CN101694478A - 一种探测钢铁管道内腐蚀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种探测钢铁管道内腐蚀的方法，属于无损害测量领域。本发明将线圈中心置于管道上方，并基本与管道平行，感应线圈和补偿线圈反相串联，通上电流，根据设计，感应线圈和补偿线圈在中心的磁强计处所产生的场是大小相等而方向相反。由于感应线圈大，匝数多，场强大穿透深度深，而在管道上产生了磁化场从而可以根据人工磁化磁异常的大小与分布，确定钢管的被腐蚀程度及被腐蚀部分的空间分布。本发明不需停产、不需开挖、不需在管内工作，无损探测，设备简单，供电方便，功耗小。

Description

一种探测钢铁管道内腐蚀的方法

所属技术领域

本发明是一种探测钢铁管道内腐蚀的方法，运用人工磁化的方法直接探测管道内腐蚀情况，而不需要停产，不需要挖掘，无损害探测，并在磁化时同时测量。

背景技术

目前探测管道内腐蚀的方法，在国外用于管道内腐蚀检测的技术有漏磁通法、超声波法、涡流检测法、激光检测法、电视测量法等。其中激光检测法和电视测量法需和其他方法配合才能得出有效准确的腐蚀数据，而涡流检测法虽然可适用于多种黑色和有色金属管道，但涡流对铁磁材料的穿透力太弱，只能用来检查表面腐蚀状况，而且如果在金属表面的腐蚀产物中有磁性垢层或磁性氧化物，就可能给测量结果带来难以避免的误差。另外，由于涡流检测法的检测结果与被测金属的电导率有关系，为了提高测量精度还要求被测体系最好保持恒温。所以现在国外使用较为广泛的管道腐蚀检测方法是漏磁通法和超声波检测法。

漏磁通法检测的基本原理是建立在铁磁材料的高磁导率这一特性之上，钢管腐蚀缺陷处的磁导率远小于钢管的磁导率，钢管在外加磁场作用下被磁化，当钢管中无缺陷时，磁力线绝大部分通过钢管，此时磁力线均匀分布；当钢管内部有缺陷时，磁力线发生弯曲，并且有一部分磁力线泄漏出钢管表面。检测被磁化钢管表面逸出的漏磁通，就可判断缺陷是否存在。漏磁通法适用于检测中小型管道，可以对各种管壁缺陷进行检验，检测时无需耦合剂，也不会发生漏检。但漏磁通法只限于材料表面和近表面的检测，被测的管壁不能太厚，抗干扰能力差，空间分辨力低。另外，小而深的管壁缺陷处的漏磁信号要比形状平滑但很严重的缺陷处的信号大得多，所以漏磁检测数据往往需要经过校验才能使用。检测过程中当管道所用的材料混有杂质时，还会出现虚假数据。

超声波检测法主要是利用超声波的脉冲反射原理来测量管壁腐蚀后的厚度。检测时将探头垂直向管道内壁发射超声脉冲，探头首先接收到由管壁内表面的反射脉冲，然后超声探头又会接收到来自管壁外表面的反射脉冲，这个脉冲与内表面反射脉冲之间的间距反映了管壁的厚度。这种检测方法是管道腐蚀缺陷深度和位置的直接检测方法，检测原理简单，对管道材料的敏感性小，检测时不受管道材料杂质的影响，能够实现对厚壁大管径的管道进行精确检测，不受壁厚限制，还能分辨管道的内外壁腐蚀、管道的变形、应力腐蚀破裂和管壁内的缺陷，如夹渣等。此外，超声波法的检测数据简单准确，无需校验，检测数据非常适合作为管道最大允许输送压力的计算，为检测后确定管道的使用期限和维修方案提供了极大的方便。这种方法的不足之处是超声波在空气中衰减很快，检测时一般要有声波的传播介质，如油或水等。

国内引进了超声波法及漏磁通法检测设备数套，并自行研制成功了漏磁通法检测仪。由于超声波法设备昂贵，进口设备每套在100万至300万美元，检测成本高，例如φ720超声波仪一次使用费就达130多万元/70km，仅使用电池费用就达30万元/70km。检测费用之高是一般单位难以承受的。由于该设备一种型号只适用于一种管径。而油田与石化企业集输管线规格多种多样，不可能花费巨额资金去购置各种规格的检测仪器，另外φ237以下管径没有此类检测仪，因而对占据集输管线相当大比例的φ237以下管道无法用该法检测。以上因素制约了国内管道内腐蚀检测的发展。

目前，许多检测单位，只能在对防腐检测及钢管腐蚀环境评估的基础上用超声波法测量钢管腐蚀状况，该方法必须开挖并剥离防护层，再将仪器紧贴钢管进行测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种探测管道内腐蚀的方法

人工磁化法的物质基础是钢管未被腐蚀部分具有极强的磁性。当向埋地钢管施加人工磁场时，钢管未被腐蚀部分在其磁化下会在周围空间产生磁异常(人工磁化磁异常)，其强度大小及分布决定于钢管未被腐蚀部分在人工磁场中的分布，因而也与被腐蚀部分在人工磁场中的分布有密切关系，从而可以根据人工磁化磁异常的大小与分布，确定钢管的被腐蚀程度及被腐蚀部分的空间分布。

本发明是一种探测管道内腐蚀的方法，测量步骤如下：

a.先将磁强计7放置在内线圈2的中心，将线圈系统放置在无铁磁性物质的地方，用磁强计7测量的是地磁场，然后将内线圈2、外线圈1反相串联，施加所需要产生磁化场3的电流，所述的电流为1-2安培，由于外线圈1和内线圈2产生相反的磁场相互抵消，故在磁强计7上的读数仍为地磁场；若磁强计7处，内、外线圈的场未抵消，则可用内线圈上部的小磁铁补偿(图中未表示)；

b.将线圈移至被测管道的上方1-1.2米处，调节线圈上的支撑架9，使线圈平面和铁管道5基本平行；

c.内线圈2和外线圈1不通电流，磁强计7测量磁场为地磁场与铁管道5原始磁化场的矢量和；

d.内线圈2、外线圈1仍反相串联，并接通与a.中相同的电流，这时铁管道5被磁化场3磁化，磁强计7测量到的是铁管道5的感应磁化场6、铁管道5的原始磁化场和地磁场之矢量和；

e.将所述的铁管道5的感应磁化场6、原始磁化场和地磁场之和减去所述的原始磁化场和地磁场，即为铁管道5被磁化的感应磁化场6；

f.以后每一个测点，只需重复b-e步即可；

g.感应磁化场6的大小与含铁量的多少成正比，感应磁化场6小，管道内腐蚀多，感应磁化场6大，管道内腐蚀小。

h.将另一相同磁强计7，放置在无铁磁性物质的地方，磁强计7方向与管道测量磁强计7相同并同时测量本底地磁场，保证在管道测量数据处理中进行日变修正。

本发明的优点

不需停产、不需开挖、不需在管内工作，无损探测，设备简单，供电方便，功耗小。

附图说明

图1工作示意图

图2磁化线圈示意图

图3测点位置及编号

图中1--磁化线圈(外线圈)，2--补偿线圈(内线圈)，3--磁化场，4--补偿场，5--铁管道，6--感应磁化场，7--磁强计，8--加强筋，9--支撑架。

具体实施方式

众所周知，由于地磁场的存在，埋地钢管在其磁化下会在周围产生磁异常，此外，钢管常具有剩余磁性，也会在周围产生磁异常。

当向埋地钢管施加人工磁场时，除上述磁场外，还有人工磁场以及钢管因人工磁场磁化而在周围产生的人工磁化磁异常。人工磁化场可由线圈和磁性体产生，另外还配有补偿线圈来补偿人工磁化场对磁强计的影响。

由于上述各磁场均为矢量，要通过磁测唯一地得到钢管的人工磁化磁异常必须测量磁场在直角坐标系中的分量并且必须采用相对测量。为方便起见，选地平面上沿钢管走向的一个方为X轴正方向；由X方向顺时针方向转90°为y轴正方向；垂直地面向下为Z轴正方向。首先，在埋地钢管附近不受钢管磁异常影响的地点选择一个基点。在基点上进行磁场三分量测量，这时测量到的是地磁场在选定的直角坐标系中的三个分量。然后，向地下施加人工磁场，进行磁场三分量测量。这时测量到的除地磁场的三个分量外，还有人工磁场的三个分量。将施加人工磁场时的三个分量读数分别减去未施加的三个分量读数，即为人工磁场的三个分量读数，称其为基点读数。在埋地钢管正上方，也进行与在基点上类似的磁场三分量测量和数据处理，得到的磁场的三个分量分别是人工磁场的分量与钢管人工磁化磁异常的分量之和。称其为测点读数。测点读数减去基点读数就是钢管的人工磁化磁异常的三个分量值。将在埋地钢管上测量到的人工磁化磁异常的分量与在未被腐蚀埋地钢管上测量到的同一分量值相比较，根据其差值大小及空间分布就可确定埋地钢管的被腐蚀程度及被腐蚀部分的空间分布。当垂直磁化场足够大时，也可只测量一个垂直分量。

工作过程：将线圈中心置于管道上方，并基本与管道平行，感应线圈和补偿线圈(它们是同心的)反相串联，通上电流，根据设计，感应线圈和补偿线圈在中心的磁强计处所产生的场是大小相等而方向相反。由于感应线圈大，匝数多，场强大穿透深度深，，而在管道上产生了磁化场。用磁强计测量这个磁化场，这就是这个方法的基本工作过程。

1、主要仪器设备

为了普查的目的，通过理论计算，设计并加工了一个通电后能在周围产生所要求的人工磁场的发射线圈。

测量磁场三分量的仪器是三分量磁通门磁强计，该磁强计可以测量10Hz以下的多频点磁场。测量时是将传感器(三个测量磁场的探头)安装在发射线圈圆心处。试验中将两个12伏的蓄电瓶串联作为直流电源。

2.试验结果

吊车工用吊车将三根钢管(12米长的Φ273×10带防腐绝缘层的无缝钢管、9米长的Φ273×7无缝钢管和Φ377×7的卷管)安放在离堆积的钢管较远的地面上，钢管走向基本上为南北向，其位置如图2所示。

图2在各管距其两端1/3管长处布置了测点，共6个。测点位置及编号见图3。

测量磁场时是将发射线圈及传感器架高，安放到基点或钢管正上方，传感器到地面高度为1.2米。

试验时用两个串联连结的12伏蓄电瓶作为直流电源，其供电电压为24伏，供电电流为0.48安培。

不论在基点上还是在测点上，供电时和不供电时都进行了至少四次读数，重复读数之间都相差很小，说明仪器的测量精度很高。但是，供电加人工磁场时的重复读数差别比不供电时要大，其原因可能是加人工磁化磁场时，钢管需要少许时间被磁化状态才会稳定。因此也需要少许时间读数才能稳定。供电后需要多久读数才能稳定，要通过以后的实践来掌握。在读数较稳时通过密集采样取平均值的办法也会提高测量精度。测量结果见表1。

表1人工磁化法检测钢管被腐蚀程度的试验结果

带防腐层的Φ273×10钢管上NO.1、NO.2测点的人工磁化磁异常垂直分量的平均值分量为3459nT，两测点的差值为241nT，约为平均值的7％。Φ377×7的卷管上NO.5、NO.6测点的人工磁化磁异常垂直分量的平均值为3438nT，差值为162nT，约为平均值的4.7％。这两条钢管上都布满了或曾经布满过铁锈，钢管的锈蚀、制造过程中的误差和测量读差都有可能造成同一根钢管不同测点测量的这种差别。考虑到Φ273×10的钢管被腐蚀的平均厚度(平腐厚度)为1毫米时，人工磁化磁异常垂直分量将减小346nT，而Φ377×7卷管均腐蚀厚度达1毫米时，人工磁化磁异常垂直分量将减小491nT，那么在同一钢管测量结果的那一差别对于这种方法检测钢管被腐蚀程度来说不会有严重影响。如果采用4个12伏蓄电瓶串接作为供电电源(在试验时只能找到2个12伏蓄电瓶)，电流会增加一倍，人工磁化磁异常也会增加一倍，加上前述提高测量精度的措施，可以有把握地说，用本方法检测出均腐厚度2毫米以上的腐蚀是毫无问题的，检测出均腐厚度1毫米的腐蚀也是有可能的。理论计算表明，均匀磁场磁化下无限埋地钢管正上方的磁异常垂直分量74％是测点下方长度等于轴深的钢管段所产生，97.5％是测点下方长度等于轴深2倍的钢管段所产生。对于发射线圈产生的场来说，上述百分数还会更大。因此，当埋地钢管轴深为1米时，用本方法检测出均腐厚度2毫米以上、长度1米的腐蚀段应该是没有问题的。因为即使线圈的供电电流只有0.48安倍，1米长Φ273×10和1米长Φ377×7的钢管被腐蚀2毫米产生的磁异常垂直分量减小将分别大于512nT和727nT。

Φ273×10的无缝钢管与Φ377×7的卷管上人工磁化磁异常垂直分量值几乎相同，这并不奇怪，因为两者的截面积分别为8258m²和8133m²，仅相差1.6％。两者在人工磁场磁化下，对磁异常作出贡献的钢铁量是相差不大的.

在Φ273×7钢管上NO.3、NO.4点测得的人工磁化磁异常垂直分量数值相差较大是令人费解的，同一根钢管上不应出现这种情况。推测可能水泥地下有磁性较强物体存在。

Claims (1)

1.一种探测钢铁管道内腐蚀的方法，其特征是：

a.先将磁强计(7)放置在内线圈(2)的中心，将线圈系统放置在无铁磁性物质的地方，用磁强计(7)测量的是地磁场，然后将内线圈(2)、外线圈(1)反相串联，施加所需要产生磁化场(3)的电流，所述的电流为1-2安培，由于外线圈(1)和内线圈(2)产生相反的磁场相互抵消，故在磁强计(7)上的读数仍为地磁场；若磁强计(7)处，内、外线圈的场未抵消，则可用内线圈上部的小磁铁补偿；

b.将线圈移至被测管道的上方1-1.2米处，调节线圈上的支撑架(9)，使线圈平面和铁管道(5)基本平行；

c.内线圈(2)和外线圈(1)不通电流，磁强计(7)测量磁场为地磁场与铁管道(5)原始磁化场的矢量和；

d.内线圈(2)、外线圈(1)仍反相串联，并接通与a.中相同的电流，这时铁管道(5)被磁化场(3)磁化，磁强计(7)测量到的是铁管道(5)的感应磁化场(6)、铁管道(5)的原始磁化场和地磁场之矢量和；

e.将所述的铁管道(5)的感应磁化场(6)、原始磁化场和地磁场之和减去所述的(c)地磁场和管道原始磁化场，即为铁管道(5)被磁化的感应磁化场(6)；

f.以后每一个测点，只需重复b-e步即可；

g.感应磁化场(6)的大小与含铁量的多少成正比，感应磁化场(6)小，管道内腐蚀多，感应磁化场(6)大，管道内腐蚀小。

h.将另一相同磁强计(7)，放置在无铁磁性物质的地方，磁强计(7)方向与管道测量磁强计(7)相同，并同时测量本底地磁场，保证在管道测量数据处理中进行日变修正。

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