一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法

本发明涉及管道监测检测领域，尤其涉及一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法。

背景技术：

1、由于管道输运的安全性和效率高、运行和操作稳定可靠、成本低、较少受气候条件影响等诸多优点，因此一直广泛地作为燃油输运的最佳选择，在机场停机坪的燃油输运中埋地管线也得到了广泛的应用。

2、然而随着运行年限的增加或受外部环境因素的影响，管线会出现腐蚀、老化现象，甚至发生管道泄漏，最终成为引发各类管线运行事故的风险因素。当埋地管道发生泄漏，可能会带来不可预测的风险、环境污染和经济损失，而对像在停机坪这一类的复杂环境，输油管道的监测、检测和泄漏点定位又往往更加复杂和困难。

3、对管道进行状态监测或检查是维护管道的安全运行的重要途径。管道的监测检测可以大致地分为三类：内检测、外检测和实时在线监测检测。当前国内外管道内检测装备，或称之为管道内检测机器人，都需要携带装备在管道内行进，通过各类检查技术，例如漏磁检测，超声波检测等，对管道的完整性状态进行检查；外检测有各种巡检技术，包括通过音频、激光、电磁等途径对埋地管线进行检测；实时在线的监测检测也发展了很多方法，包括压力梯度法、声波法、模拟仿真法等。但目前所有的各类检测技术都存在各自的局限性，对铺设在机场停机坪钢筋混凝土层下复杂的燃油输运管道的监测检测都不能很好的适用，而且还不能做到实时在线监测，且在检测时仍然需要大量的人工参与。

技术实现思路

1、为了解决在复杂环境条件下管道完整性状态的监测检测无法做到实时，且需要人工参与的技术问题，本申请提供一种可以实现实时在线监测检测和异常点定位的时频电磁法，在电磁检测技术的基础上，实现一种无需人工现场参与的、复杂环境条件下的管道状态实时监测和检测。

2、其中本发明提供的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法包括以下步骤：

3、s1：建立检测区域内含管道和管道外部环境条件的电磁场系统地电模型，所述电磁场系统地电模型包括钢筋混凝土层、卵石-土壤填埋覆盖和管道的外包覆保护层、管道几何模型及路由信息；

4、s2：建立电磁监测检测单元，所述电磁监测监测单元包括：电磁激励系统、信号检测系统和电磁信息采集系统，所述电磁监测监测单元用于电磁信息验证与处理；

5、s3：利用所述电磁激励系统产生激发信号，激发信号与管道-管道外部环境的地电系统耦合，经由信号检测系统后，被所述电磁信息采集系统所采集；所述电磁激励系统、电磁信息采集系统设置于监测检测区域内，所述电磁信息采集系统同时采集电场分量和磁场分量；

6、s4：建立信号处理系统，所述信号处理系统进行信号预处理和信号的相关分析去噪；

7、s5：建立反演分析系统，所述反演分析系统通过分析处理上述电磁信息采集系统提供的数据，提供监测区域内三维电磁场分布、三维电阻率和极化率分布；

8、s6：状态判别系统，通过上述电磁信息采集、信号处理和反演分析，判别埋地管道的完整性状态。

9、本发明提供的有益效果是：解决了复杂环境条件下管道监测检测需要大量人工参与的技术问题，提高了管道检测效率，节省了成本。

技术特征：

1.一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：所述电磁场系统地电模型外层由一个球状的、代表有限远电磁场的边界层构成，其含有限远电磁场边界层的内边界γo，所述电磁场地电模型由外向内依次设置有：球形有限远边界层，地面上部空气、地面及以下的监测外区域ωo、监测内区域ωm、混凝土层和卵石-土壤填埋覆盖、管道外包覆层和管道；所述区域ωo与ωm之间为监测边界γb；所述卵石-土壤填埋覆盖中设有埋地管道；所述管道包括：管体和管体外包覆层；其中管体内部为燃油；所述混凝土包括素混凝土和钢筋混凝土。

3.如权利要求2所述一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：监测区域ωm内设置有电磁激励系统，由一组或多组激励电偶极a和b构成，其中电偶极a与钢质管道联通，与该组电磁激励相应的另一电偶极b接地。

4.如权利要求3所述的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：监测区域ωm内还设置有多个适当分布的监测检测点，在每一个所述监测检测点设置有一组电场检测传感器和磁场检测传感器(s)；监测区域ωm的边界γb以外的监测外区域ωo的地电属性对监测区域ωm的影响都被集中表现在对边界γb的影响。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：所述的电磁激励系统产生的电磁激励由不同频率、幅值、形态特征的电流或电压信号构成；

6.如权利要求1-5所述的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：步骤s5中，利用电磁信息处理系统分别在时域和频率中，反演生成监测区域ωm内的三维电磁场分布、三维电阻率和极化率分布，具体如下：

7.如权利要求6所述的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：基于步骤s5中反演解算出的三维电磁场分布、三维电阻率和极化率分布进一步确立是否出现异常和定位异常点，并根据异常的特征，判断异常类别；所述异常类别包括：管道包覆层损坏，但管道无泄漏；管道包覆层损坏，管道泄漏发生；无异常，管线完整性状态完好。

8.如权利要求1所述的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：所述电磁激励系统发射的激发信号以电压的方式进行发射，由管道垂直于地面向外传播；电磁激发信号包括时域信号和频域信号；时域信号采用过零方波，频率信号采用不过零方波。

9.如权利要求8所述的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：所述信号处理系统处理频域电磁场信号的具体过程如下：

10.如权利要求8所述的一种管道完整性状态电磁监测检测和异常点定位方法，其特征在于：所述信号处理系统处理时域电磁场信号的具体过程如下：

技术总结
本发明公开了一种复杂环境条件下埋地管网状态的电磁监测检测方法，其包括以下步骤：建立检测区域内含管道和管道外部环境条件的电磁系统地电模型，包括钢筋混凝土层、卵石‑土壤填埋覆盖和管道的外包覆保护层、管道及路由信息；建立管道状态监测的电磁激励、信号检测和数据采集系统；基于采集的电磁场分量，应用时频电磁法完成检测区域的电磁场反演，获得其电阻率和极化率分布，实现对管道或管网完整性状态的监测检测。本发明的有益效果是：可区分管道的不同状态以及确定泄漏点位置等；在含混凝土覆盖的复杂环境条件下所述方法仍然适用；此外，无需现场人工参与，适用于含不同管径与交错铺设的、需实时或定期或不定期监测检测的复杂管网场景。

技术研发人员：赵春田,何展翔,姚翔,李红梅
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15