济发展、服务粤港澳大湾区建设中将产生深远意义。该联盟是由深圳中集智能科技有限公司牵头发起，并联合全国集装箱标准化技术委员会、交通运输部水运科学研究院、中国电信集团公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、中集集团集装箱控股有限公司、深圳市标准技术研究院等近百家相关政府监管机构、产业应用、技术研发、生产制造、系统运营等业务的企、事业单位自愿组成的民间非独立法人的联合体。