本发明专利涉及管道无损检测领域，特别是一种用于埋地钢质管道全生命周期缺陷识别、定位和严重程度排序的无损检测方法。
背景技术：
：钢质管道己成为石油与天然气等能源的主要运输方式，在国民经济中发挥着越来越大的作用。为了保障管道的运行安全，必须对其进行定期检测，以便及时发现问题，采取整改措施，从而防止发生重大的安全事故，避免造成巨大经济损失和人员伤亡。当前，常规的管道检测方法有漏磁检测、超声波检测、超生导波检测、涡流检测、磁粉检测等，其中漏磁检测的应用最为广泛和成熟，但漏磁检测是一种管道内检测技术，对管道的规格有所要求，容易造成卡堵，且会造成磁污染，增加磁化和消磁的成本。钢质管道在地磁场中，受到内压、温度应力和土压力等其它外载荷的作用下自发磁化，在管道附近形成自漏磁场。管道缺陷处由于应力状态、铁磁材料的量及铁磁材料分布的变化、导致自漏磁场发生畸变。因此，通过磁力梯度仪获取这种畸变即可识别和定位缺陷。然而，目前该方法在应用过程中存在多方面的问题，主要包括：(1)目前通过磁力梯度仪获取的自漏磁场磁感应强度梯度信号的分析主要以人为判断为主，准确性无法保证；(2)自漏磁场理论计算方法需要获取管道磁特性等基础参数，操作复杂，成本较高，精度低，实用性低；(3)目前的方法不能有效地对缺陷的严重程度进行判别，不能准确地从大量自漏磁场梯度信号异常的管段中甄别出需开挖详细检测和修补的严重缺陷。基于以上分析表明，目前急需一种简单适用、成本低的埋地钢质管道缺陷检测方法，以实现管道缺陷的识别、定位，以及严重程度排序，减小人为误差，提高严重缺陷甄别的准确度，从而有效地保障管道的安全。因此，本发明提出了一种基于自漏磁场历史数据的管道全生命周期缺陷检测方法。该方法通过对管道自漏磁场的动态监测，将历史数据作为当前管道缺陷状况的判别基准。这种基于历史数据的缺陷检测方法不需要对自漏磁场进行理论计算，操作简单，成本低，适用范围广。技术实现要素：本发明提供了一种基于自漏磁场历史数据的埋地钢质管道缺陷外检测的方法。运用该方法可实现埋地钢质管道缺陷的识别、定位和等级划分等功能，减少人为影响，有效甄别出严重影响管道安全的缺陷，为管道的安全运行提供保证。基于自漏磁场历史数据的埋地钢质管道缺陷外检测方法，其核心在于首先应收集管道的基础资料并对管道进行分区，其次，排查清理股管道沿线影响磁力梯度仪数据采集精度的环境因素；再次，收集自漏磁场磁感应强度梯度梯度信号；然后，以历史信号数据为基准，依据当前收集到的自漏磁场梯度信号，确定各管段当前自漏磁场信号与历史信号数据的相关度；最后，基于计算得到的相关度数据，按照相关度从低到高对管道进行排序，并筛选出缺陷状况严重的管道进行开挖和详细检查。一种埋地钢质管道缺陷外检测方法主要包括以下内容：(1)收集管道的基础资料。基础资料包括管道的设计资料、竣工资料、路由、材质、外径、壁厚、埋深、阴极保护装置、站场位置、站场的阴极保护位置、管道的设计压力、运行压力、管道的水力坡降线、管道的事故记录、管道的检测与维修记录、管道的停输记录、管道的工况变化记录。这些资料构成了管道的基础数据库。(2)管段区间及子区间划分。将整条管道划分为若干个管段，管段的划分应根据检测管道的输入及输出口位置、加热站及压缩机站等位置、变径管的位置、变壁厚的位置、阀门位置、管道变向的位置、管道有穿跨越结构的位置、管道阴保测试桩的位置等确定合理的评估管段区间。在确定管道分区后，在每个管段分区中应确定子管段，子管段是管道缺陷检测的最小单元。将管段区间命名为s，则s为所有管段区间组成的集合，如公式(1)所示。s＝{s1，s2，s3,…si,…,sm}(1)式中s为各管段区间组成的集合，si为管段区间，s1，s2，s3等共m个管段区间，按照管道里程从管道起点到管道终点进行排序。每个管段由若干子管段组成，子管段的集合构成区间，如公式(2)所示为区间si的集合表达式。子管段在检测中代表一个信号数据采集点。si＝{si1，si2，si3,…sij,…,smn}(2)式中si为各子区间组成的管段区间，si1，si2，si3等共n个区间按照管道里程从管段区间起点向管段区间终点到进行排序，sij为管段区间si的第j个子区间。(3)管道竣工时自漏磁场数据的采集。管道竣工后，管道试压前，沿管道起点向管道终点收集管道上方的自漏磁场磁感应强度梯度信号值，梯度信号包括3个方向的分量，分别为x轴方向的分量(垂直于管道轴线方向的分量)，y轴方向的分量(沿管道轴线方向的分量)和z轴方向的分量(垂直于管道所在平面的分量)。按照已经完成的管道分区对数据进行整理，每个子区间分别包含三组数据，即x轴方向，y轴方向和z轴方向的数据分别用bcijx，bcijy，bcijz表示。(4)管道试压时自漏磁场数据的收集。在管道试压结束后，管道即将进行试压。试压时首先记录管道的试压压力，试压管段的水力坡降线。在试压过程中，沿试压管道段的起点到终点收集管道的自漏磁场磁感应强度梯度三分量信号，信号同样包括三部分，分别为x轴方向的分量(垂直于管道轴线方向的分量)，y轴方向的分量(沿管道轴线方向的分量)和z轴方向的分量(垂直于管道所在平面的分量)。按照已经完成的管道分区对数据进行整理，每个子区间分别包含三组数据，即x轴方向，y轴方向和z轴方向的数据，分别用btijx，btijy，btijz表示。(5)管道初始运行时自漏磁场数据收集。经过试压和试压后整改，整条管道可视为无缺陷管道。利用三分量磁力梯度仪沿管道起点到终点收集管道的自漏磁场磁感应强度梯度三分量信号，信号同样包括三部分，分别为x轴方向的分量(垂直于管道轴线方向的分量)，y轴方向的分量(沿管道轴线方向的分量)和z轴方向的分量(垂直于管道所在平面的分量)。按照已经完成的管道分区对数据进行整理，每个子区间分别包含三组数据，即x轴方向，y轴方向和z轴方向的数据，分别用bsijx，bsijy，bsijz表示。(6)收集管道运行期间自漏磁场数据。管道运行过程中，定期对管道的自漏磁场进行收集，收集工作进行前，应清除管道沿线铁磁性干扰物，然后利用三分量磁力梯度仪沿管道起点到终点收集管道的自漏磁场磁感应强度梯度三分量信号，信号同样包括三部分，分别为x轴方向的分量(垂直于管道轴线方向的分量)，y轴方向的分量(沿管道轴线方向的分量)和z轴方向的分量(垂直于管道所在平面的分量)。按照已经完成的管道分区对数据进行整理，每个子区间分别包含三组数据，即x轴方向，y轴方向和z轴方向的数据，分别用boijx，boijy，boijz表示。(7)管道自漏磁场梯度三分量信号相关度分析。在管道的整个生命周期中，通过计算当前自漏磁场信号与上一次检测获取的自漏磁场信号(历史数据)的相似系数，评估管道的缺陷状况。在管道缺陷评估的每个阶段将采集到的自漏磁场信号值按管道子区间进行分类，并得到每个子区间当前阶段的自漏磁场数据与上一阶段的相似系数沿x轴、y轴和z轴方向的分量值six，siy，siz以及平均值si的计算方法如公式(3)～(6)所示。式中fi为管道第i子区间的相似度平均值；fix，fiy，fiz为管道第i子区间的相似度沿x轴，y轴和z轴的分量；bpijx，bpijy，和bpijz为管道第i子区间当前的自漏磁场磁感应强度梯度沿x轴，y轴和z轴的分量；blijx，blijy，和blijz为管道第i子区间上一次检测时的自漏磁场磁感应强度梯度沿x轴，y轴和z轴的分量。(8)确定管段缺陷严重程度排序及开挖详细检查管段。按照fi的值的大小，对检测管道的所有管段(共m段)的缺陷状况进行排序(由低到高)。管段fi的值越小，其缺陷程度越严重。排序完成后，首先选取排名第一和第二的管段作为开挖详细检测管段，进行开挖和接触检测，并按照相关的标准对缺陷的适用性进行评价，若两个子区间都满足适用性评价，则停止开挖详细检测；若其中至少有一个点不满足适用性评价，则继续选取排名相对靠后的两个点作为开挖详细检测的管段，重复上述操作，直到连续取的两个开挖详细检测点满足适用性评价时停止该操作。附图说明附图1检测方法实现的流程图；附图2管道自漏磁场三分量与管道之间相对位置示意图；附图3示例管道前后两次检测获得的自漏磁场磁感应强度沿x轴方向的分量；附图4示例管道前后两次检测获得的自漏磁场磁感应强度沿y轴方向的分量；附图5示例管道前后两次检测获得的自漏磁场磁感应强度沿z轴方向的分量。具体实施方式下面将结合附图和示例对具体实施方式进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。一种埋地钢质管道全生命周期缺陷外检测方法主要包括八个步骤，其流程如附图1所示，具体步骤如下：步骤一，收集管道的基础资料。基础资料包括管道的设计资料、竣工资料、路由、材质、外径、壁厚、埋深、阴极保护装置、站场位置、站场的阴极保护位置、管道的设计压力、运行压力、管道的水力坡降线、管道的事故记录、管道的检测与维修记录、管道的停输记录、管道的工况变化记录。步骤二，划分管段区间及其子管段。将整条管道划分为若干个管段，管段划分应根据检测管道的输入及输出口位置、加热站及压缩机站等位置、变径管的位置、变壁厚的位置、阀门位置、管道变向的位置、管道有穿跨越结构的位置、管道阴保测试桩的位置等管道信息合理确定。在确定管道分区后，在每个管段分区中应确定分区中的子管段，子区间是管道缺陷检测的最小单元。管段应不大于100m，子管段应不大于1m。每个子管段至少确定一个检测点，以便在后期检测中精确地定位缺陷的位置。将管段区间命名为s，则s为所有管段区间组成的集合，如公式(1)所示。s＝{s1，s2，s3,…si,…,sm}(7)式中s为各管段区间组成的集合，si为管段，s1，s2，s3等共m个管段，按照管道里程从管道起点到管道终点进行排序。每个管道区间由若干子管段组成，子管段的集合构成管段，如公式(2)所示为区间si的集合表达式。si＝{si1，si2，si3,…sij,…,smn}(8)式中si为各子区间组成的管段区间，si1，si2，si3等共n个区间按照管道里程从管段起点向管段终点到进行排序，sij为管段si的第j个子管段。步骤三，收集管道竣工时的自漏磁场数据。管道竣工后，管道试压前，采用三分量磁力梯度仪沿管道起点向管道终点收集管道上方的自漏磁场磁感应强度梯度三分量信号值。按照已经完成的管道分区对数据进行整理。每个子区间分别包含三组数据，即x轴方向，y轴方向和z轴方向的数据分别用bcijx，bcijy，bcijz表示。步骤四，收集管道试压时的自漏磁场数据。试压时首先记录管道的试压压力，试压管段的水力坡降线。在试压过程中，先清除管道沿线的铁磁性干扰物，然后采用三分量磁力梯度仪沿试压管道段的起点到终点收集管道的自漏磁场磁感应强度梯度三分量信号。按照已经完成的管道分区对数据进行整理。每个子区间分别包含三组数据，即x轴方向，y轴方向和z轴方向的数据，分别用btijx，btijy，btijz表示。步骤五，收集管道初始运行时的自漏磁场数据。首先清除管道沿线铁磁性干扰物，然后利用三分量磁力梯度仪沿管道起点到终点收集管道的自漏磁场磁感应强度梯度三分量信号。按照已经完成的管道分区对数据进行整理。每个子区间分别包含三组数据，即x轴方向，y轴方向和z轴方向的数据，分别用bsijx，bsijy，bsijz表示。步骤六，收集管道运行期间的自漏磁场数据。首先清除管道沿线铁磁性干扰物，然后利用三分量磁力梯度仪沿管道起点到终点收集管道的自漏磁场磁感应强度梯度三分量信号。按照已经完成的管道分区对数据进行整理。每个子区间分别包含三组数据，即x轴方向，y轴方向和z轴方向的数据，分别用boijx，boijy，boijz表示。步骤七，计算管道自漏磁场信号相似系数。通过计算当前管道的自漏磁场信号与上一次检测获取的自漏磁场信号(历史数据)的相似系数，评估管道的缺陷状况，并得到每个子区间对应的相似系数沿x轴、y轴和z轴方向的分量值six，siy，siz以及平均值si，如公式(3)～(6)所示。式中fi为管道第i子区间的相似度平均值；fix，fiy，fiz为管道第i子区间的相似度沿x轴，y轴和z轴的分量；bpijx，bpijy，和bpijz为管道第i子区间当前的自漏磁场磁感应强度梯度沿x轴，y轴和z轴的分量；blijx，blijy，和blijz为管道第i子区间上一次检测时的自漏磁场磁感应强度梯度沿x轴，y轴和z轴的分量。步骤八，确定管段缺陷严重程度排序及开挖详细检查管段。按照fi的值的大小，对检测管道的所有管段(共m段)的缺陷状况进行排序(由低到高)。管段fi的值越小，其缺陷程度越严重。排序完成后，首先选取排名第一和第二的管段作为开挖详细检测管段，进行开挖，并采用金属磁记忆检测、超生检测和射线检测等方法对管道缺陷状况进行详细检测，并按照相关的标准对缺陷的适用性进行评价，若两个子区间都满足适用性评价，则停止开挖详细检测；若其中至少有一个点不满足适用性评价，则继续选取排名相对靠后的两个点作为开挖详细检测的管段，重复上述操作，直到连续取的两个开挖详细检测点满足适用性评价时停止该操作。下面结合一实验管道，应用本发明所述方法对其试压阶段的缺陷进行检测，从而对本发明的应用原理做进一步阐述：第一步，按照上述步骤一所述方法，收集管道的基础数据。管道直径为426mm，壁厚为9.5mm，长度为45m。第二步，按照步骤二的计算方法，划分管段区间及其子管段。由于该实验管道较短，所以将其等分为6段，每段7.5m。每一个管段划分为15个子管段，每个子管段选取一个测量点。即m＝6，n＝15。步骤三，收集管道竣工时的自漏磁场数据。采用三分量磁力梯度仪收集管道上方的自漏磁场磁感应强度三分量数据，得到管道竣工时(无内压)的自漏磁场磁感应强度三分量(x轴分量、y轴分量和z轴分量)沿管道里程的变化曲线分别如图3、4和5中实线所示。步骤四，收集管道试压时的自漏磁场数据。同样采用三分量磁力梯度仪收集管道上方的自漏磁场磁感应强度三分量数据，得到管道试压时的自漏磁场磁感应强度三分量(x轴分量、y轴分量和z轴分量)沿管道里程的变化曲线分别如图3、4和5中虚线所示。由于对管道试压阶段的缺陷进行检测，故不需要进行第五和第六步操作。步骤七，计算管道自漏磁场信号相似系数。将试压前后得到的自漏磁场磁感应强度三分量数据按照管段分区进行整理，计算出每段管道自漏磁场的相似系数沿x轴，y轴和z轴的分量值和平均值。步骤八，管段缺陷严重程度排序及开挖详细检查管段的确定。按照相似系数平均值fi的大小，对检测管道的所有管段(共6段)的缺陷状况进行排序(由低到高)。管段fi的值越小，其缺陷程度越严重。结果如表1所示。按照排序结果，选取管段s3和s1进行详细检测。详细检测结果表明管段缺陷状况符合适用性评价标准。因此，该次检测结束。表1管段缺陷严重程度排序排序管段相似系数1s30.8931672s10.9261923s20.9527534s50.9721555s40.9775446s60.983419当前第1页12