CN105403617A - 带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，它通过设置在管道包覆层外侧的磁场梯度检测装置沿管道的方向移动来检测管道上的磁场梯度变化值，并根据变化值做磁场梯度曲线，并进行数据分析，来判断管道的缺陷。本发明相对于现有技术具有以下优点，第一、检测时不需要在管道上添加激励源，也不需要接触管道，因此不需要拆除管道的包覆层，第二、由于是在磁场的无源空间中进行检测，不需要对管道导波，对管道的形状没有要求，也不需要停机对管道进行检测，第三、对点蚀和大面积腐蚀均能检测。

Description

带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，具体讲是一种带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法。

背景技术

带包覆层铁磁性管道目前常用在油气运输领域，例如带保护层的钢管等。带包覆层铁磁性管道腐蚀在世界范围内的炼油、石化、能源、化工、海上石油开采支架平台等行业都是一个重要的、普遍存在的且极其严峻的问题。带包覆层铁磁性管道腐蚀是许多工业铁磁性管道泄露的主要原因，这些泄露往往导致了人民人身和财产安全事故，给国家和社会造成重大损失，所以这也是国家投入大量维护经费预算来减缓这些问题发生的原因。

由于带包覆层铁磁性管道所固有的特殊性，带包覆层铁磁性管道腐蚀的检测一般要求先移除管道外层的包覆层，然后再对管道进行常规的无损检测，检测完成后再重新安装上包覆层，同时对于重新安装上的包覆层也有可能因为工艺的差异，导致金属保护层和保温层搭接不合理而发生破裂，造成雨水渗入而产生管道二次腐蚀和新的腐蚀；这样一来不仅造成了管道腐蚀检测效率的大大降低，而且由于包覆层的安装费用比检测成本还要敖贵，所以这样就增加了总体检测费用，同时，对于在役的运行管道，必须先停止工作运行，然后再进行无损检测，这样就更加增大了企业的经济损失。

常规的超声、磁粉、涡流及目视等无损检测技术都需要先去除管道外的包覆层再进行检测，而且这些技术都需要进行停机检测。近些年来，国内外研究人员也在不断地对不拆除包覆层铁磁性管道腐蚀检测进行研究，例如射线、导波和智能猪爬行器等，射线检测由于现场辐射及检测成本高等原因在实际当中不便使用；导波检测带包覆层管道腐蚀时需要拆除部分包覆层在管道表面安装导波探头，低频导波可以检测长距离管线，检测效率高，定位准确，但是对于小面积腐蚀和均匀性腐蚀区域检出率较差；智能猪爬行器检测对包覆层管道几何形状要求较高，使用受限制，而且必须停机检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种不需要拆除包覆层，而且不需要停机检测检测准确度高，对于点蚀和大面积腐蚀均能检测的带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法。

为解决上述技术问题，本发明提出一种带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，它包括以下步骤：

（1）、通过磁场梯度检测装置放在管道的包覆层上，沿着管道的方向移动并检测磁场强度，得出磁场强度在三维坐标系中的三个基准方向的三个分量（Hx，Hy，Hz）分别在坐标系的三个方向（x,y,z）的变化率，构成磁梯度矩阵，共包括9个要素，记为G，表示如下：

由于在无源空间中，磁场强度的散度和旋度为0，即

因此，该矩阵中的9个元素中，只需要得到5个相互独立的元素的值就可以计算出该矩阵中的全部元素的值；

（2）、根据磁场梯度检测装置所检测的值，计算磁场梯度检测装置在移动中的某点的磁场梯度矩阵中的9个元素中的5个元素的值，并绘制出这5个元素的值随着距离的变化而变化的曲线，由于是5个独立的元素，因此得到5条曲线；

（3）、对5条曲线各自做差分处理，并设置每条曲线的上下腐蚀阈值线，所述腐蚀阈值线的计算方法为，做了差分后的曲线的纵向的均值加减n倍的方差，1<n<5，超出腐蚀阈值线的部分设为异常区；

（4）、将上述5条曲线的异常区进行整合：将轴向位置相同的磁异常合并，取其最大值，将轴向位置不同的磁异常保留，然后对磁异常幅值判断，当异常变化小于背景场时，则滤去该异常，当异常变化大于背景场时，则保留该异常，将以上5个独立分量整合到1个轴向位置，得到一幅图；

（5）、根据整合后保留的异常特征：磁异常起始和终点位置以及磁异常幅值判定腐蚀的位置、长度和腐蚀程度，并得出最终腐蚀显示结果，腐蚀的位置根据横坐标确定，腐蚀的长度根据异常的横向长度来确定，腐蚀程度根据异常特征的幅度来确定。

采用上述方法后，本发明相对于现有技术具有以下优点，第一、检测时不需要在管道上添加激励源，也不需要接触管道，因此不需要拆除管道的包覆层，第二、由于是在磁场的无源空间中进行检测，不需要对管道导波，对管道的形状没有要求，也不需要停机对管道进行检测，第三、对点蚀和大面积腐蚀均能检测。

所述步骤（1）中的磁场梯度检测装置为在一个平面上呈十字布置的4个三分量测磁传感器，通过检测4个三分量测磁传感器中每个测磁传感器中的三个方向的磁感应强度值计算十字中心位置的磁场梯度，从而测得十字中心位置的磁场梯度矩阵。采用这种方式测得的磁场梯度值会更加准确。

所述步骤（1）中，磁场梯度检测装置的底面为与带包覆层的管道的外周的弧形相配合的内凹的弧形面。采用这种结构方便讲磁场梯度检测装置在管道的外壁上延管道的方向滑动而不会晃动，可以保证检测的准确性。

作为改进，在检测时，先在管道的外周每隔一定角度进行一次横向粗查，待检查完管道的整个外周之后，在异常区域进行横向以及周向的扫查，得出精确的腐蚀位置以及腐蚀长度和腐蚀程度。采用这种方式，可以更加精确的检测出管道的腐蚀，对于一些小的腐蚀和一些比较均匀的腐蚀也能够检测，检测结果更加准确。

所述每个一定角度是指每隔120度或者每隔90度。每隔120度，那么检测整个管道的外周则需要检测3次，如果是每隔90度，那么检测整个管道的外周则需要检测4次。每次隔的角度越小，那么检测的次数越多，检测的结果就更准确，但是检测的过程就更繁琐，检测的时间就过长，因此需要设置一个合理的间隔角度，做到检测结果既准确，检测过程又简单，因此，设置120度以及90度是一个比较合理的间隔角度值。

所述步骤（4）中，所述背景场是空采时所得到的5条曲线进行差分处理后得到的图像，所述空采是指在待检测的管道周围，非管道检测范围内的区域，移动探头检测磁场梯度，所述异常变化小于背景场是指异常的幅度值小于背景场的最大幅度值，所述异常变化大于背景场是指异常的幅度值大于背景场的最大幅度值。为了防止检测环境的磁场环境干扰，采用这种方法可以过滤干扰，达到最好的检测效果。

附图说明

图1为本发明步骤2中得出5条曲线的示意图；

图2为本发明步骤3中针对一条曲线进行差分处理后得到的图形；

图3为本发明中异常区的图像示意图；

图4为本发明中异常区整合后的图像示意图；

图5为根据异常区整合后的图像示意图制作的腐蚀示意图；

图6为本发明采用的一种磁场梯度检测装置的结构示意图；

图7为检测时的示意图；

图8为磁场梯度检测装置的内部结构示意图。

如图所示：1、管道，2、磁场梯度检测装置，2.1、把手，2.2、测磁传感器，3、图像处理显示装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

如图1-图8所示，本发明提出本发明提出一种带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，它包括以下步骤：

（1）、通过磁场梯度检测装置放在管道的包覆层上，沿着管道的方向移动并检测磁场强度，得出磁场强度在三维坐标系中的三个基准方向的三个分量（Hx，Hy，Hz）分别在坐标系的三个方向（x,y,z）的变化率，构成磁梯度矩阵，共包括9个要素，记为G，表示如下：

由于在无源空间中，磁场强度的散度和旋度为0，即

因此，该矩阵中的9个元素中，只需要得到5个相互独立的元素的值就可以计算出该矩阵中的全部元素的值；当然在实际应用中，也可以选择6个、7个、8个甚至全部9个元素的值来进行检测，但是只需要测量出5个值就可以得到其它值，因此这些均在本申请保护范围之内。

本实施例中采用呈十字型布置的四个测磁传感器的磁场梯度测量装置来检测磁场梯度，每个测磁传感器均为三分量测磁传感器，四个测磁传感器的布置如图6所示，在一个平面内，B0和B2对称设置，B1和B3对称设置，B0到中心的距离、B2到中心的距离、B1到中心的距离以及B3到中心的距离均相同，当然在实际应用中只要B0和B2对称设置，B1和B3对称设置即可，B0到B2之间的距离也可以和B1到B3之间的距离不相同，设置的相同是为了方便磁场梯度的计算。那么得到中心点的磁场梯度矩阵为

上述公式中△x为分别为B1与B3之间的距离，△z为B0与B2之间的距离，B1x为B1传感器测得的x方向的磁场强度分量，B3x为B3传感器测得的x方向的磁场强度分量，B1y为B1传感器测得的y方向的磁场强度分量，B3y为B3传感器测得的y方向的磁场强度分量，依次类推。通过测量可以得到磁场梯度矩阵G的9个元素的值，但是在实际应用中，由于还满足，因此只需要得到5个元素的值就可以，从这9个元素中随机选择5个元素，然后绘制出磁场梯度测量装置移动时，这5个元素变化的曲线，如图1所示。

（2）、根据磁场梯度检测装置所检测的值，计算磁场梯度检测装置在移动中的某点的磁场梯度矩阵中的9个元素中的5个元素的值，并绘制出这5个元素的值随着距离的变化而变化生成的曲线，由于是5个独立的元素，因此得到5条曲线；

（3）、对5条曲线各自做差分处理，并设置每条曲线的上下腐蚀阈值线，图2为其中一条曲线做差分处理后得到的图像，在该图像中设置上下腐蚀阈值线，所述腐蚀阈值线的计算方法为：做了差分后的曲线的纵向的均值加减n倍的方差，1<n<5，超出腐蚀阈值线的部分设为异常区，图3为异常区的图像示意图；本实施例中n=3。

（4）、将做了差分处理之后的5条曲线的异常区进行整合：将轴向位置相同的磁异常合并，取其最大值，将轴向位置不同的磁异常保留，然后对磁异常幅值判断，当异常变化小于背景场时（即空采数据），则滤去该异常，当异常变化大于背景场时（即空采数据），则保留该异常，将以上5个独立分量整合到1个轴向位置，得到一幅图像，图4为异常区整合后的图像示意图；

所述步骤（4）中，所述背景场是空采时所得到的5条曲线进行差分处理后得到的图像，所述空采是指在待检测的管道的周围，非管道检测范围内的区域，移动探头检测磁场梯度，所述异常变化小于背景场是指异常的幅度值小于背景场的最大幅度值，所述异常变化大于背景场是指异常的幅度值大于背景场的最大幅度值。

（5）、根据该步骤（4）得到的整合后的图中保留的异常特征：磁异常起始和终点位置以及磁异常幅值判定腐蚀的位置、长度和腐蚀程度，并得出最终腐蚀显示结果，腐蚀的位置根据横坐标确定，腐蚀的长度根据异常的横向长度来确定，腐蚀程度根据异常特征的幅度来确定。图5为根据图4的磁异常图像制作的腐蚀示意图。

从图5中就可以直观的看出腐蚀的位置、长度以及腐蚀程度。这种直观的表示方便用户进行观察。

采用上述方法后，本发明相对于现有技术具有以下优点，第一、检测时不需要在管道上添加激励源，也不需要接触管道，因此不需要拆除管道的包覆层，第二、由于是在磁场的无源空间中进行检测，不需要添加激励源，也不需要对管道导波，对管道的形状没有要求，也不需要停机对管道进行检测，第三、对于小面积的腐蚀以及均匀的腐蚀均能够检测。

所述步骤（1）中的磁场梯度检测装置2为在一个平面上呈十字布置的4个三分量测磁传感器2.2，通过检测4个三分量测磁传感器中每个测磁传感器中的三个方向的磁感应强度值计算十字中心位置的磁场梯度，从而测得十字中心位置的磁场梯度矩阵。采用这种方式测得的磁场梯度值会更加准确。

所述步骤（1）中，磁场梯度检测装置的底面为与带包覆层的管道的外周的弧形相配合的内凹的弧形面。如图7、图8所示：磁场梯度检测装置2的底面为内凹的弧形面，磁场梯度检测装置2的正面还设有把手2.1，方便人拿着移动，磁场梯度检测装置2的内部设有呈十字布置的4个三分量测磁传感器2.2。采用这种结构方便讲磁场梯度检测装置在管道的外壁上延管道的方向滑动而不会晃动，可以保证检测的准确性。如图7所示的磁场梯度检测装置2的底面设计为内凹的弧形面，并刚好可以贴合在管道的外周，在实际应用时，可以根据管道的外径设计多个有不同尺寸的弧形底面的磁场梯度检测装置，在进行具体检测时可以根据管道的外径不同进行更换。

作为改进，在检测时，先在管道的外周每隔一定角度进行一次横向粗查，待检查完管道的整个外周之后，在异常区域进行横向以及周向的扫查，得出精确的腐蚀位置以及腐蚀长度和腐蚀程度。采用这种方式，可以更加精确的检测出管道的腐蚀，对于一些小的腐蚀和一些比较均匀的腐蚀也能够检测，检测结果更加准确。

所述每个一定角度是指每隔120度或者每隔90度。每隔120度，那么检测整个管道的外周则需要检测3次，如果是每隔90度，那么检测整个管道的外周则需要检测4次。每次隔的角度越小，那么检测的次数越多，检测的结果就更准确，但是检测的过程就更繁琐，检测的时间就过长，因此需要设置一个合理的间隔角度，做到检测结果既准确，检测过程又简单，因此，设置120度以及90度是一个比较合理的间隔角度值。

本实施例中采用每隔120度进行一次横向粗查，即先在一个位置手持磁场梯度检测装置横向移动检测，检测装置按照步骤（1）-步骤（5）得到腐蚀示意图，然后再转动120度，再次横向移动检测，得到第二个腐蚀示意图，然后再转动120度，再次横向移动检测，得到第三个腐蚀示意图。如果从某幅图中粗查到管道有腐蚀，那么就在该位置再次横向移动检测，并进行改变位置后进行多次横向移动检测，以得到精确的腐蚀图像以及腐蚀位置。采用这种方式，得到的检测结果更加准确。

本发明中所述的磁场梯度检测装置并非是只采用实施例中所述的一种磁场梯度检测装置，只要是利用能够检测出磁场梯度矩阵的任意磁场梯度测量装置并且采用本发明所述方法的均应在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，它包括以下步骤：

（1）、通过磁场梯度检测装置放在管道的包覆层上，沿着管道的方向移动并检测磁场强度，得出磁场强度在三维坐标系中的三个基准方向的三个分量（Hx，Hy，Hz）分别在坐标系的三个方向（x,y,z）的变化率，构成磁梯度矩阵，共包括9个要素，记为G，表示如下：

由于在无源空间中，磁场强度的散度和旋度为0，即

因此，该矩阵中的9个元素中，只需要得到5个相互独立的元素的值就可以计算出该矩阵中的全部元素的值；

（2）、根据磁场梯度检测装置所检测的值，计算磁场梯度检测装置在移动中的某点的磁场梯度矩阵中的9个元素中的5个元素的值，并绘制出这5个元素的值随着距离的变化而变化的曲线，由于是5个独立的元素，因此得到5条曲线；

（3）、对5条曲线各自做差分处理，并设置每条曲线的上下腐蚀阈值线，所述腐蚀阈值线的计算方法为，做了差分后的曲线的纵向的均值加减n倍的方差，1<n<5，超出腐蚀阈值线的部分设为异常区；

（4）、将上述5条曲线的异常区进行整合：将轴向位置相同的磁异常合并，取其最大值，将轴向位置不同的磁异常保留，然后对磁异常幅值判断，当异常变化小于背景场时，则滤去该异常，当异常变化大于背景场时，则保留该异常，将以上5个独立分量整合到1个轴向位置，得到一幅图；

（5）、根据整合后保留的异常特征：磁异常起始和终点位置以及磁异常幅值判定腐蚀的位置、长度和腐蚀程度，并得出最终腐蚀显示结果，腐蚀的位置根据横坐标确定，腐蚀的长度根据异常的横向长度来确定，腐蚀程度根据异常特征的幅度来确定。

2.根据权利要求1所述的带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，其特征在于：所述步骤（1）中的磁场梯度检测装置为在一个平面上呈十字布置的4个三分量测磁传感器，通过检测4个三分量测磁传感器中每个测磁传感器中的三个方向的磁感应强度值计算十字中心位置的磁场梯度，从而测得十字中心位置的磁场梯度矩阵。

3.根据权利要求1所述的带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，其特征在于：所述步骤（1）中，磁场梯度检测装置的底面为与带包覆层的管道的外周的弧形相配合的内凹的弧形面。

4.根据权利要求1所述的带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，其特征在于：在检测时，先在管道的外周每隔一定角度进行一次横向粗查，待检查完管道的整个外周之后，在异常区域进行横向以及周向的扫查，得出精确的腐蚀位置以及腐蚀长度和腐蚀程度。

5.根据权利要求4所述的带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，其特征在于：所述每个一定角度是指每隔120度或者每隔90度，每隔120度，那么检测整个管道的外周则需要检测3次，如果是每隔90度，那么检测整个管道的外周则需要检测4次。

6.根据权利要求1所述的带包覆层铁磁性管道腐蚀检测方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述背景场是空采时所得到的5条曲线进行差分处理后得到的图像，所述空采是指在待检测的管道周围，非管道检测范围内的区域，移动探头检测磁场梯度，所述异常变化小于背景场是指异常的幅度值小于背景场的最大幅度值，所述异常变化大于背景场是指异常的幅度值大于背景场的最大幅度值。