趙曉明1 陳朋超1 李睿1 鄭健峰1 富寬1 賈光明1 邱紅輝2

1.中國石油管道公司； 2.中國石油管道科技研究中心

摘 要：打孔盜油犯罪活動(dòng)威脅管道安全運營(yíng)，具有高后果風(fēng)險�；�于弱磁擾動(dòng)原理提出了一種不同于傳統漏磁檢測的管道支管專(zhuān)項內檢測技術(shù)。通過(guò)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用傳感器，配合分瓣式組合結構，允許探頭在一定提離值范圍內仍可以準確識別出直徑5 mm以上的盜油支管。通過(guò)現場(chǎng)運行及開(kāi)挖驗證已準確發(fā)現多處盜油支管，有效降低了管道安全風(fēng)險。

長(cháng)輸油氣管道具有大口徑、高壓力、介質(zhì)高度可燃易爆的特點(diǎn)，一旦發(fā)生管道泄漏事故，后果將極其嚴重。近年來(lái)，第三方損壞成為威脅我國管道輸送安全的一個(gè)主要因素，其中尤以打孔盜油最不易發(fā)現，對管道安全的危害也最大[1,2]。

打孔盜油是指在油氣管道上打孔并安裝支管、閥門(mén)的盜油行為，極易造成泄漏而引發(fā)管道失效風(fēng)險。目前，發(fā)現盜油支管的主要方法有人工巡檢、在線(xiàn)泄漏檢測 [3]、外檢測和漏磁內檢測技術(shù)[4]。除漏磁內檢測外，其他技術(shù)存在人員無(wú)法進(jìn)入受限區域、誤報率高、不能發(fā)現小管引流式盜油等缺點(diǎn)。雖然漏磁內檢測精度最高，但檢測周期長(cháng)、費用高、對管道清潔度要求高，并不適用于周期性監測打孔盜油。因此需要開(kāi)發(fā)一種費用低、實(shí)施方便的檢測方法，而基于永磁擾動(dòng)原理的專(zhuān)項內檢測技術(shù)可以有效解決以上問(wèn)題。

1 永磁擾動(dòng)檢測

1.1 永磁擾動(dòng)檢測原理

將永磁體靠近待檢測鐵磁構件，會(huì )建立起磁相互作用場(chǎng)，當該構件上發(fā)生不連續突變時(shí)，所構建的磁相互作用場(chǎng)會(huì )有磁擾動(dòng)產(chǎn)生并反饋到永磁體。采用一定方法捕獲到永磁體的磁擾動(dòng)變化，便可獲得鐵磁構件上與之對應的不連續信息。在獲取永磁體磁擾動(dòng)信息的過(guò)程中，由磁擾動(dòng)所引起的自身體積、磁阻或電阻等的變化微弱，不易被測量，所以直接從永磁體自身參數上獲得變化信息較為困難。但永磁體內磁場(chǎng)的變化較明顯，易于被檢測到，所以可采用漆包線(xiàn)(一般為漆包銅線(xiàn))環(huán)繞在永磁體上，以檢測永磁體因磁擾動(dòng)而引起的體內磁場(chǎng)的變化，從而間接地實(shí)現永磁體磁擾動(dòng)的測量[5]。這樣通過(guò)捕獲由缺陷產(chǎn)生的永磁體上的磁擾動(dòng)，便可獲得缺陷存在與否的檢測評判依 據，最終完成缺陷的無(wú)損檢測。

如圖 1所示，由線(xiàn)圈和永磁體構成的永磁擾動(dòng)探頭勻速掃查待檢測鐵磁金屬表面，遇到金屬表面不連續就會(huì )在線(xiàn)圈上產(chǎn)生電壓突變，該電壓突變隨后經(jīng)過(guò)放大、濾波及A/D轉換進(jìn)入計算機數據處理系統。

1.2 永磁擾動(dòng)檢測與漏磁檢測區別

永磁擾動(dòng)檢測不同于漏磁檢測，它們之間存在下列差異。

（1）檢測機制不同。永磁擾動(dòng)檢測為直接空間擾動(dòng)反饋；漏磁檢測為先導入磁場(chǎng)再形成泄漏量，即先磁化管道再于缺陷處形成漏磁場(chǎng)。

（2）捕獲對象不同。永磁擾動(dòng)檢測直接捕獲由缺陷形成的磁擾動(dòng)源擴散到永磁體上產(chǎn)生的磁擾動(dòng)；漏磁檢測中捕獲的則是磁泄漏場(chǎng)，一種增大趨勢的泄漏量，是磁的正疊加。

（3）檢測裝置結構不同。永磁擾動(dòng)檢測探頭可將傳感器與永磁體封裝為單一整體；漏磁檢測需要另外的永磁體作為勵磁源。

特別地，永磁擾動(dòng)檢測是“忌諱”背景磁場(chǎng)的，背景磁場(chǎng)越大，缺陷引起的永磁體內部磁場(chǎng)變化越不明顯。相反，漏磁檢測是“依靠”背景磁場(chǎng)的，背景磁場(chǎng)越大，由缺陷所引起的磁力線(xiàn)泄露越多。

1.3 探頭提離試驗

為 了 驗 證 永 磁 擾 動(dòng) 檢 測 方 法 的 可 行 性 ， 從Φ 508 mm管道上切割下一段弧形板，在樣板上人為加工出不同尺寸的貫通孔和沉頭未貫通缺陷，用永磁擾動(dòng)探頭掃過(guò)這些缺陷，通過(guò)示波器獲取缺陷處的信號峰峰值電壓。統計不同缺陷類(lèi)型、尺寸以及提離值5 mm時(shí)信號峰峰值數據（表 1）。

可以看出，檢測信號峰值與缺陷尺寸、類(lèi)型均呈非線(xiàn)性增長(cháng)變化（圖 2）。其主要原因是，一定磁能積的永磁體所構成的磁相互作用空間有限，超出這一空間，所引起的磁擾動(dòng)量減小。另外，檢測信號對探頭提離高度變化敏感，易于產(chǎn)生抖動(dòng)噪音[6]，因此有必要在兩個(gè)探頭間進(jìn)行差動(dòng)處理。

2 打孔盜油專(zhuān)項內檢測器

檢測器主體結構包括防撞頭、支撐板、密封皮碗、永磁擾動(dòng)探頭、里程輪、航空插頭及集線(xiàn)盒等，如圖 3所示。

作為打孔盜油專(zhuān)項檢測手段，該內檢測器具備以下特點(diǎn)。

（1）基于傳統清管器結構設計，發(fā)送簡(jiǎn)單、通過(guò)能力高。

（2）不用調整任何工藝參數，在線(xiàn)投放，快速實(shí)施。

（3）傳感器對提離值不敏感，無(wú)需清管，直接 投放。

（4）里程輪采樣間距1 mm，能準確給出盜油支管位置。

（5）檢測器內置三軸加速度計和陀螺儀，可給出管道彎頭度數和支管方位。

（6）全圓周探頭給出環(huán)焊縫與螺旋（直）焊縫交點(diǎn)方位，可指導開(kāi)挖驗證定位。

（7）結合專(zhuān)用軟件分析， 24小時(shí)內出具結果，實(shí)現最快捷的報告速度。

（8）周期性運行可達到監測效果，降低成本。

3 現場(chǎng)應用

通過(guò)在多條管道現場(chǎng)運行，對比漏磁內檢測結果，確認打孔盜油專(zhuān)項內檢測器對管道三通、閥門(mén)、彎頭等管道特征（圖 4），以及典型的凹坑、腐蝕缺陷（圖 5）有非常好的檢測能力，尤其能準確識別、量化和定位盜油支管。

                

某條管道在內檢測完成兩年后首次進(jìn)行了打孔盜油專(zhuān)項內檢測，除識別出已修復的100多處盜油閥門(mén)外，現場(chǎng)開(kāi)挖又發(fā)現6處新增盜油支管，圖 6為一處新增支管的信號圖，圖 7為該支管現場(chǎng)照片。

               

在一段修復過(guò)盜油支管的管道上又發(fā)現兩處新增支管，累計支管數量達到12個(gè)（圖 8），現場(chǎng)開(kāi)挖時(shí)發(fā)現部分已出現滲油現象（圖 9），目前該段管道已做換管處理。

                        

                                                                               圖 9  兩根管道上總計12個(gè)盜油支管

4 結論

基于永磁擾動(dòng)檢測原理而設計的打孔盜油支管專(zhuān)項內檢測器結構合理，易于檢測。經(jīng)過(guò)現場(chǎng)試驗證明，該設備可有效檢測管道典型特征和凹坑及腐蝕缺陷，尤其對盜油支管有非常好的檢測能力。相比于傳統漏磁內檢測器，具有快速、短周期、低成本、低清管要求的特點(diǎn)，其操作模式與常規清管相當，也可以加入企業(yè)的清管作業(yè)計劃當中，適合對打孔盜油易發(fā)區域管道進(jìn)行周期性監測運行，成為目前防治打孔盜油的最有效技術(shù)手段。

參考文獻：

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【3】鄭健峰，王立坤，許斌，等.管道泄漏監測系統定位方法分析[J].管道技術(shù)與設備,2017(01):23-25.

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【5】孫磊，康宜華，孫燕華，等 .基于永磁擾動(dòng)探頭陣列的鋼管端部自動(dòng)探傷方法與裝備[J].鋼管,2010,39(6):61-64.

【6】崔偉,黃松嶺,趙偉.傳感器提離值對管道漏磁檢測的影響[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007(01):21-24.

【7】Usarek, Z., Warnke, K. Inspection of Gas PipelinesUsing Magnetic Flux Leakage Technology. Advancesin Materials 

Science, 2017,17(3): 37-45.

作者：趙曉明， 1985年生， 2012年博士畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)計算數學(xué)專(zhuān)業(yè)，工程師，主要從事管道完整性管理技術(shù)相關(guān)的研究工作。