新型供热埋地金属管道非开挖无损检测技术研究

孙旭 段刚太 陆源 杨逍波

摘  要：供热埋地金属管道由于其所处环境和运行工况恶劣，一旦发生泄漏和破裂会造成巨大的经济损失和社会负面影响。管道非开挖无损检测技术具有经济、高效、便捷的优势，对于提前预防管道事故，确保埋地管道使用过程的安全运行具有重要意义。文章针对目前新型埋地管道非开挖无损检测技术进行研究，总结其技术原理及优缺点，对于后续相关技术的开发及应用具有重要指导意义。

关键词：埋地管道;瞬变电磁;磁记忆;弱磁

中图分类号：TU990.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）22-0139-03

Abstract： Due to the harsh environment and operating conditions， the leakage and rupture of heating buried metal pipeline will cause huge economic losses and negative social impact. The trenchless nondestructive testing technology of pipeline has the advantages of economy， efficiency and convenience， which are of great significance to prevent pipeline accidents in advance and ensure the safe operation of buried pipeline. This paper studies the current trenchless nondestructive testing technology of new buried metal pipeline， summarizes its technical principle， advantages and disadvantages， which has important guiding significance for the development and application of subsequent related technologies.

Keywords： buried pipeline; transient electromagnetic; magnetic memory; weak magnetism

引言

隨着科技的进步和经济的高速发展，城市基础设施不断完善和加强，城市集中供热无论在规模和技术方面都有了很大发展，不仅表现在供热范围由北向南延伸，而且集中供热系统规模也在不断扩大。但随着供热管网输送距离的增长，分支节点和附件设备的增多，较早铺设的热力管道在运行15年以后开始逐渐出现管道老化、腐蚀、热能浪费等重大问题，造成安全事故频发[1]，如何确保埋地供热管道安全稳定运行成为了企业的难题，也愈来愈受到各级部门的重视。本文通过对各种非开挖无损检测技术的原理和优缺点进行研究，提出适用于供热行业的埋地金属管道非开挖无损检测技术应用条件。

1 管道腐蚀形态及影响因素

目前供热管道多采用高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管，由输送介质的工作钢管、聚氨酯保温层、聚乙烯塑料外护管由内向外依次结合而成（见图1），其中聚乙烯塑料外护管起主要腐蚀防护作用。当外保护层发生破损时，土壤中的空气以及游离水会透过聚氨酯保温层与钢管发生接触，产生电化学反应造成金属腐蚀，根据统计由腐蚀引起的管壁厚度减薄是造成管道失效破坏的主要原因之一，除此之外，管道还会出现冲刷减薄泄漏、焊缝失效泄漏、补偿器失效泄漏等失效形式。

2 管道非开挖无损检测技术现状

常规无损检测方法在供热埋地管道的检测应用上存在明显劣势，主要体现为：一般需在管道表面露出条件下进行检测，对埋地管道需开挖施工，检测一次消耗大量人力物力;检测过程为逐点扫描式，无法保证检测范围全覆盖。因此，应用电磁检测技术对埋地管道腐蚀危险区的非开挖无损检测，提前判断管道腐蚀程度，计算管道剩余服役寿命，可以极大提高管道检修维护的经济性和安全性。

2.1 瞬变电磁检测技术

瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method，TEM），是一种人工源的时间域电磁法[2]，其基本原理是电磁感应定律。埋地金属管道在长期服役后会发生一系列的化学反应进而发生腐蚀，导致管道金属量损失和腐蚀产物堆积，使金属管壁物理特性发生变化，即金属量减少造成的电导率和磁导率下降。通过检测发现这一变化并经过相应的解析算法对数据进行处理就可以判断管道腐蚀区段，并对管道腐蚀状况给出科学的评价结果。

其中：K是磁场梯度值;ΔHp（y）是相邻两检测点之间漏磁场的变化值/（A/m）;Δlk是传感器的采样长度/m。由式（5）可知，在其他条件相同的情况下，梯度值越大的区域存在的缺陷或应力就越大。杨勇[9]等人选用俄罗斯动力诊断公司研制的TSC-4M-16金属磁记忆检测仪以及非接触检测探头对现场埋地管道进行检测，发现了焊缝应力集中位置。因此，对于运行中管道，由于不同位置壁厚不同，会造成相同内压条件下不同壁厚位置产生不同的应力水平现象，此时适合磁记忆检测技术的应用，且能发现焊缝缺陷，但易受周围其他电磁信号的影响。随着检测深度的增加，干扰信号不断增加。

2.3 被动式弱磁检测技术

被动式弱磁法检测与磁记忆法检测类似，利用高精度测磁传感器，如磁通门传感器等，对地球磁场穿透被检工件后的磁场强度变化进行精准测量，通过分析磁场强度的变化来判断被检工件内部和表面缺陷的一种完全被动式非接触无损检测技术[10]。

埋地金属管道铺设运营之后，由于长期处于地下，环境相对恶劣，各类腐蚀发生概率会随着时间的增加而增加。腐蚀一旦发生，必将导致金属管道表面物理状态的改变，引起其所处空间的感应附加磁场强度发生变化。因此，通过探测埋地金属管道上磁导率的变化和空间磁场强度的变化，便可以有效推断出管道发生腐蚀的位置，进而对埋地管道的安全状态进行科学评价。饶晓龙[11]通过对被动式弱磁检测原理及检测测试信号特点的研究和总结，结合磁场梯度变化规律和概率统计原理，提出被动式弱磁检测采集的管道空间磁场强度、管道埋深和管道腐蚀深度之间满足指数关系，当磁场梯度在（μ-2σ，μ+2σ）区间外变化时即可判定为缺陷。该技术方法对于常见腐蚀减薄及管体缺陷都有很好的检出率，可实现连续检测，检测效率高。图4和图5为试验管件设计及信号处理结果。

3 结论

通过便捷准确的检测手段实现供热埋地金属管道的状态评价，对于节约成本、指导日常检修维护都具有重要意义。传统检测方法基本还都局限于开挖检测或者部分开挖检测，检测手段也为逐点扫描式，效率低，且存在受外界杂散信号干扰和对于复杂管网分辩力不足等缺点。如何建立一个快速、便捷的检测系统，能够持续对管道进行周期性数据采集，实现对管道的定期风险评估，是未来我们需要攻克的技术难题。但在实际应用中，我们也应该清醒意识到，单纯依靠某一种技术是不能够满足各种工况下的管道检测要求。不同检测技术应该互为补充，通过制定完善的现场检测方案，根据实际情况选择不同检测方法相结合的方式来满足实际生产需求，这才是能够真正将技术落地的有效途径。

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