一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法及装置与流程

本发明涉及埋地管道检测技术领域，尤其涉及一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法及装置。

背景技术：

管道运输是石油、天然气的主要运输方式，陆地长输油气管道一般采用埋地铺设方式。埋地油气管道在运行中受土壤与输送介质腐蚀、疲劳、自然灾害、违章施工、打孔偷盗等影响，易发生腐蚀、变形、开裂、泄漏、燃烧、爆炸等事故，为确保油气管道安全运行，必须及时检测、发现管道缺陷并评价其对管道安全的影响。

埋地油气管道检测分为内检测和外检测：(1)内检测是将检测仪器置于管道内部，利用管道压力驱动完成检测，其缺点是对管径、弯管曲率半径、压力、介质流速等有限制，检测前需清管、检测成本高、存在堵管风险。(2)外检测是将检测仪器置于管道外部，根据仪器是否与管道本体直接接触，又分为开挖检测和非开挖检测，其中，开挖检测属破坏性检测，需要开挖、剥去管道防腐(保温)层、检测、管道包覆、回填等操作，工程量大、耗时长、且评估可靠性与开挖管段有关。当前埋地油气管道迫切需要非开挖检测技术，一方面，不与管道直接接触，无需清管、开挖，降低检测成本，另一方面，对管道参数及其运行条件无限制，检测要求低，操作风险小。

现有的一种埋地管道非开挖磁法检测方法，检测步骤为：经地磁场磁化后的埋地管道本身所具有的磁性为励磁源，埋地管道为检测对象，采用磁场强度的分辨率为1nT的磁通门传感器，磁通门传感器测量出地面以上的磁场强度和衰减量，同时对检测结果进行向下延拓、导数换算数据处理，根据处理后的数据对埋地管道质量进行检测，从而达到检测埋地管道有无缺陷及腐蚀程度的目的。

上述磁法检测存在以下缺陷：

(1)检测精度与磁传感器灵敏度有关；

(2)除梯度处理、导数换算外，还需更完善的数据处理手段，以抑制地磁场、管道磁场及其它干扰磁场，并突出缺陷磁场；

(3)缺乏有效数据分析方法，不能定量分析管体缺陷；

(4)向下延拓属不适定问题，没有严密准确的理论计算方法，且向下延拓具有高通滤波特性，局部噪声和干扰会被放大，使得向下延拓计算失败。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法及装置，以解决现有技术中存在的检测方法复杂、准确性和可靠性较低的技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法，检测方法为通过磁梯度张量值获得管体缺陷的不变量特征值，通过所述管体缺陷的不变量特征值定量评价管体缺陷等级。

进一步的，所述磁梯度张量值通过多个磁场矢量值和传感器之间的预设距离值计算获得，其中，所述磁场矢量值通过位于不同方位的传感器检测获得，所述预设距离值为位于同一轴线上的相邻两个传感器之间的距离。

进一步的，所述检测方法包括以下步骤：

步骤A、通过磁场矢量值、所述预设距离值计算获得所述磁梯度张量值；

步骤B、通过所述磁梯度张量值计算获得管体缺陷的不变量特征值；

步骤C、根据管体缺陷的不变量特征值定量评价管体缺陷等级。

进一步的，所述不同方位的传感器包括位于中心的零号磁传感器、在X轴方向上且位于所述零号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的一号磁传感器和二号磁传感器、以及在Y轴方向上且位于所述零号磁传感器两侧的与其间距均为d/2的三号磁传感器和四号磁传感器，所述检测方法中磁梯度张量G的计算公式为：

其中，B_XX表示磁场矢量的X分量在X向的变化率，B_XY表示磁场矢量的X分量在Y向的变化率，B_XZ表示磁场矢量的X分量在Z向的变化率，B_YX表示磁场矢量的Y分量在X向的变化率，B_YY表示磁场矢量的Y分量在Y向的变化率，B_YZ表示磁场矢量的Y分量在Z向的变化率，B_ZX表示磁场矢量的Z分量在X向的变化率，B_ZY表示磁场矢量的Z分量在Y向的变化率，B_ZZ表示磁场矢量的Z分量在Z向的变化率，B_1X表示一号磁传感器检测的X向磁场值；B_2X表示二号磁传感器检测的X向磁场值；B_3X表示三号磁传感器检测的X向磁场值；B_4X表示四号磁传感器检测的X向磁场值；B_1Y表示一号磁传感器检测的Y向磁场值；B_2Y表示二号磁传感器检测的Y向磁场值；B_3Y表示三号磁传感器检测的Y向磁场值；B_4Y表示四号磁传感器检测的Y向磁场值；B_1Z表示一号磁传感器检测的Z向磁场值；B_2Z表示二号磁传感器检测的Z向磁场值；B_3Z表示三号磁传感器检测的Z向磁场值；B_4Z表示四号磁传感器检测的Z向磁场值。

进一步的，所述管体缺陷的不变量特征值C_T为：

本发明还提供了一种埋地管道管体缺陷非开挖检测装置，包括壳体，所述壳体内设有检测元件，所述检测元件为三轴磁传感器。

进一步的，所述三轴磁传感器包括零号磁传感器，所述零号磁传感器两侧的垂直方向分别设有一号磁传感器和二号磁传感器，水平方向分别设有三号磁传感器和四号磁传感器；

所述一号磁传感器、所述二号磁传感器、所述三号磁传感器和所述四号磁传感器与所述零号磁传感器之间的距离相同。

本发明提供的一种埋地管道管体缺陷非开挖检测方法及装置的有益效果为：

(1)、由于磁梯度张量主要由管体缺陷引起，地磁场、管道磁场等背景磁场对其影响很小，因此，能更好突出缺陷磁场，提高缺陷信号信噪比。

(2)、检测方法通过选取磁梯度张量进行检测是由于：磁梯度张量各分量具有特定方向滤波特性，可识别管体缺陷、尤其是裂纹缺陷的方向；磁梯度张量对叠加磁性目标具有较高分辨力，可用于检测、评价管体共生缺陷；磁梯度张量具有旋转不变特征量，使得测量过程无需对检测装置严格定向；磁梯度张量有丰富的数据处理和特征提取方法，能更好刻画缺陷磁场的分布特征与规律，从而提高缺陷评价的准确性和可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的埋地管道管体缺陷非开挖检测方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例提供的埋地管道管体缺陷非开挖检测方法的无缺陷管体的地面磁场分布图；

图3是本发明实施例提供的埋地管道管体缺陷非开挖检测方法的有缺陷管体的地面磁场分布图；

图4是本发明实施例提供的埋地管道管体缺陷非开挖检测装置的结构示意图。

图中：

1、零号磁传感器；2、一号磁传感器；3、二号磁传感器；4、三号磁传感器；5、四号磁传感器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-4所示，一种埋地管道管体缺陷非开挖检测装置，包括壳体，壳体内设有检测元件，检测元件为三轴磁传感器。

其中，该检测元件的典型结构为：三轴磁传感器包括零号磁传感器1，零号磁传感器1两侧的垂直方向分别设有一号磁传感器2和二号磁传感器3，水平方向分别设有三号磁传感器4和四号磁传感器5；

一号磁传感器2、二号磁传感器3、三号磁传感器4和四号磁传感器5与零号磁传感器1之间的距离相同，均为d/2。

检测元件的数量并不局限于五个，也可以根据实际使用需求进行设置，具体排布方式也不局限于本实施例中的典型结构。

使用时，检测人员在地面手持埋地管道管体缺陷非开挖检测装置(即磁梯度张量检测仪)，通过探测管道上方地面磁场强度的变化实现管体缺陷的在线检测。

基于上述埋地管道管体缺陷非开挖检测装置的检测方法，其中，检测机理是由于地磁场和缺陷应力通过改变管体材料磁导率会引起管道空间磁场的强度变化，如图2和图3中所示的对比图，其中，管道上方的线条即为管体的地面磁场分布图。

本实施例中，主要采用磁梯度张量的检测方式，磁梯度张量主要由管体缺陷引起(地磁场、管道磁场等背景磁场对其影响很小)，因此，能更好突出缺陷磁场，提高缺陷信号信噪比；此外，选择通过磁梯度张量的计算进一步检测管体缺陷是由于磁梯度张量具有如下优势：磁梯度张量各分量具有特定方向滤波特性，可识别管体缺陷、尤其是裂纹缺陷的方向；磁梯度张量对叠加磁性目标具有较高分辨力，可用于检测、评价管体共生缺陷；磁梯度张量具有旋转不变特征量，使得测量过程无需对检测装置严格定向；磁梯度张量有丰富的数据处理和特征提取方法，能更好刻画缺陷磁场的分布特征与规律，从而提高缺陷评价的准确性和可靠性。

如图1所示，埋地管道管体缺陷非开挖检测方法，检测方法为通过磁梯度张量值获得管体缺陷的不变量特征值，通过管体缺陷的不变量特征值定量评价管体缺陷等级。

其中，磁梯度张量值通过多个磁场矢量值和传感器之间的预设距离值计算获得，其中，磁场矢量值通过位于不同方位的传感器检测获得，预设距离值为位于同一轴线上的相邻两个传感器之间的距离。

具体的步骤：

步骤A、通过磁场矢量值、预设距离值计算获得磁梯度张量值；

检测方法中磁梯度张量G的计算公式为：

其中，B_XX表示磁场矢量的X分量在X向的变化率，B_XY表示磁场矢量的X分量在Y向的变化率，B_XZ表示磁场矢量的X分量在Z向的变化率，B_YX表示磁场矢量的Y分量在X向的变化率，B_YY表示磁场矢量的Y分量在Y向的变化率，B_YZ表示磁场矢量的Y分量在Z向的变化率，B_ZX表示磁场矢量的Z分量在X向的变化率，B_ZY表示磁场矢量的Z分量在Y向的变化率，B_ZZ表示磁场矢量的Z分量在Z向的变化率，B_1X表示一号磁传感器检测的X向磁场值；B_2X表示二号磁传感器检测的X向磁场值；B_3X表示三号磁传感器检测的X向磁场值；B_4X表示四号磁传感器检测的X向磁场值；B_1Y表示一号磁传感器检测的Y向磁场值；B_2Y表示二号磁传感器检测的Y向磁场值；B_3Y表示三号磁传感器检测的Y向磁场值；B_4Y表示四号磁传感器检测的Y向磁场值；B_1Z表示一号磁传感器检测的Z向磁场值；B_2Z表示二号磁传感器检测的Z向磁场值；B_3Z表示三号磁传感器检测的Z向磁场值；B_4Z表示四号磁传感器检测的Z向磁场值。

步骤B、通过磁梯度张量值计算获得管体缺陷的不变量特征值：

步骤C、根据管体缺陷的不变量特征值定量评价管体缺陷等级。其中，管体缺陷的不变量特征值C_T不受检测装置姿态变化的影响，且在缺陷边缘处取极值，整体呈“双驼峰”式分布，并可用“峰峰”距离表征缺陷宽度。

本实施例中仅给出了一种较佳的检测和计算方式，但本发明并不局限于上述方式的检测，只要是根据磁梯度张量获得管体缺陷的不变量特征值；根据管体缺陷的不变量特征值定量评价管体缺陷等级的方法都在本发明的保护范围之内，例如，可以通过不同的矩阵计算公式或其他拟合公式以及优化的数据处理方式进行计算和分析，能够定量评价获得管体缺陷等级即可。

该检测方法解决了现有的磁法检测在检测装置精度局限下检测精度较低、数据处理和分析方法不当等问题，此外，管道可以是油气管道、铁磁性管道或者其他材料的管道，因而，上述缺陷检测方法通用性强、适用范围广泛。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。