CN107328819A - 一种用于检测海底管道腐蚀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测海底管道腐蚀的方法，包括获取交流阻抗步骤、获取检测频率步骤、以及确定管道情况步骤。上述的步骤分别是：在管道的一端加载交流扰动信号，在管道的另一端接收根据管道的腐蚀状态生成的交流响应信号，再根据交流扰动信号和交流响应信号获取管道的交流阻抗。变换加载在管道上的交流扰动信号的频率，获取不同频率下的管道的交流阻抗，并且选择其中的最大值和最小值以及相应的最大检测频率和最小检测频率。在管道的一端分别加载最大检测频率和最小检测频率的电流信号，在管道的另一端接收电流信号，并且从电流信号中提取电化学噪音以及对电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。

Description

一种用于检测海底管道腐蚀的方法
技术领域
本发明涉及海底管道外腐蚀层、阴极保护状态的检测以及信号处理领域，更具体的说是涉及一种用于检测海底管道腐蚀的方法。
背景技术
石油天然气的管道运输具有的运输过程投资少、运输周期短、运量大、效率高等特点使之被称为“能源血脉”，在五大运输产业中具有非常明显的优势，对经济的发展起着重要的作用。然而，因海底管道破损导致的安全事故频繁发生，不仅破坏了生态环境，给国民经济造成了难以估量的损失，同时也危害着人民的生命安全。因此，社会各界对海底管道运行安全问题的关注程度越来越高。
目前，海底管线外腐蚀检测以潜水员目测或者携带水下摄像仪器检测为主，将采集到的视频或者图像信息通过精密仪器进行显示，通过图像处理技术来判断表面的腐蚀状况，这不仅对潜水员提出了很高的要求，而且无法实现对管线的实时检测。同时也受限于海况、水深、季节等条件限制。海底管道外腐蚀检测手段的缺乏已经成为影响海底管道运输的技术屏障。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于检测海底管道腐蚀的方法，以非接触测量对海底管道进行检测，确定管道的腐蚀情况。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于检测海底管道腐蚀的方法，包括
获取交流阻抗步骤：在管道的一端加载交流扰动信号，在所述管道的另一端接收根据所述管道的腐蚀状态生成的交流响应信号，再根据所述交流扰动信号和所述交流响应信号获取所述管道的交流阻抗；
获取检测频率步骤：变换加载在所述管道上的交流扰动信号的频率，获取不同频率下的所述管道的交流阻抗，并且选择其中的最大值和最小值以及相应的最大检测频率和最小检测频率；
确定管道情况步骤：在管道的一端分别加载最大检测频率和最小检测频率的电流信号，在所述管道的另一端接收所述电流信号，并且从所述电流信号中提取电化学噪音以及对所述电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。
作为一种可实施方式，在管道的一端加载最大检测频率时，根据佛里斯公式对所述电流信号进行前置放大，然后加载在所述管道上。
作为一种可实施方式，在管道的一端加载最小检测频率时，对接收到的所述电流信号进行后置放大，然后从所述电流信号中提取电化学噪音以及对所述电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。
作为一种可实施方式，还包括
数据采集步骤：在所述管道的另一端建立电磁场，使所述管道的另一端在所述电磁场内接收所述电流信号，并且采集所述功率密度谱的特征参数，其中，所述电磁场的方向和海洋电磁场的方向相反；
数据传输步骤：将所述功率密度谱的特征参数通过一信号屏蔽通道传输至控制终端。
作为一种可实施方式，还包括
监测步骤：变换所述管道接收交流响应信号的位置，并且将相应的功率密度谱的特征参数和当前接收到交流响应信号的位置信息传输至控制终端。
作为一种可实施方式，还包括
报警步骤：根据所述功率密度谱的特征参数和预设参数的比较结果进行管道腐蚀报警，并且根据所述当前接收到交流响应信号的位置进行位置报警。
作为一种可实施方式，还包括
报警步骤：根据所述功率密度谱的特征参数和预设参数的比较结果进行报警。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：
本发明提供了一种用于检测海底管道腐蚀的方法，包括获取交流阻抗步骤、获取检测频率步骤、以及确定管道情况步骤。首先获取管道的交流阻抗，其次变换不同频率的交流扰动信号获取交流阻抗最大和最小时的检测频率，最终在两个检测频率下提取电化学噪音以及得到功率密度谱的特征参数。而这个功率密度谱的特征参数就是相关于管道的腐蚀情况的，因此可以以非接触测量确定管道的腐蚀情况。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的用于检测海底管道腐蚀的方法流程图；
图2为本发明另一实施例提供的用于检测海底管道腐蚀的方法流程图；
图3为本发明又一实施例提供的用于检测海底管道腐蚀的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
参照图1，本实施例提供了一种用于检测海底管道腐蚀的方法，它包括获取交流阻抗步骤S100、获取检测频率步骤S200、以及确定管道情况步骤S300。
其中，步骤S100中，在管道的一端加载交流扰动信号，在管道的另一端接收根据管道的腐蚀状态生成的交流响应信号，再根据交流扰动信号和交流响应信号获取管道的交流阻抗。实际上，在检测时，首先需要确定的是海底管道的交流阻抗。因为管道的长短、粗细、或者检测点所处的位置，都将影响到管道的交流阻抗。这里，先通过检测管道的交流阻抗可以先排除一些客观因素对检测结果的干扰。实际上，可以在管道的一端加载交流扰动信号，由于管道自身存在交流阻抗，因此在管道的另一端可以获取相应的交流响应信号，这个信号和管道的交流阻抗相关。
其中，步骤S200中，变换加载在管道上的交流扰动信号的频率，获取不同频率下的管道的交流阻抗，并且选择其中的最大值和最小值以及相应的最大检测频率和最小检测频率。实际上，当管道的交流阻抗处于最大值或者最小值时，都是处于极限的状态。将管道的交流阻抗定格在极限状态下，实际检测的误差也相对小。因此，可以先确定好和两个极限值对应的最大检测频率和最小检测频率。并且，理论上在这两个频率下进行检测，获取数据的误差是最小的。
其中，步骤S300中，在管道的一端分别加载最大检测频率和最小检测频率的电流信号，在管道的另一端接收电流信号，并且从电流信号中提取电化学噪音以及对电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。为了更深入地了解和掌握管道腐蚀的机理信息，可以在时域上对电化学噪音(Electrochemical Noise，简称EN)的特征暂态峰的分析，判断了腐蚀发生的形式及程度，通过快速傅里叶变换(Fast FourierTransform，FFT)和最大熵值法(Maximun Entropy Method，MEM)转换得到功率密度谱的特征参数，在一定程度上能较好地反映管道的腐蚀情况。
通过上述的用于检测海底管道腐蚀的方法，可以以非接触测量对海底管道进行检测，确定管道的腐蚀情况。并且可以实现对管线的实时检测，同时也不受限于海况、水深、季节等条件限制。
在一个实施例中，在管道的一端加载最大检测频率时，根据佛里斯公式对电流信号进行前置放大，然后加载在管道上。具体是，由管道检测出的电压信号仅有几毫伏，在后续处理中可能会因电平过低而被大噪声干扰导致无法分辨，因此必须在接近传感器端设计一个前置放大电路，以保证获取的信号值保持在最佳的范围。对于级联形式的放大器，根据佛里斯公式：
式中，F1、F2、...、FM为第一级、第二级...第M级放大器的噪声系数，K1、K2、...、KM-1为第一级、第二级...第M-1级放大器的增益。由此可见，K1足够大时，F1对总的噪声系数的影响是最大的，因此在设计前置放大器时，必须综合等效输入噪声电压、等效输入噪声电流、温漂以及如何有效地抑制共模干扰等方面，确保F1足够小。
在一个实施例中，在管道的一端加载最小检测频率时，对接收到的电流信号进行后置放大，然后从电流信号中提取电化学噪音以及对电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。这里和最大检测频率时相反，可以先对由管道检测出的电压信号处理之后再进行放大，避免失真。
参照图2，本实施例提供了一种用于检测海底管道腐蚀的方法，它包括获取交流阻抗步骤S100、获取检测频率步骤S200、确定管道情况步骤S300、数据采集步骤S400、以及数据传输步骤S500。
其中，步骤S100中，在管道的一端加载交流扰动信号，在管道的另一端接收根据管道的腐蚀状态生成的交流响应信号，再根据交流扰动信号和交流响应信号获取管道的交流阻抗。步骤S200中，变换加载在管道上的交流扰动信号的频率，获取不同频率下的管道的交流阻抗，并且选择其中的最大值和最小值以及相应的最大检测频率和最小检测频率。步骤S300中，在管道的一端分别加载最大检测频率和最小检测频率的电流信号，在管道的另一端接收电流信号，并且从电流信号中提取电化学噪音以及对电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。这里的步骤S100、步骤S200、以及步骤S300和前述的相同，重复之处不再赘述。
其中，步骤S400中，在管道的另一端建立电磁场，使管道的另一端在电磁场内接收电流信号，并且采集功率密度谱的特征参数，其中，电磁场的方向和海洋电磁场的方向相反。实际上，由于海水的离子含量较高，海水自身存在一定的电磁场。而这个电磁场会影响到功率密度谱的特征参数这一数据的采集。因此，在此步骤中，通过自建的电磁场抵消海水的电磁场。工作时，采集到功率密度谱的特征参数不受影响。
其中，步骤S500中，将功率密度谱的特征参数通过一信号屏蔽通道传输至控制终端。同理，在数据进行传送的过程中也需要屏蔽海水的电磁场。实际上，可以通过一信号屏蔽通道进行数据传输。例如，通过带屏蔽层的信号线可以实现；再如，通过自建的电磁场抵消海水的电磁场也可以实现。
参照图3，本实施例提供了一种用于检测海底管道腐蚀的方法，它包括获取交流阻抗步骤S100、获取检测频率步骤S200、确定管道情况步骤S300、数据采集步骤S400、数据传输步骤S500、以及监测步骤S600。
其中，步骤S100中，在管道的一端加载交流扰动信号，在管道的另一端接收根据管道的腐蚀状态生成的交流响应信号，再根据交流扰动信号和交流响应信号获取管道的交流阻抗。步骤S200中，变换加载在管道上的交流扰动信号的频率，获取不同频率下的管道的交流阻抗，并且选择其中的最大值和最小值以及相应的最大检测频率和最小检测频率。步骤S300中，在管道的一端分别加载最大检测频率和最小检测频率的电流信号，在管道的另一端接收电流信号，并且从电流信号中提取电化学噪音以及对电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。步骤S400中，在管道的另一端建立电磁场，使管道的另一端在电磁场内接收电流信号，并且采集功率密度谱的特征参数，其中，电磁场的方向和海洋电磁场的方向相反。步骤S500中，将功率密度谱的特征参数通过一信号屏蔽通道传输至控制终端。
其中，步骤S600中，变换管道接收交流响应信号的位置，并且将相应的功率密度谱的特征参数和当前接收到交流响应信号的位置信息传输至控制终端。实际上，总是定点接收交流响应信号的。相应的，在检测管道腐蚀时，检测位置也基本是确定的，容置导致检测的结果不准确。而在本实施例中，通过变换管道接收交流响应信号的位置，可以变换检测位置，从而提高检测的结果的准确性。
除此之外，在一个实施例中还提供了一种用于检测海底管道腐蚀的方法，它包括获取交流阻抗步骤S100、获取检测频率步骤S200、确定管道情况步骤S300、数据采集步骤S400、数据传输步骤S500、监测步骤S600、以及报警步骤S700。
其中，步骤S700中，包括以下两种形式。第一种形式是根据功率密度谱的特征参数和预设参数的比较结果进行管道腐蚀报警，并且根据当前接收到交流响应信号的位置进行位置报警。这一报警步骤是针对图3提供的用于检测海底管道腐蚀的方法的。由于在本实施例中，检测管道的位置是变换的，因此在检测到管道腐蚀时可以确定腐蚀位置的具体位置信息。相应的在报警一方面，可以对管道腐蚀进行报警也可以对腐蚀的位置进行报警。第二种形式是根据功率密度谱的特征参数和预设参数的比较结果进行报警。这一报警步骤是针对图2提供的用于检测海底管道腐蚀的方法的。由于在本实施例中，检测管道的位置是不变的，因此在检测到管道腐蚀时只可以确定管道是否腐蚀。相应的在报警一方面，可以对管道腐蚀进行报警。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于检测海底管道腐蚀的方法，其特征在于，包括
获取交流阻抗步骤：在管道的一端加载交流扰动信号，在所述管道的另一端接收根据所述管道的腐蚀状态生成的交流响应信号，再根据所述交流扰动信号和所述交流响应信号获取所述管道的交流阻抗；
获取检测频率步骤：变换加载在所述管道上的交流扰动信号的频率，获取不同频率下的所述管道的交流阻抗，并且选择其中的最大值和最小值以及相应的最大检测频率和最小检测频率；
确定管道情况步骤：在管道的一端分别加载最大检测频率和最小检测频率的电流信号，在所述管道的另一端接收所述电流信号，并且从所述电流信号中提取电化学噪音以及对所述电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。
2.根据权利要求1所述的用于检测海底管道腐蚀的方法，其特征在于，在管道的一端加载最大检测频率时，根据佛里斯公式对所述电流信号进行前置放大，然后加载在所述管道上。
3.根据权利要求1所述的用于检测海底管道腐蚀的方法，其特征在于，在管道的一端加载最小检测频率时，对接收到的所述电流信号进行后置放大，然后从所述电流信号中提取电化学噪音以及对所述电化学噪音进行傅里叶变换和最大熵值法转换得到功率密度谱的特征参数。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于检测海底管道腐蚀的方法，其特征在于，还包括
数据采集步骤：在所述管道的另一端建立电磁场，使所述管道的另一端在所述电磁场内接收所述电流信号，并且采集所述功率密度谱的特征参数，其中，所述电磁场的方向和海洋电磁场的方向相反；
数据传输步骤：将所述功率密度谱的特征参数通过一信号屏蔽通道传输至控制终端。
5.根据权利要求4所述的用于检测海底管道腐蚀的方法，其特征在于，还包括监测步骤：变换所述管道接收交流响应信号的位置，并且将相应的功率密度谱的特征参数和当前接收到交流响应信号的位置信息传输至控制终端。
6.根据权利要求5所述的用于检测海底管道腐蚀的方法，其特征在于，还包括报警步骤：根据所述功率密度谱的特征参数和预设参数的比较结果进行管道腐蚀报警，并且根据所述当前接收到交流响应信号的位置进行位置报警。
7.根据权利要求4所述的用于检测海底管道腐蚀的方法，其特征在于，还包括报警步骤：根据所述功率密度谱的特征参数和预设参数的比较结果进行报警。
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