主动正交励磁在铁磁性管道内检测实验验证

付大为， 郭 鶱， 胡铁华

（机械科学研究总院集团有限公司， 北京 100044）

0 引言

受国家经济发展需求引领，管道建设速度越来越快，管道输送效率亦越来越高。目前我国中国-中亚、中缅、中俄以及国内管道西气东输一线、二线、三线等等，管道介质流量速度达到7～9m/s，局部达到12m/s。 2017-2018 两年期间，中缅管道无征兆的爆炸，再一次显示高强钢环焊缝裂纹易诱发管道早期断裂的情况[1，2]。当前，国内外管道内检测器检测金属损失检测速度≤5/s，裂纹检测速度≤2/s，无法满足管道介质流速要求[3，4]。 在这种缺乏适合的内检测手段的环境下， 中石油采取了极端手段， 掘地3米，寻找管道环焊缝[5]，但收效甚微，其原因在于，耗时耗力找到油气管道环焊缝， 所采用的仍然是传统的检测方法——射线方法和超声相控阵等点检方法， 然而实践证明，射线方法发现裂纹缺陷很有限，超声相控阵方法虽优于射线方法，但仍存在量化的局限性，且效率低、成本高、收效小。 本文提出了连续场原理，造主动正交励磁场，实现连续全覆盖检测，且检测速度可达12m/s，并能同时检测金属损失及裂纹缺陷[6]。 为验证主动正交励磁连续场检测性能， 制造了高速主动牵拉场， 制作各种人工缺陷样管，实验结果证明主动正交激励磁场可以实现高速、金属损失及裂纹同时检测的目标。

1 主动正交激励磁场检测器研制

图1 正交励磁油气管道金属损失裂纹内检测器三维实体布置图

在铁磁性油气管道内壁施加轴向恒磁场， 在轴向恒磁场垂直方向施加高频动磁场， 油气管道管壁磁化及可见检性在其他文献已经详细描述。此处不再补充说明。本文将主动正交励磁场检测方法构造成油气管道内检测器，如图1 所示。正交励磁油气管道金属损失裂纹内检测器主要构成及作用：驱动皮碗起到驱动及密封作用，驱动管道内检测器沿管道从上游向下游随流移动； 磁化装置提供了主动正交励磁场；电磁控阵检测系统提供了漏磁动磁融合检测；里程采集装置提供了里程检测及主动采集控制； 电池电子系统提供了内检测器所用弱电系统供电及信息存储；整个内检测器由载体承载一体沿管道实现随流检测， 且完成油气管道内壁全覆盖检测。待管道全部检测完成后，将电子存储系统信息上载上位机，进行数据分析及量化。

设备主要技术参数如表1 所示。

表1 主要技术参数

2 整机牵拉实验验证

本文采用液压储能作为动力源，PLC 控制，采用有限档位，加速-匀速-减速模式。 牵拉场如图2 所示。

缺陷样管的制作原则来自于验证标准SY/T 6597-2018《油气管道内检测技术规范》，如图3 所示。

缺陷样表形式如表2 所示。各类型缺陷数量见表3。

图2 牵拉场

图3 油气管道缺陷类型图

表2 管道缺陷样表

表3 缺陷类型及数量表

牵 拉 速 度 设 定：0.5m/s、1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、8m/s，每种速度牵拉3 次。 牵拉过程如图4 所示，牵拉速度分布图如5 所示。

图4 牵拉过程图

图5 21 次牵拉速度分布图

3 人工缺陷数据分析

检测数据上载到上位机。经上位机数据反演后，得到数据分析量化结果。数据分析结果如图6 所示。数据分析中分别显示了恒磁场的三维漏磁信号X、Y、Z 及动磁信号D。信号显示有三种视觉效果：线图、灰度及伪彩。经分析量化与实际测量比对，结果统计缺陷类别、数量、检出率及识别率见表4。

量化精度满足表1 精度。

图6 人工缺陷数据分析结果伪彩图

表4 缺陷类别、数量、检出率和识别率表

4 结论

综上所述，本文给出了以下结论：

基于主动正交励磁检测技术， 构造了油气管道内检测器。

依据油气管道内检测器性能指标构建了主动牵拉试验场。

依据标准SY/T 6597-2018 《油气管道内检测技术规范》，制作了缺陷样管，并进行了实际测绘。

对实际测绘数据及管道特征参数进行机器学习方法处理，反演标定。

数据分析结果， 验证了主动正交励磁检测技术完全实现预期目标。