一种基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方法，包括以下步骤：测量管道沿轴向方向的磁感应强度，减弱外界干扰异常并计算危险指数F，结合危险指数F对磁异常管段的异常等级分类，初步判定缺陷类型并建立模型，对模型正演，判定磁异常管段的危险性缺陷位置坐标，对缺陷发展过程进行预测。本发明的方法能提高分辨率且有效排除外界干扰所引起的虚假异常信息，通过所测磁异常数据进行管体应力集中区位置的判定以及危险性缺陷的识别，并在允许偏差范围内，通过沿管道轴线移动磁力计来快速测定管道磁场异常的位置，结合所测参量及危险指数的变化情况推断管体局部金属缺陷所导致的应力变化，实现埋地管道应力性缺陷的磁异常提取及精细解释。
【专利说明】一种基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方法，属于埋地及裸露铁磁 性管道无损检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 非接触式磁检测方法是由俄罗斯所发明的一种崭新的无损检测技术。近年来，凭 借其检测原理可靠、检测精度高、综合成本低、操作风险小、易于现场实施等显著优点，同时 由于其重要的实用价值和广阔的发展前景，这项技术在管道无损检测领域受到业内的广泛 关注。目前，俄罗斯的Tmnskor-κ研究和发展中心有限责任公司运用非接触式磁检测方法 已完成了 12000km管线检测；非接触式磁检测方法的应用已推广到乌兹别克共和国、白俄 罗斯、叙利亚阿拉伯共和国、克罗地亚、阿根廷、英国和美国；国内，非接触式磁检测方法也 已在塔轮输油管线、兰州输气分公司兰炭、两兰支线、铁岭输油管线、陕京一线、秦皇岛输油 管线等地进行了方法试验，检测长度大于200km。
[0003] 针对非接触式磁检测方法的理论研究和实际应用而言，俄罗斯为世界范围内非接 触式磁检测方法的发展者，美国、英国、阿根廷等国家也相继加大了对非接触式磁检测方法 理论的深入研究与技术推广。由于俄罗斯对外采取技术封锁，仅提供技术支持与技术服务， 这大大限制了该项技术的发展与推广速度。对于实际检测而言，非接触式磁检测技术存在 分辨率低、无法排除外界干扰异常、无法区分管体应力集中区位置，且仅仅凭借危险指数盲 目进行危险等级划分的缺点。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方 法，提高分辨率且有效排除外界干扰所引起的虚假异常信息，能够通过所测磁异常数据进 行管体（侧面、顶底面）应力集中区位置的判定以及危险性缺陷的识别，同时能够通过对危 险性缺陷进行定期观测预测其发展过程，达到降低检测成本、提高工作效率的目的。
[0005] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于埋地钢制管道磁 异常提取及解释方法，具体包括以下步骤：
[0006] (1)利用磁力计测量管道沿轴向方向的磁感应强度，得到三分量水平梯度Β?、B yx 和Bzx沿管道轴向分布的变化规律曲线；
[0007] (2)剔除Byx以减弱外界干扰异常，并依据去除千扰异常后的实测模量值和平均模 量值计算危险指数F;
[0008] (3)结合危险指数F对磁异常管段的异常等级进行分类；
[0009] (4)对于步骤⑴得到的三分量水平梯度Bxx、Byx和B zx沿管道轴向分布的变化规 律曲线，提取其中管体磁异常管段，初步判定该管体磁异常段的缺陷类型，建立该缺陷类型 的模型，并对该模型进行正演，得到管道磁感应强度三分量水平梯度B xx、Byx和Bzx沿管道轴 向的分布规律曲线；
[0010] (5)将相同异常等级下的磁异常管道测点划分为一组，结合危险指数F的大小、步 骤⑴得到的三分量水平梯度沿管道轴向43￡、8^和1的变化规律曲线、以及经步骤（4)正 演得到的管道磁感应强度三分量水平梯度Β?、Byx和BM沿管道轴向的分布规律曲线，通过 反演判定磁异常管段的危险性缺陷位置；
[0011] (6)标定危险性缺陷位置坐标并定期观测，依据危险指数大小及经步骤（1)测量 得到的管道磁感应强度三分量水平梯度沿管道轴向分布的变化规律，对缺陷发展过程进行 预测，以及时采取补救措施。
[0012]进一步的改进是，步骤（1)中利用磁力计测量管道磁场的磁感应强度时，采用非 接触式管道磁检测技术检测。
[0013] 进一步的改进是，步骤（2)中，利用以下公式计算危险指数F:
【权利要求】
1. 一种基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方法，其特征在于具体包括以下步骤： (1) 利用磁力计测量管道沿轴向方向的磁感应强度，得到三分量水平梯度Bxx、Byx和Bzx 沿管道轴向分布的变化规律曲线； (2) 剔除Byx以减弱外界干扰异常，并依据去除干扰异常后的实测模量值和平均模量值 计算危险指数F ; (3) 结合危险指数F对磁异常管段的异常等级进行分类； (4) 对于步骤⑴得到的三分量水平梯度Bxx、Byx和Bzx沿管道轴向分布的变化规律曲 线，提取其中管体磁异常管段，初步判定该管体磁异常段的缺陷类型，建立该缺陷类型的模 型，并对该模型进行正演，得到管道磁感应强度三分量水平梯度B xx、Byx和Bzx沿管道轴向的 分布规律曲线； (5) 将相同异常等级下的磁异常管道测点划分为一组，结合危险指数F的大小、步骤 ⑴得到的三分量水平梯度沿管道轴向Bxx、B yx和Bzx的变化规律曲线、以及经步骤（4)正演 得到的管道磁感应强度三分量水平梯度B xx、Byx和Bzx沿管道轴向的分布规律曲线，通过反 演判定磁异常管段的危险性缺陷位置； (6) 标定危险性缺陷位置坐标并定期观测，依据危险指数大小及经步骤（1)测量得到 的管道磁感应强度三分量水平梯度沿管道轴向分布的变化规律，对缺陷发展过程进行预 测，以及时采取补救措施。
2. 根据权利要求1所述的基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方法，其特征在于：步 骤（1)中利用磁力计测量管道磁场的磁感应强度时，采用非接触式管道磁检测技术检测。
3. 根据权利要求1所述的基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方法，其特征在于：步 骤（2)中，利用以下公式计算危险指数F:
(1) 其中，Qa是任意一点的实测梯度模量值，通过以下公式计算得到：
(2) 0是测量位置的实测梯度模量值的平均值。
4. 根据权利要求1所述的基于埋地钢制管道磁异常提取及解释方法，其特征在于：步 骤（4)中，具体通过以下公式对管体磁异常段缺陷类型模型正演： 以磁力计的中点所在位置与地面的垂线作为Z轴、以管道轴线作为Y轴、以Y轴和Z 轴的交点作为原点〇、以经过原点〇且与YZ面的垂线作为X轴，建立空间坐标系；根据空 间磁偶极子磁场表达式得到等效磁矩P在X、Y、Z轴方向的的三个分量P x、Py和Pz在位置 M(x，y，z)处所产生的磁感应强度为：
其中，Bx、By和Bz分别表示等效磁矩P的三个分量Px、P y和Pz在位置M(x，y，z)处所产 生的磁感应强度，r表示原点0到位置M(x, y, z)的距离，根据M(x, y, z)和原点0的坐标计 算得到，μ ^表示真空中的磁导率，μ ^表示铁磁性物质的相对磁导率，μ ^和为常数； 假设应力集中区的范围为以Y轴的yi、y2&横截面为两个底面的圆柱体，由多晶体铁磁 性材料应力与磁化率变化量的关系得到应力集中区内的横截面由于应力集中而产生的沿3 个坐标轴方向的附加磁矩P x、Py和Pz根据以下公式获得：
其中，X(i表不铁磁性材料的初始磁化率，Is表不单晶铁磁体1?斯系数，λ 1(|(|表不单晶铁 磁体磁致伸缩系数，I表示磁晶各向异性常数，〇 θ、〇t分别表示管道的径向和轴向应力， X(l、Is、λ _、Kl均为常数；σ 0和〇 t根据管道压力的变化改变，分别根据以下公式计算： σ t = P · D/2 · S0……（5) σ θ = P * D/4 · S〇……（6) 其中，P为内压力，单位为MPa，D = (DfDi)/% D为管道的平均直径，DQ为管道外径，Di 为管道内径，S为壁厚，单位为mm 和\均为已知量，由分输站的管道参数技术表提 供； dv表示应力集中区内的横截面的体积，根据管道直径计算得到，Hx、Hy和Hz分别表示X 轴、Y轴、Z轴方向上的磁场强度，由以下公式计算：
其中，Η表示磁力计测量到的磁感应强度，Θ表示管道走向与磁北的夹角，由地域决 定，I表示地磁倾角，Θ和I均实测得到； 将地磁要素代入磁偶极子空间磁场表达式得到应力集中区内的横截面在ΧΟΖ平面中 的测点Μ"(Χ，0, ζ)处所产生的附加磁场磁感应强度分量表达式；其中，所述附磁偶极子空间 表达式为公式（3); 将公式（7)代入公式（3)，并令y = 0,得到所述附加磁场磁感应强度分量表达式为：
将公式（8)中的各附加磁场磁感应强度分量Bx、By、Bz分别对X求导，得到X轴、Y轴和 Z轴方向的三分量水平梯度Bxx、Byx和Bzx :
利用公式（9)绘制出三分量水平梯度沿管道轴向的变化规律曲线。
【文档编号】F17D5/00GK104297336SQ201410564429
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】胡祥云, 王怀江, 彭英杰 申请人:中国地质大学（武汉）