非接觸式磁力掃描技術在煉化企業埋地管道檢測中的應用

摘要：介紹了基于金屬磁記憶方法的非接觸式磁力掃描技術，并將此項技術應用于煉化企業埋地管道缺陷檢測中，應用檢測磁力掃描設備在埋地金屬管道上方掃過，對磁信號異常位置進行標記和記錄，經過對磁信號數據處理分析后確定埋地管道的缺陷位置并開挖驗證。結果表明，該技術能夠在非開挖狀態下對埋地管道的缺陷進行有效檢測。該技術與管道內檢測法相比，具有檢測成本較低，檢測效率更高等特點，在一定程度上克服內檢測法的缺點，可以視作一種檢測埋地金屬管道缺陷的有效方法。

關鍵詞：煉化企業；埋地管道；非接觸磁力掃描；非開挖1埋地管道檢測概述

某煉化企業建廠時間久，生產區埋地管道如消防水、循環水等金屬管道運行年限長，據記載企業某生產區域上述兩種類型埋地管道運行時間已超過了20年。長時間服役使得埋地金屬管道面臨腐蝕、變形、泄漏等風險。為了避免因管道老化腐蝕發生泄漏事故并實現管道完整性管理，需要對廠區埋地金屬管道進行有效檢測。據對國內外管道事故原因統計，影響管道安全運行的最主要的3個因素為：第三方破壞、材料失效、管體腐蝕［1］。對在用管道檢測一般包括位置勘察、腐蝕評價、泄漏檢測、缺陷檢測等。

檢測技術主要分為內檢測和外檢測兩類。內檢測是將檢測設備置于管道內部，經過長期發展，該技術已經非常成熟，管道內檢測設備向著多樣化、三維可視化和高分辨的方向發展。內檢測法要克服管道運行壓力、介質流量、變形、管內清潔度等因素對檢測設備運行及精度的影響，這類檢測器易發生卡堵。外檢測法是將檢測設備置于管道外部，根據是否與管道接觸分為接觸式和非接觸式兩種。

接觸式外檢測技術應用較多的有超聲波、滲透、射線等一系列常規無損檢測技術，另外超聲導波技術、電磁超聲技術也發展較快。接觸式外檢測技術需要對管道開挖后實施，對于處于運行狀態管道的適用性較低。非接觸式檢測技術可以在不開挖的狀態下對埋地管道進行缺陷檢測和定位，因此該技術在埋地管道缺陷檢測中的應用日趨增多。

目前非接觸式檢測技術有瞬變電磁技術、超聲導波技術、金屬磁記憶技術。其中，金屬磁記憶技術由俄羅斯杜波夫教授于1994年提出，金屬磁記憶方法可以檢測出應力集中區SCZ和利用SMLF自漏磁場及其梯度分布曲線確定缺陷位置。

該技術具有無需大量開挖、無需停產、檢測不影響管道工作等優點［2］。國內此類應用多見于油氣長輸管道、海底輸油管道和城市燃氣管道的檢測，應用于煉化企業埋地管道的檢測實例較少。因此本文將對該技術應用于煉化企業埋地金屬管道的管體缺陷檢測及定位做一些探索。

2非接觸式磁力掃描技術介紹

2.1應用特點

作為一種管道外檢測技術，非接觸式磁力掃描技術在實際應用中具有以下特點。

（1） 無需開挖，在地面就能對埋地金屬管道進行無損檢測，同時可在管道運行狀態下進行檢測。

（2） 可以比較同一管段不同時期的檢測數據，監控缺陷的發展以及受力狀態異常而產生的磁場變化。

（3） 使用方便、檢測速度快，1 h可檢測約2 km的埋地金屬管道。

（4） 可以與GPS結合使用，定位準確，數據記錄精度可達毫米級。

（5） 利用埋地管道金屬的自然磁性，不用對被檢測對象進行專門的磁化或施加電流等操作。檢測過程只采集磁場強度數據，不需要任何激勵源，不發射任何物質。

（6） 開挖驗證方便，可使用配套的金屬磁記憶接觸式檢測配件，可在不去除防腐層的情況下，檢測管道管體的狀態。

2.2技術原理

非接觸式磁力掃描技術由金屬磁記憶法發展而來，其檢測原理源于磁場強度和方向的變化。鐵磁性管道在地磁場作用下，管體的冶金、機械缺陷在運行壓力載荷的作用下會發生應力變化，繼而鐵磁體會因磁滯特性而保留“磁致伸縮”逆效應帶來的磁場變化。鐵磁性管道中應力的變化會引起由地磁場產生的管道漏磁場信號的變化。缺陷將首先出現在應力集中區，管道的主要損傷根源是應力集中區。在應力集中區腐蝕過程，錯位和疲勞進行得更為劇烈。非接觸式磁力掃描技術通過記錄被測金屬管道3個方向的恒定磁場（地磁）及其梯度變化值，繪制磁場強度記錄圖并分析和解譯參數來診斷管道缺陷。該方法常用于檢測處在地下、水下或其他介質下管道金屬中存在的各類性質損傷（見圖1）。

2.3適用性

非接觸式磁力掃描技術適用于各種管徑的鐵磁性金屬埋地管道的非接觸式檢測。對于多數情況下的埋地管道，只要保證能確定管道位置和管道上方地表可正常行走進行檢測（見圖2）。

3現場應用

選擇某煉化企業生產廠區一段主干消防水管道為研究對象，材質為鋼制，管徑520 mm。

3.1檢測標準

檢測依據俄羅斯聯邦工業委員會制定的《GD102—008—2002非接觸式磁測法管道技術狀態診斷規范》。

3.2檢測概述

埋地金屬管道缺陷檢測是一項較為復雜的工作，它涉及諸多環節，復雜的管網深埋于地下，看不見摸不著，任何一個環節的疏忽都有可能導致檢測工作的失敗。要科學合理的使用儀器，充分利用已有資料和數據做好時間、地點、人、儀器設備的有機結合，發揮檢測工作的最佳效果，就必須有一套嚴謹、科學、具有可操作性的檢測規程。

結合煉化企業生產區現場特點，總結出煉化企業廠區埋地金屬管線非接觸式磁力掃描技術流程（見圖3）。

在實地進行檢測之前，要做好準備工作，充分細致的準備工作是成功檢測的重要保證。準備工作主要包括資料準備、人員準備及設備準備等。

資料準備工作主要包括查閱地下管網分布圖，對一些圖紙不清或管道走向不好確認的要做實地調查，主要向屬地人員了解情況，也可以使用探地雷達、管線定位儀等探測設備對管道走向進行定位。綜合所掌握的資料，確定參加檢測工作人員和設備。

3.3檢測分析過程

非接觸式磁力掃描技術管道檢測過程主要有以下步驟組成。

（1） 對待檢測消防水管道進行踏勘和資料收集，確定管道的準確位置、走向等信息，必要時用噴漆等做好地面標記，對于位置無法確定的管道可以使用探管儀等確定位置。

（2） 為了保證檢測的準確性，要將行進路線中的堆積物、雜物等影響檢測的障礙物清除，檢查是否有不可移動的金屬物體如穿越管道、金屬井蓋及雨箅子等并記錄它們的位置。

（3） 將推車、磁信號掃描裝置、手簿等連接，并連接GPS定位裝置。

（4） 磁信號的采集。使用非接觸磁力掃描儀沿標定好的路徑開始檢測，磁信號掃描裝置離地面距離約20 cm，掃描行進速度以2～3 km/h為宜，掃描開始前打開GPS并記錄起點信息。為方便后期數據處理，可對管道進行分段式檢測，在實踐中以100 m為宜或以相鄰路口為檢測起止點，使用GPS記錄起止點信息，為保證數據的準確性，現場需要專人繪制草圖和記錄起止點、異常點信息。

（5） 掃描完成后，可通過手簿查看并保存檢測數據。對于比較明顯的異常數據圖譜，當時即可作出判斷。難以判斷的異常點要現場查看排除干擾因素或者進行2次掃描檢測，驗證信號重復性和排除人為影響。

（6） 數據處理，使用磁記憶分析軟件對數據進行處理分析，找出應力異常區域和有損壞趨勢的管段，確定其位置。

（7） 開挖驗證。根據需要選擇若干最嚴重的位置開挖。開挖后進行輔助缺陷檢測，判斷管體缺陷類型。

（8） 出具檢測報告，對采集數據進行最終處理和分析，編寫檢測報告，提出建議并反饋給屬地單位或管理部門。

現場作業一般由3人組成，其中2人操作探測設備和電子手簿，1人負責對磁異常點信息的記錄，記錄內容包括位置、是否存在其他鐵磁體等。

現場作業中，通過被測管道磁信號的變化判斷管體是否存在缺陷，再進行開挖和輔助檢測等手段確定管道的缺陷類型。常見管道缺陷類型有應力腐蝕、管壁金屬剝離、焊縫異常、幾何變形、裂紋開裂等。

3.4檢測結果

根據屬地單位和管理部門建議，選取約400 m待測管道作為實驗區域。根據磁信號數據記錄，共測得磁異常點5處，其中4處根據現場記錄可判定為金屬井蓋或雨箅子影響，位于待測管線起點135 m處磁信號異常，且該處地面無井蓋，地下無其他管線穿越。初步判定有管體損傷（見圖4）。

經現場開挖后，發現該磁信號異常點處為管道焊縫，焊縫周邊伴有腐蝕現象發生（見圖5）。

經過現場實驗性質的檢測和開挖驗證，非接觸式磁力掃描技術能夠對埋地金屬管道的缺陷進行定位，檢測過程不影響管道的運行狀態。

4存在的不足和建議

非接觸式磁力掃描技術能夠在不改變埋地管道狀態的情況下開展檢測，與內檢測法相比，不用在管道內部安置檢測設備，能夠降低管道檢測成本，同時在檢測過程能及時發現磁信號異常點，檢測效率得到提高。但是該技術也存在不足：（1） 在檢測過程中易受外部鐵磁性材料影響，相比于長輸管道的單一性，煉化企業生產區地下管道縱橫交錯，在檢測過程中常常會出現非缺陷性的磁信號異常，如何去偽存真需要進一步研究。（2） 對于缺陷點類型的判定上，缺少足夠的圖譜數據支撐，對于缺陷點類型的判別需要結合現場開挖配合其它無損檢測技術進行確認。

建議加大對生產區域埋地管道的檢測力度，嘗試在各種復雜環境下開展檢測工作，認真填寫現場數據記錄，對于磁異常信號的位置要結合現場實際情況綜合研判。研究磁信號異常圖譜，找出信號數據與缺陷類型之間的聯系和規律，進一步提高檢測效率。

總之，非接觸式磁力掃描技術可在非開挖狀態下對埋地管道進行缺陷檢測和定位，是一種有效的埋地管道外檢測方法，將其與內檢測法結合使用，可以共同完成管道完整性的檢測與評估。

參考文獻：

［1］黃賢濱，劉小輝，謝守明，等.長輸管道事故數據庫的對比分析［J］.安全、健康和環境，2012，12（11）：14.

［2］李秋陽，李保國，徐茂霞，等.非接觸式磁力掃描技術及其在長輸管道檢測中的應用［J］.儲運安全，2013，13（10）：3941.