长输油气管道漏磁内检测技术研究

刘煜韬

(山西煤层气(天然气)集输有限公司，山西 太原 030032)

引 言

随着石油液气能源的需求不断增长，液气能源输送的长输管线建设也在不断发展。作为油气输送的长输管线，在安装过程中以及长期运行中，因为管道在制造过程中产生的缺陷、管道在地下由于地壳发生变化造成管线产生变形、管线长时间在地下造成腐蚀等原因，致使管线出现严重变形损坏。为了防止管线在运营过程中出现安全问题以及排除安全隐患，相关单位会定期对长输管线进行检测。在众多管线检测技术中，漏磁检测因其具有可靠性高、使用方便等优势，被广泛应用到管线损伤、缺陷检测工作中。

1 长输管线漏磁技术检测的原理

长输管线漏磁检测技术最具代表的检测装备是Tuboscope公司生产的产品，它已经广泛应用在长输管线的检测工作中。漏磁检测装置是根据漏磁的物理特性进行检测的，检测装置在管线里，在前后存在压差的作用下运动，永磁装置放置于管道壁内侧，这时的磁力线会经过管壁构成闭合的回路，如果检测管道内侧壁区域没有金属缺陷情况发生，磁力线会集中于管壁，通过环形管壁构成闭合回路。只有少量磁力线会外泄于管壁外[1]。管线内部不存在缺陷的漏磁原理图，如图1所示。

图1 管线内部不存在缺陷的漏磁原理图

当所检测的管线存在缺陷性金属流失的时，管道的内壁磁力线，将会发生分布与走向上的改变，将会出现许多磁力线在管壁泄露，放置于管壁检测漏磁的传感器，将会检测到漏磁造成的磁场变化，并实时记录、存储磁场变化信息，随后再对这些数据进行处理、计算，推算出管线缺陷大小尺寸，最终达到确定管道缺陷检测评估缺陷程度的目的。

2 管线漏磁检测装备基本的结构

管线漏磁智能PIG检测装置是利用漏磁原理进行检测，它是利用管内壁作为磁力线传导介质，实现管线无损的检测与评价[2]。漏磁管道检测设备包含漏磁检测单元、位置标定单元、数据处理分析单元等，漏磁管线检测单元结构。

漏磁管线检测单元的主要作用是检测管线是否存在缺陷，并且兼顾检测器能够在管线内平稳移动，它主要有驱动装置、测量装置、计算机、供电装置等。

位置标定单元主要是能够对管线内缺陷位置、腐蚀位置以及特殊位置进行精确的定位，它主要有管线外部定位标记、管线内部外部同步时间标定、里程记录等组成，上述各个部分需要同步工作来完成位置标定工作[3]。

数据处理分析单元主要的作用是将传感器所检测的磁场数据加以计算处理，最终得出管线缺陷的结果数据，它主要由包括处理数据软件、分析数据软件、结果判断软件、管理数据软件等组成。数据处理分析单元将检测的数据进行相应处理后，以彩色图形的方式显示在计算机屏幕上，工作人员可根据图形变化判断管线缺陷、腐蚀、损坏程度，并且可根据计算机显示的数据信息，判断出缺陷、腐蚀、损坏具体位置，同时进行相应位置的标记，从而为确定管线寿命提供科学的依据。

3 漏磁管线检测的参数分析

使用仿真电磁Maxwe11软件对管线进行漏磁模拟，进而研究管线缺陷在径向的深度与轴向的长度变化对磁场影响情况，为了方便、简化分析过程，使用二维仿真漏磁模型静态求解[4]。这其中包括建立钢刷、磁铁、轭铁、管壁等有限元二维仿真的模型，模型所用材料，如表1所示。

表1 仿真漏磁模型所用材料

3.1 缺陷在径向的深度对磁场所产生的影响

为了能够研究缺陷在径向的深度对磁场所产生的影响情况，准备管线内表面径向缺陷固定长度L为5 mm材料，分别对管线内表面缺陷径向深度h，1 mm、1.5 mm、2 mm、2.5 mm、3 mm提取磁场分布量。根据磁场分布参数绘制磁场曲线图，如图2所示。当管线内表面缺陷轴向尺寸相同，但径向的深度不同时，L1在X、Y轴方向磁通量图形相同。

图2 路径L1各点磁通量曲线1

通过图2可知，在路径L1上，当管线内表面的缺陷深度一样时，在缺陷边的内侧X方向，漏磁的磁场将出现极速增强现象，L1路径缺陷的中心漏磁强度要小于两边缺陷漏磁强度，显现出两边高中间低的形状[5]。

在L1路径上，缺陷位置中心处Y方向的磁通较小，磁通量近乎于零。缺陷的边缘处，在L1路径Y方向的磁通量最大，而且，会随着径向缺陷深度不断加大，L1路径Y方向漏磁量将会不断增大。

通过上述的分析得知，如果管线的缺陷在径向的宽度、长度不变，只是在径向管道深度发生变化时，漏磁的磁场在轴向和径向的分量都会增加，而且曲线图显现为线性的关系。在实际漏磁检测确定管线缺陷过程中，可利用设定漏磁信号峰值和缺陷径向深度关系，对管线缺陷程度量化。

3.2 轴向缺陷的长度对磁场影响

为了能够研究轴向缺陷的长度对磁场影响情况，准备管线内表面轴向缺陷固定径向的深度h为3 mm材料，分别提取管线内表面长度缺陷L为8 mm、10 mm、12 mm、14 mm、16 mm处，L1路径各点X、Y轴方向漏磁量参数。根据磁场分布参数绘制磁场曲线图，如图3所示。

图3 路径L1各点磁通量曲线2

当管线内表面缺陷在长度变化，径向不发生变化时，L1路径在X、Y轴方向磁通量曲线形状相同。L1路径在X轴方向各点磁通量会随缺陷的长度不断增加，磁通量的数值会随之减小。随着缺陷的长度增大，漏磁的强度在X轴方向，两峰值的间距显现成不断加大趋势，其变化和缺陷的长度成正比关系[6]。

对漏磁强度在Y方向曲线的分析，其漏磁强度会随着管线内表面的缺陷不断增大而加大，漏磁的强度在Y轴方向，两峰值的间距显现成不断加大趋势，其变化和缺陷的长度成正比关系，在缺陷的中心位置，漏磁量较小接近零[7]。

通过上述的分析得知，如果管线缺陷在径向的宽度、深度不发生改变，仅在轴向的长度上发生改变时，其漏磁强度在径向、轴向的峰值以及峰值的间距都显现线性规律变化。在实际漏磁检测确定管线缺陷中，可检测漏磁峰值、峰值的间距参数关系，对管线缺陷程度量化。

4 结论

因为管线漏磁检测的技术具有无需耦合剂、对测量环境的要求较低、检测的结果较高、检测的原理相对简单等优点，目前已被广泛的应用在天然气、石油能源运输管线检测缺陷工作中。

本文使用有限元Maxwe11软件对管线缺陷进行模型参数变化分析。通过分析结果证明，管线漏磁信号和管线缺陷深度为线性的关系，管线漏磁信号和管线缺陷在轴向的长度为正比关系。所以，在管线缺陷的检测过程中，管线漏磁量峰值与两峰值的间距，能够作为确定管线缺陷的量化参数。

当前，管线内表面漏磁检测缺陷技术虽然被广泛使用到管线工程检测领域，但是它仍然存在需要解决的问题，如：管线缺陷内壁与外壁的判别、检测管线存在的盲区、管线裂纹的检测、检测过程中存在磁滞的时间以及检测器工作过程中存在的涡流影响等，因此，今后在漏磁管线检测应用技术上，还需要不断研究与完善，使其更好为能源运输作出贡献。