一種基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，包括以下步驟：測量管道沿軸向方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，減弱外界干擾異常并計算危險指數(shù)F，結(jié)合危險指數(shù)F對磁異常管段的異常等級分類，初步判定缺陷類型并建立模型，對模型正演，判定磁異常管段的危險性缺陷位置坐標(biāo)，對缺陷發(fā)展過程進(jìn)行預(yù)測。本發(fā)明的方法能提高分辨率且有效排除外界干擾所引起的虛假異常信息，通過所測磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行管體應(yīng)力集中區(qū)位置的判定以及危險性缺陷的識別，并在允許偏差范圍內(nèi)，通過沿管道軸線移動磁力計來快速測定管道磁場異常的位置，結(jié)合所測參量及危險指數(shù)的變化情況推斷管體局部金屬缺陷所導(dǎo)致的應(yīng)力變化，實現(xiàn)埋地管道應(yīng)力性缺陷的磁異常提取及精細(xì)解釋。
【專利說明】一種基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，屬于埋地及裸露鐵磁 性管道無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 非接觸式磁檢測方法是由俄羅斯所發(fā)明的一種嶄新的無損檢測技術(shù)。近年來，憑 借其檢測原理可靠、檢測精度高、綜合成本低、操作風(fēng)險小、易于現(xiàn)場實施等顯著優(yōu)點，同時 由于其重要的實用價值和廣闊的發(fā)展前景，這項技術(shù)在管道無損檢測領(lǐng)域受到業(yè)內(nèi)的廣泛 關(guān)注。目前，俄羅斯的Tmnskor-κ研究和發(fā)展中心有限責(zé)任公司運用非接觸式磁檢測方法 已完成了 12000km管線檢測；非接觸式磁檢測方法的應(yīng)用已推廣到烏茲別克共和國、白俄 羅斯、敘利亞阿拉伯共和國、克羅地亞、阿根廷、英國和美國；國內(nèi)，非接觸式磁檢測方法也 已在塔輪輸油管線、蘭州輸氣分公司蘭炭、兩蘭支線、鐵嶺輸油管線、陜京一線、秦皇島輸油 管線等地進(jìn)行了方法試驗，檢測長度大于200km。
[0003] 針對非接觸式磁檢測方法的理論研究和實際應(yīng)用而言，俄羅斯為世界范圍內(nèi)非接 觸式磁檢測方法的發(fā)展者，美國、英國、阿根廷等國家也相繼加大了對非接觸式磁檢測方法 理論的深入研究與技術(shù)推廣。由于俄羅斯對外采取技術(shù)封鎖，僅提供技術(shù)支持與技術(shù)服務(wù)， 這大大限制了該項技術(shù)的發(fā)展與推廣速度。對于實際檢測而言，非接觸式磁檢測技術(shù)存在 分辨率低、無法排除外界干擾異常、無法區(qū)分管體應(yīng)力集中區(qū)位置，且僅僅憑借危險指數(shù)盲 目進(jìn)行危險等級劃分的缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方 法，提高分辨率且有效排除外界干擾所引起的虛假異常信息，能夠通過所測磁異常數(shù)據(jù)進(jìn) 行管體（側(cè)面、頂?shù)酌妫?yīng)力集中區(qū)位置的判定以及危險性缺陷的識別，同時能夠通過對危 險性缺陷進(jìn)行定期觀測預(yù)測其發(fā)展過程，達(dá)到降低檢測成本、提高工作效率的目的。
[0005] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種基于埋地鋼制管道磁 異常提取及解釋方法，具體包括以下步驟：
[0006] (1)利用磁力計測量管道沿軸向方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，得到三分量水平梯度Β?、B yx 和Bzx沿管道軸向分布的變化規(guī)律曲線；
[0007] (2)剔除Byx以減弱外界干擾異常，并依據(jù)去除千擾異常后的實測模量值和平均模 量值計算危險指數(shù)F;
[0008] (3)結(jié)合危險指數(shù)F對磁異常管段的異常等級進(jìn)行分類；
[0009] (4)對于步驟⑴得到的三分量水平梯度Bxx、Byx和B zx沿管道軸向分布的變化規(guī) 律曲線，提取其中管體磁異常管段，初步判定該管體磁異常段的缺陷類型，建立該缺陷類型 的模型，并對該模型進(jìn)行正演，得到管道磁感應(yīng)強(qiáng)度三分量水平梯度B xx、Byx和Bzx沿管道軸 向的分布規(guī)律曲線；
[0010] (5)將相同異常等級下的磁異常管道測點劃分為一組，結(jié)合危險指數(shù)F的大小、步 驟⑴得到的三分量水平梯度沿管道軸向43￡、8^和1的變化規(guī)律曲線、以及經(jīng)步驟（4)正 演得到的管道磁感應(yīng)強(qiáng)度三分量水平梯度Β?、Byx和BM沿管道軸向的分布規(guī)律曲線，通過 反演判定磁異常管段的危險性缺陷位置；
[0011] (6)標(biāo)定危險性缺陷位置坐標(biāo)并定期觀測，依據(jù)危險指數(shù)大小及經(jīng)步驟（1)測量 得到的管道磁感應(yīng)強(qiáng)度三分量水平梯度沿管道軸向分布的變化規(guī)律，對缺陷發(fā)展過程進(jìn)行 預(yù)測，以及時采取補(bǔ)救措施。
[0012]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟（1)中利用磁力計測量管道磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度時，采用非 接觸式管道磁檢測技術(shù)檢測。
[0013] 進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟（2)中，利用以下公式計算危險指數(shù)F:

【權(quán)利要求】
1. 一種基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，其特征在于具體包括以下步驟： (1) 利用磁力計測量管道沿軸向方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度，得到三分量水平梯度Bxx、Byx和Bzx 沿管道軸向分布的變化規(guī)律曲線； (2) 剔除Byx以減弱外界干擾異常，并依據(jù)去除干擾異常后的實測模量值和平均模量值 計算危險指數(shù)F ; (3) 結(jié)合危險指數(shù)F對磁異常管段的異常等級進(jìn)行分類； (4) 對于步驟⑴得到的三分量水平梯度Bxx、Byx和Bzx沿管道軸向分布的變化規(guī)律曲 線，提取其中管體磁異常管段，初步判定該管體磁異常段的缺陷類型，建立該缺陷類型的模 型，并對該模型進(jìn)行正演，得到管道磁感應(yīng)強(qiáng)度三分量水平梯度B xx、Byx和Bzx沿管道軸向的 分布規(guī)律曲線； (5) 將相同異常等級下的磁異常管道測點劃分為一組，結(jié)合危險指數(shù)F的大小、步驟 ⑴得到的三分量水平梯度沿管道軸向Bxx、B yx和Bzx的變化規(guī)律曲線、以及經(jīng)步驟（4)正演 得到的管道磁感應(yīng)強(qiáng)度三分量水平梯度B xx、Byx和Bzx沿管道軸向的分布規(guī)律曲線，通過反 演判定磁異常管段的危險性缺陷位置； (6) 標(biāo)定危險性缺陷位置坐標(biāo)并定期觀測，依據(jù)危險指數(shù)大小及經(jīng)步驟（1)測量得到 的管道磁感應(yīng)強(qiáng)度三分量水平梯度沿管道軸向分布的變化規(guī)律，對缺陷發(fā)展過程進(jìn)行預(yù) 測，以及時采取補(bǔ)救措施。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，其特征在于：步 驟（1)中利用磁力計測量管道磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度時，采用非接觸式管道磁檢測技術(shù)檢測。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，其特征在于：步 驟（2)中，利用以下公式計算危險指數(shù)F:
(1) 其中，Qa是任意一點的實測梯度模量值，通過以下公式計算得到：
(2) 0是測量位置的實測梯度模量值的平均值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋地鋼制管道磁異常提取及解釋方法，其特征在于：步 驟（4)中，具體通過以下公式對管體磁異常段缺陷類型模型正演： 以磁力計的中點所在位置與地面的垂線作為Z軸、以管道軸線作為Y軸、以Y軸和Z 軸的交點作為原點〇、以經(jīng)過原點〇且與YZ面的垂線作為X軸，建立空間坐標(biāo)系；根據(jù)空 間磁偶極子磁場表達(dá)式得到等效磁矩P在X、Y、Z軸方向的的三個分量P x、Py和Pz在位置 M(x，y，z)處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：
其中，Bx、By和Bz分別表示等效磁矩P的三個分量Px、P y和Pz在位置M(x，y，z)處所產(chǎn) 生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，r表示原點0到位置M(x, y, z)的距離，根據(jù)M(x, y, z)和原點0的坐標(biāo)計 算得到，μ ^表示真空中的磁導(dǎo)率，μ ^表示鐵磁性物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，μ ^和為常數(shù)； 假設(shè)應(yīng)力集中區(qū)的范圍為以Y軸的yi、y2&橫截面為兩個底面的圓柱體，由多晶體鐵磁 性材料應(yīng)力與磁化率變化量的關(guān)系得到應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)的橫截面由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生的沿3 個坐標(biāo)軸方向的附加磁矩P x、Py和Pz根據(jù)以下公式獲得：
其中，X(i表不鐵磁性材料的初始磁化率，Is表不單晶鐵磁體1?斯系數(shù)，λ 1(|(|表不單晶鐵 磁體磁致伸縮系數(shù)，I表示磁晶各向異性常數(shù)，〇 θ、〇t分別表示管道的徑向和軸向應(yīng)力， X(l、Is、λ _、Kl均為常數(shù)；σ 0和〇 t根據(jù)管道壓力的變化改變，分別根據(jù)以下公式計算： σ t = P · D/2 · S0……（5) σ θ = P * D/4 · S〇……（6) 其中，P為內(nèi)壓力，單位為MPa，D = (DfDi)/% D為管道的平均直徑，DQ為管道外徑，Di 為管道內(nèi)徑，S為壁厚，單位為mm 和\均為已知量，由分輸站的管道參數(shù)技術(shù)表提 供； dv表示應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)的橫截面的體積，根據(jù)管道直徑計算得到，Hx、Hy和Hz分別表示X 軸、Y軸、Z軸方向上的磁場強(qiáng)度，由以下公式計算：
其中，Η表示磁力計測量到的磁感應(yīng)強(qiáng)度，Θ表示管道走向與磁北的夾角，由地域決 定，I表示地磁傾角，Θ和I均實測得到； 將地磁要素代入磁偶極子空間磁場表達(dá)式得到應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)的橫截面在ΧΟΖ平面中 的測點Μ"(Χ，0, ζ)處所產(chǎn)生的附加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度分量表達(dá)式；其中，所述附磁偶極子空間 表達(dá)式為公式（3); 將公式（7)代入公式（3)，并令y = 0,得到所述附加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度分量表達(dá)式為：
將公式（8)中的各附加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度分量Bx、By、Bz分別對X求導(dǎo)，得到X軸、Y軸和 Z軸方向的三分量水平梯度Bxx、Byx和Bzx :
利用公式（9)繪制出三分量水平梯度沿管道軸向的變化規(guī)律曲線。
【文檔編號】F17D5/00GK104297336SQ201410564429
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】胡祥云, 王懷江, 彭英杰 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）