浅析埋地管道上非接触式磁力检测技术的应用

胡康，王营

(中石化西北油田分公司 油气运销部，新疆 轮台 841600)

随着中国石油工业的发展，大部分管道已经运行超过10 a甚至20 a之久，管道的管理与运行面临着腐蚀、变形、泄漏等风险[1]。对管道进行有效的检测是避免安全事故发生、完善管道完整性管理的必要措施。目前管道的检测手段主要分为管道内检测、外检测[2-4]，然而内检测对于管道清管器的收发球筒及弯头、斜口改造有一定要求，需要对管道通径及变形进行检测，以确认管道满足通过检测器要求。非接触式磁力扫描技术是新发展起来的埋地管道外检测技术[5-6]，通过检测管道磁场强度的变化而识别异常应力，无需接触管道就可以确定管道上存在的缺陷，具有很好的管道完整性检测能力。

1 技术介绍

1.1 检测原理

在地磁环境中，铁磁材料受周期载荷作用，缺陷处的磁导率减小，管道表面缺陷处的漏磁场就会增大，卸掉载荷后管道依然保留这些特征，漏磁场“记忆”了管道的缺陷或应力集中的位置，这就是“磁记忆”效应。基于该机理，通过检测管道表面的磁场分布，能够发现管道的应力集中和宏观缺陷[7-8]，管道应力磁检测技术方法与实现过程如图1所示。由于管道处于微弱的地磁场环境，局部应力状态的变化致使其磁化率发生改变，进而引起管道外一定范围内磁场发生的变化，管道局部缺陷的磁场强度变化如图2所示。

图2 管道局部缺陷的磁场强度变化示意

图1 管道应力磁检测技术方法与实现过程示意

1.2 检测设备

由俄罗斯POLYINFORM公司研发的KMD-01M系统是一种新型磁力检测设备，其特点如下：

1)使用基于各向异性磁阻效应的高灵敏度变换器。

2)磁阻纳米级变换器具有有效电阻和低噪音，保障高选择性和抗干扰稳定性，可以在电力线路、电力地下电缆、电力电气设备附近工作。

3)能够在计算机屏幕上实时显示，诊断过程中观察地磁记录图。

4)结合磁场图形矢量结构应用梯度测量方法，以补偿地球背景磁场的影响，并测量更多与缺陷相关的磁场波动参数。

5)定位精度高，可达0.5 m。

6)应用采集和处理信息的专用软件保障系统的移动工作模式，还可以使用现有数据库处理所得信息。

该系统的作业原理是基于测量和记录管道局部损伤和应力应变状态引起的磁场振动参数的变化，通过分析参数变化而确定管道的腐蚀情况。能够检测出的管道损伤包括： 管道的裂纹、金属剥离、折痕、几何形变、管道的连续性损失、伴随金属损失的腐蚀缺陷、焊接接头缺陷等[9]。

1.3 检测缺陷分级标准和等级

检测缺陷危险评估是根据磁异常综合指数F确定的。F是基于振幅、磁场矢量分布形状、异常长度、操作和设计压力、管道检查日期及投产时间的函数。它考虑了磁场异常长度L和振幅A以及磁场矢量分布形状等因素[10]，F的分级标准和等级依据RD-102-008—2002《非接触式磁力诊断管道技术条件的技术细则》，见表1所列。

表1 磁异常综合指数F分级标准和等级

1)缺陷等级Ⅰ。是由于金属缺陷和机械应力的结合，相当于超过相应管道技术标准范围较大。该类管道属于紧急情况，需要优先修复。

2)缺陷等级Ⅱ。是由于金属缺陷和机械应力的结合，相当于超过一定的管道技术标准范围但不会很快发生事故，该类管道的特点在于可靠性降低，需要列入计划修复。

3)缺陷等级Ⅲ。相当于管道技术状况良好的，该类管道可以在监控缺陷发展和应力集中增长的情况下，无需修复继续运行。

2 技术应用

2.1 原油管线检测结果对比

以中石化西北油田分公司的某条重质原油联络管道为例： 该管道材质为L360，管径为323.9 mm，壁厚7.1 mm,长20.8 km，埋深为0.5～3.0 m。该区段的地球磁场强度值是5.45×104nT，检测到的异常波动范围为2.0×103～2.3×104nT。检测中发现了103处磁场异常，其中评价立即修复的有3处，评价为监控降压使用的有7处，评价为继续使用的有93处。安全状况处于中高风险的检测点数据见表2所列。

表2 中高风险检测点数据

选取距起点1.510 km的风险点进行现场开挖比对，结果如下：

在非接触式磁力仪通过1.510 km处时，该处的磁化强度出现了较大的波动，如图3所示，非接触式磁力扫描技术检测到的缺陷状态是腐蚀75%，焊缝缺陷，缺陷等级评估为Ⅰ级。

图3 缺陷区段的磁化强度曲线

为了验证非接触式磁力扫描技术的检测准确性，采用超声波测厚仪和接触式磁力诊断的方法进行了对比实验。结果发现，超声波测厚仪检测出该处管道底部点蚀，剩余薄厚为3.9～5.5 mm。在管内底部发现了壁厚急剧变化区，该类腐蚀应为点蚀，密集腐蚀坑区位于焊缝区，尺寸为200 mm×300 mm，最大深度达5 mm，位于顺时针方向3～6点钟区域。

2.2 天然气管线检测结果对比

以西气东输某段天然气管线为例，该管道材质为L415 MB，管径为355.6 mm，壁厚8.8 mm,检测管道全长为7.58 km。根据2019年6月21日现场检测采集的数据，通过分析给出该段管道存在的磁异常点位置和级别见表3所列。其中，6号～7号测试桩之间，8号～8号绝缘桩之间，11～12号绝缘桩之间的磁异常级别都为Ⅲ级，12～13号绝缘桩之间的磁异常级别有两个为Ⅱ级，两个为Ⅲ级。

表3 天然气管段检测点数据

在所选磁异常段上选取雅克拉集气站至英买力6号阀室，12～13号测试桩之间，Ⅱ级磁异常挖掘校验坑进行验证： 该处开挖坑道长度在1 m左右,发现管道防腐层被破坏，外防腐层破损剥落面积为(200×25) mm2；顺气流11点方向外防腐层破损剥落，破损剥落面积为(140×25) mm2；沿管道在磁异常附近剥开了长度为500 mm的防腐层，采用接触式超声导波检测，发现管体有减薄现象，随后观察管体外观，有密集的腐蚀坑在顺气流2点～6点方向，腐蚀面积为(200×65) mm2，最大腐蚀坑深2.0 mm，位于顺气流3点方向，影响管道的安全运行，需及时修复和处理，该处管段的磁化强度记录曲线如图4所示。

图4 天然气管段磁强记录曲线

通过上述2个案例表明，非接触式磁力扫描技术的检测结果与接触式磁力诊断系统的检测结果对应准确，而且检测效果较好。

3 结束语

从非接触式磁力扫描技术的应用结果，可以得到如下结论：

1)非接触式磁力扫描技术对于管道的外检测的效率比较高，缺陷分级准确率达到了85%以上。

2)检测前不需要清管，对管道尺寸无要求。

3)该项检测技术可以检测出管体内外腐蚀、疑似裂纹、应力变形等缺陷。

但是该项技术仍然存在一些不足，如容易受到外界磁信号的干扰，需要与开挖式检测方法相结合来确认管道的缺陷。整体来说，非接触式磁力技术在埋地管道的检测上有很大的发展空间，配合其他检测技术能够给出准确的管道腐蚀情况。