非接触式磁力扫描技术在炼化企业埋地管道检测中的应用

摘要：介绍了基于金属磁记忆方法的非接触式磁力扫描技术，并将此项技术应用于炼化企业埋地管道缺陷检测中，应用检测磁力扫描设备在埋地金属管道上方扫过，对磁信号异常位置进行标记和记录，经过对磁信号数据处理分析后确定埋地管道的缺陷位置并开挖验证。结果表明，该技术能够在非开挖状态下对埋地管道的缺陷进行有效检测。该技术与管道内检测法相比，具有检测成本较低，检测效率更高等特点，在一定程度上克服内检测法的缺点，可以视作一种检测埋地金属管道缺陷的有效方法。

关键词：炼化企业；埋地管道；非接触磁力扫描；非开挖1埋地管道检测概述

某炼化企业建厂时间久，生产区埋地管道如消防水、循环水等金属管道运行年限长，据记载企业某生产区域上述两种类型埋地管道运行时间已超过了20年。长时间服役使得埋地金属管道面临腐蚀、变形、泄漏等风险。为了避免因管道老化腐蚀发生泄漏事故并实现管道完整性管理，需要对厂区埋地金属管道进行有效检测。据对国内外管道事故原因统计，影响管道安全运行的最主要的3个因素为：第三方破坏、材料失效、管体腐蚀［1］。对在用管道检测一般包括位置勘察、腐蚀评价、泄漏检测、缺陷检测等。

检测技术主要分为内检测和外检测两类。内检测是将检测设备置于管道内部，经过长期发展，该技术已经非常成熟，管道内检测设备向着多样化、三维可视化和高分辨的方向发展。内检测法要克服管道运行压力、介质流量、变形、管内清洁度等因素对检测设备运行及精度的影响，这类检测器易发生卡堵。外检测法是将检测设备置于管道外部，根据是否与管道接触分为接触式和非接触式两种。

接触式外检测技术应用较多的有超声波、渗透、射线等一系列常规无损检测技术，另外超声导波技术、电磁超声技术也发展较快。接触式外检测技术需要对管道开挖后实施，对于处于运行状态管道的适用性较低。非接触式检测技术可以在不开挖的状态下对埋地管道进行缺陷检测和定位，因此该技术在埋地管道缺陷检测中的应用日趋增多。

目前非接触式检测技术有瞬变电磁技术、超声导波技术、金属磁记忆技术。其中，金属磁记忆技术由俄罗斯杜波夫教授于1994年提出，金属磁记忆方法可以检测出应力集中区SCZ和利用SMLF自漏磁场及其梯度分布曲线确定缺陷位置。

该技术具有无需大量开挖、无需停产、检测不影响管道工作等优点［2］。国内此类应用多见于油气长输管道、海底输油管道和城市燃气管道的检测，应用于炼化企业埋地管道的检测实例较少。因此本文将对该技术应用于炼化企业埋地金属管道的管体缺陷检测及定位做一些探索。

2非接触式磁力扫描技术介绍

2.1应用特点

作为一种管道外检测技术，非接触式磁力扫描技术在实际应用中具有以下特点。

（1） 无需开挖，在地面就能对埋地金属管道进行无损检测，同时可在管道运行状态下进行检测。

（2） 可以比较同一管段不同时期的检测数据，监控缺陷的发展以及受力状态异常而产生的磁场变化。

（3） 使用方便、检测速度快，1 h可检测约2 km的埋地金属管道。

（4） 可以与GPS结合使用，定位准确，数据记录精度可达毫米级。

（5） 利用埋地管道金属的自然磁性，不用对被检测对象进行专门的磁化或施加电流等操作。检测过程只采集磁场强度数据，不需要任何激励源，不发射任何物质。

（6） 开挖验证方便，可使用配套的金属磁记忆接触式检测配件，可在不去除防腐层的情况下，检测管道管体的状态。

2.2技术原理

非接触式磁力扫描技术由金属磁记忆法发展而来，其检测原理源于磁场强度和方向的变化。铁磁性管道在地磁场作用下，管体的冶金、机械缺陷在运行压力载荷的作用下会发生应力变化，继而铁磁体会因磁滞特性而保留“磁致伸缩”逆效应带来的磁场变化。铁磁性管道中应力的变化会引起由地磁场产生的管道漏磁场信号的变化。缺陷将首先出现在应力集中区，管道的主要损伤根源是应力集中区。在应力集中区腐蚀过程，错位和疲劳进行得更为剧烈。非接触式磁力扫描技术通过记录被测金属管道3个方向的恒定磁场（地磁）及其梯度变化值，绘制磁场强度记录图并分析和解译参数来诊断管道缺陷。该方法常用于检测处在地下、水下或其他介质下管道金属中存在的各类性质损伤（见图1）。

2.3适用性

非接触式磁力扫描技术适用于各种管径的铁磁性金属埋地管道的非接触式检测。对于多数情况下的埋地管道，只要保证能确定管道位置和管道上方地表可正常行走进行检测（见图2）。

3现场应用

选择某炼化企业生产厂区一段主干消防水管道为研究对象，材质为钢制，管径520 mm。

3.1检测标准

检测依据俄罗斯联邦工业委员会制定的《GD102—008—2002非接触式磁测法管道技术状态诊断规范》。

3.2检测概述

埋地金属管道缺陷检测是一项较为复杂的工作，它涉及诸多环节，复杂的管网深埋于地下，看不见摸不着，任何一个环节的疏忽都有可能导致检测工作的失败。要科学合理的使用仪器，充分利用已有资料和数据做好时间、地点、人、仪器设备的有机结合，发挥检测工作的最佳效果，就必须有一套严谨、科学、具有可操作性的检测规程。

结合炼化企业生产区现场特点，总结出炼化企业厂区埋地金属管线非接触式磁力扫描技术流程（见图3）。

在实地进行检测之前，要做好准备工作，充分细致的准备工作是成功检测的重要保证。准备工作主要包括资料准备、人员准备及设备准备等。

资料准备工作主要包括查阅地下管网分布图，对一些图纸不清或管道走向不好确认的要做实地调查，主要向属地人员了解情况，也可以使用探地雷达、管线定位仪等探测设备对管道走向进行定位。综合所掌握的资料，确定参加检测工作人员和设备。

3.3检测分析过程

非接触式磁力扫描技术管道检测过程主要有以下步骤组成。

（1） 对待检测消防水管道进行踏勘和资料收集，确定管道的准确位置、走向等信息，必要时用喷漆等做好地面标记，对于位置无法确定的管道可以使用探管仪等确定位置。

（2） 为了保证检测的准确性，要将行进路线中的堆积物、杂物等影响检测的障碍物清除，检查是否有不可移动的金属物体如穿越管道、金属井盖及雨箅子等并记录它们的位置。

（3） 将推车、磁信号扫描装置、手簿等连接，并连接GPS定位装置。

（4） 磁信号的采集。使用非接触磁力扫描仪沿标定好的路径开始检测，磁信号扫描装置离地面距离约20 cm，扫描行进速度以2～3 km/h为宜，扫描开始前打开GPS并记录起点信息。为方便后期数据处理，可对管道进行分段式检测，在实践中以100 m为宜或以相邻路口为检测起止点，使用GPS记录起止点信息，为保证数据的准确性，现场需要专人绘制草图和记录起止点、异常点信息。

（5） 扫描完成后，可通过手簿查看并保存检测数据。对于比较明显的异常数据图谱，当时即可作出判断。难以判断的异常点要现场查看排除干扰因素或者进行2次扫描检测，验证信号重复性和排除人为影响。

（6） 数据处理，使用磁记忆分析软件对数据进行处理分析，找出应力异常区域和有损坏趋势的管段，确定其位置。

（7） 开挖验证。根据需要选择若干最严重的位置开挖。开挖后进行辅助缺陷检测，判断管体缺陷类型。

（8） 出具检测报告，对采集数据进行最终处理和分析，编写检测报告，提出建议并反馈给属地单位或管理部门。

现场作业一般由3人组成，其中2人操作探测设备和电子手簿，1人负责对磁异常点信息的记录，记录内容包括位置、是否存在其他铁磁体等。

现场作业中，通过被测管道磁信号的变化判断管体是否存在缺陷，再进行开挖和辅助检测等手段确定管道的缺陷类型。常见管道缺陷类型有应力腐蚀、管壁金属剥离、焊缝异常、几何变形、裂纹开裂等。

3.4检测结果

根据属地单位和管理部门建议，选取约400 m待测管道作为实验区域。根据磁信号数据记录，共测得磁异常点5处，其中4处根据现场记录可判定为金属井盖或雨箅子影响，位于待测管线起点135 m处磁信号异常，且该处地面无井盖，地下无其他管线穿越。初步判定有管体损伤（见图4）。

经现场开挖后，发现该磁信号异常点处为管道焊缝，焊缝周边伴有腐蚀现象发生（见图5）。

经过现场实验性质的检测和开挖验证，非接触式磁力扫描技术能够对埋地金属管道的缺陷进行定位，检测过程不影响管道的运行状态。

4存在的不足和建议

非接触式磁力扫描技术能够在不改变埋地管道状态的情况下开展检测，与内检测法相比，不用在管道内部安置检测设备，能够降低管道检测成本，同时在检测过程能及时发现磁信号异常点，检测效率得到提高。但是该技术也存在不足：（1） 在检测过程中易受外部铁磁性材料影响，相比于长输管道的单一性，炼化企业生产区地下管道纵横交错，在检测过程中常常会出现非缺陷性的磁信号异常，如何去伪存真需要进一步研究。（2） 对于缺陷点类型的判定上，缺少足够的图谱数据支撑，对于缺陷点类型的判别需要结合现场开挖配合其它无损检测技术进行确认。

建议加大对生产区域埋地管道的检测力度，尝试在各种复杂环境下开展检测工作，认真填写现场数据记录，对于磁异常信号的位置要结合现场实际情况综合研判。研究磁信号异常图谱，找出信号数据与缺陷类型之间的联系和规律，进一步提高检测效率。

总之，非接触式磁力扫描技术可在非开挖状态下对埋地管道进行缺陷检测和定位，是一种有效的埋地管道外检测方法，将其与内检测法结合使用，可以共同完成管道完整性的检测与评估。

参考文献：

［1］黄贤滨，刘小辉，谢守明，等.长输管道事故数据库的对比分析［J］.安全、健康和环境，2012，12（11）：14.

［2］李秋阳，李保国，徐茂霞，等.非接触式磁力扫描技术及其在长输管道检测中的应用［J］.储运安全，2013，13（10）：3941.