趙曉明1 陳朋超1 李睿1 鄭健峰1 富寬1 賈光明1 邱紅輝2

1.中國(guó)石油管道公司； 2.中國(guó)石油管道科技研究中心

摘 要：打孔盜油犯罪活動(dòng)威脅管道安全運(yùn)營(yíng)，具有高后果風(fēng)險(xiǎn)。基于弱磁擾動(dòng)原理提出了一種不同于傳統(tǒng)漏磁檢測(cè)的管道支管專項(xiàng)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)。通過開發(fā)的專用傳感器，配合分瓣式組合結(jié)構(gòu)，允許探頭在一定提離值范圍內(nèi)仍可以準(zhǔn)確識(shí)別出直徑5 mm以上的盜油支管。通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及開挖驗(yàn)證已準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)多處盜油支管，有效降低了管道安全風(fēng)險(xiǎn)。

長(zhǎng)輸油氣管道具有大口徑、高壓力、介質(zhì)高度可燃易爆的特點(diǎn)，一旦發(fā)生管道泄漏事故，后果將極其嚴(yán)重。近年來，第三方損壞成為威脅我國(guó)管道輸送安全的一個(gè)主要因素，其中尤以打孔盜油最不易發(fā)現(xiàn)，對(duì)管道安全的危害也最大[1,2]。

打孔盜油是指在油氣管道上打孔并安裝支管、閥門的盜油行為，極易造成泄漏而引發(fā)管道失效風(fēng)險(xiǎn)。目前，發(fā)現(xiàn)盜油支管的主要方法有人工巡檢、在線泄漏檢測(cè) [3]、外檢測(cè)和漏磁內(nèi)檢測(cè)技術(shù)[4]。除漏磁內(nèi)檢測(cè)外，其他技術(shù)存在人員無法進(jìn)入受限區(qū)域、誤報(bào)率高、不能發(fā)現(xiàn)小管引流式盜油等缺點(diǎn)。雖然漏磁內(nèi)檢測(cè)精度最高，但檢測(cè)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、對(duì)管道清潔度要求高，并不適用于周期性監(jiān)測(cè)打孔盜油。因此需要開發(fā)一種費(fèi)用低、實(shí)施方便的檢測(cè)方法，而基于永磁擾動(dòng)原理的專項(xiàng)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)可以有效解決以上問題。

1 永磁擾動(dòng)檢測(cè)

1.1 永磁擾動(dòng)檢測(cè)原理

將永磁體靠近待檢測(cè)鐵磁構(gòu)件，會(huì)建立起磁相互作用場(chǎng)，當(dāng)該構(gòu)件上發(fā)生不連續(xù)突變時(shí)，所構(gòu)建的磁相互作用場(chǎng)會(huì)有磁擾動(dòng)產(chǎn)生并反饋到永磁體。采用一定方法捕獲到永磁體的磁擾動(dòng)變化，便可獲得鐵磁構(gòu)件上與之對(duì)應(yīng)的不連續(xù)信息。在獲取永磁體磁擾動(dòng)信息的過程中，由磁擾動(dòng)所引起的自身體積、磁阻或電阻等的變化微弱，不易被測(cè)量，所以直接從永磁體自身參數(shù)上獲得變化信息較為困難。但永磁體內(nèi)磁場(chǎng)的變化較明顯，易于被檢測(cè)到，所以可采用漆包線(一般為漆包銅線)環(huán)繞在永磁體上，以檢測(cè)永磁體因磁擾動(dòng)而引起的體內(nèi)磁場(chǎng)的變化，從而間接地實(shí)現(xiàn)永磁體磁擾動(dòng)的測(cè)量[5]。這樣通過捕獲由缺陷產(chǎn)生的永磁體上的磁擾動(dòng)，便可獲得缺陷存在與否的檢測(cè)評(píng)判依 據(jù)，最終完成缺陷的無損檢測(cè)。

如圖 1所示，由線圈和永磁體構(gòu)成的永磁擾動(dòng)探頭勻速掃查待檢測(cè)鐵磁金屬表面，遇到金屬表面不連續(xù)就會(huì)在線圈上產(chǎn)生電壓突變，該電壓突變隨后經(jīng)過放大、濾波及A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1.2 永磁擾動(dòng)檢測(cè)與漏磁檢測(cè)區(qū)別

永磁擾動(dòng)檢測(cè)不同于漏磁檢測(cè)，它們之間存在下列差異。

（1）檢測(cè)機(jī)制不同。永磁擾動(dòng)檢測(cè)為直接空間擾動(dòng)反饋；漏磁檢測(cè)為先導(dǎo)入磁場(chǎng)再形成泄漏量，即先磁化管道再于缺陷處形成漏磁場(chǎng)。

（2）捕獲對(duì)象不同。永磁擾動(dòng)檢測(cè)直接捕獲由缺陷形成的磁擾動(dòng)源擴(kuò)散到永磁體上產(chǎn)生的磁擾動(dòng)；漏磁檢測(cè)中捕獲的則是磁泄漏場(chǎng)，一種增大趨勢(shì)的泄漏量，是磁的正疊加。

（3）檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)不同。永磁擾動(dòng)檢測(cè)探頭可將傳感器與永磁體封裝為單一整體；漏磁檢測(cè)需要另外的永磁體作為勵(lì)磁源。

特別地，永磁擾動(dòng)檢測(cè)是“忌諱”背景磁場(chǎng)的，背景磁場(chǎng)越大，缺陷引起的永磁體內(nèi)部磁場(chǎng)變化越不明顯。相反，漏磁檢測(cè)是“依靠”背景磁場(chǎng)的，背景磁場(chǎng)越大，由缺陷所引起的磁力線泄露越多。

1.3 探頭提離試驗(yàn)

為 了 驗(yàn) 證 永 磁 擾 動(dòng) 檢 測(cè) 方 法 的 可 行 性 ， 從Φ 508 mm管道上切割下一段弧形板，在樣板上人為加工出不同尺寸的貫通孔和沉頭未貫通缺陷，用永磁擾動(dòng)探頭掃過這些缺陷，通過示波器獲取缺陷處的信號(hào)峰峰值電壓。統(tǒng)計(jì)不同缺陷類型、尺寸以及提離值5 mm時(shí)信號(hào)峰峰值數(shù)據(jù)（表 1）。

可以看出，檢測(cè)信號(hào)峰值與缺陷尺寸、類型均呈非線性增長(zhǎng)變化（圖 2）。其主要原因是，一定磁能積的永磁體所構(gòu)成的磁相互作用空間有限，超出這一空間，所引起的磁擾動(dòng)量減小。另外，檢測(cè)信號(hào)對(duì)探頭提離高度變化敏感，易于產(chǎn)生抖動(dòng)噪音[6]，因此有必要在兩個(gè)探頭間進(jìn)行差動(dòng)處理。

2 打孔盜油專項(xiàng)內(nèi)檢測(cè)器

檢測(cè)器主體結(jié)構(gòu)包括防撞頭、支撐板、密封皮碗、永磁擾動(dòng)探頭、里程輪、航空插頭及集線盒等，如圖 3所示。

作為打孔盜油專項(xiàng)檢測(cè)手段，該內(nèi)檢測(cè)器具備以下特點(diǎn)。

（1）基于傳統(tǒng)清管器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)送簡(jiǎn)單、通過能力高。

（2）不用調(diào)整任何工藝參數(shù)，在線投放，快速實(shí)施。

（3）傳感器對(duì)提離值不敏感，無需清管，直接 投放。

（4）里程輪采樣間距1 mm，能準(zhǔn)確給出盜油支管位置。

（5）檢測(cè)器內(nèi)置三軸加速度計(jì)和陀螺儀，可給出管道彎頭度數(shù)和支管方位。

（6）全圓周探頭給出環(huán)焊縫與螺旋（直）焊縫交點(diǎn)方位，可指導(dǎo)開挖驗(yàn)證定位。

（7）結(jié)合專用軟件分析， 24小時(shí)內(nèi)出具結(jié)果，實(shí)現(xiàn)最快捷的報(bào)告速度。

（8）周期性運(yùn)行可達(dá)到監(jiān)測(cè)效果，降低成本。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

通過在多條管道現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，對(duì)比漏磁內(nèi)檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)打孔盜油專項(xiàng)內(nèi)檢測(cè)器對(duì)管道三通、閥門、彎頭等管道特征（圖 4），以及典型的凹坑、腐蝕缺陷（圖 5）有非常好的檢測(cè)能力，尤其能準(zhǔn)確識(shí)別、量化和定位盜油支管。

某條管道在內(nèi)檢測(cè)完成兩年后首次進(jìn)行了打孔盜油專項(xiàng)內(nèi)檢測(cè)，除識(shí)別出已修復(fù)的100多處盜油閥門外，現(xiàn)場(chǎng)開挖又發(fā)現(xiàn)6處新增盜油支管，圖 6為一處新增支管的信號(hào)圖，圖 7為該支管現(xiàn)場(chǎng)照片。

在一段修復(fù)過盜油支管的管道上又發(fā)現(xiàn)兩處新增支管，累計(jì)支管數(shù)量達(dá)到12個(gè)（圖 8），現(xiàn)場(chǎng)開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)部分已出現(xiàn)滲油現(xiàn)象（圖 9），目前該段管道已做換管處理。

                                                                               圖 9  兩根管道上總計(jì)12個(gè)盜油支管

4 結(jié)論

基于永磁擾動(dòng)檢測(cè)原理而設(shè)計(jì)的打孔盜油支管專項(xiàng)內(nèi)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)合理，易于檢測(cè)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，該設(shè)備可有效檢測(cè)管道典型特征和凹坑及腐蝕缺陷，尤其對(duì)盜油支管有非常好的檢測(cè)能力。相比于傳統(tǒng)漏磁內(nèi)檢測(cè)器，具有快速、短周期、低成本、低清管要求的特點(diǎn)，其操作模式與常規(guī)清管相當(dāng)，也可以加入企業(yè)的清管作業(yè)計(jì)劃當(dāng)中，適合對(duì)打孔盜油易發(fā)區(qū)域管道進(jìn)行周期性監(jiān)測(cè)運(yùn)行，成為目前防治打孔盜油的最有效技術(shù)手段。

參考文獻(xiàn)：

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Science, 2017,17(3): 37-45.

作者：趙曉明， 1985年生， 2012年博士畢業(yè)于南開大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)，工程師，主要從事管道完整性管理技術(shù)相關(guān)的研究工作。