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发布日期:2021年04月10日
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    一、系统架构
     
    GBH管道腐蚀智能检测仪包括控制单元、数据采集器、传感器三个主要部分。
     
    1.传感器
     
    传感器包括发射回线和接收回线两部分,用来实现TEM信号的激励与接收。
     
    2.数据采集器
     
    GBH-1数据采集器用于激励、采集、记录瞬变电磁信号,具有抗干扰能力强、稳定性好、轻便等特点。
    2.1. GBH-1数据采集器具有如下特点:
     
    □ 双通道、高可靠性、低耗电 - 精心设计的双通道接收机及功率电子电路、合理的散热措施、牢固的机械结构、进口全密封仪器箱体,确保整机的高可靠性、低耗电。
     
    □ 无线控制 - 控制单元可通过蓝牙无线通讯技术来控制数据采集器。
     
    □ 抗干扰能力强 - 程控硬件滤波器、独特精准的供电频率、数据叠加、软件滤波,使数据采集器具有超常的抗干扰能力。
     
    □ 多时窗、高测量精度 - 时窗多少可由操作员设置,既可对数分布也可线性分布,使用高精度恒温晶振完成定时,时-深关系稳定、准确,测量子样窗分布合理。
     
    □ 发射部分与接收部分整装一体 - 发射机具备快速关断功能,关断时间测量功能可提供准确的发射机实际关断时间,提高软件解释精度
     
    2.1. GBH-1数据采集器具有如下特点:
     
    □ 双通道、高可靠性、低耗电 - 精心设计的双通道接收机及功率电子电路、合理的散热措施、牢固的机械结构、进口全密封仪器箱体,确保整机的高可靠性、低耗电。
     
    □ 无线控制 - 控制单元可通过蓝牙无线通讯技术来控制数据采集器。
     
    □ 抗干扰能力强 - 程控硬件滤波器、独特精准的供电频率、数据叠加、软件滤波,使数据采集器具有超常的抗干扰能力。
     
    □ 多时窗、高测量精度 - 时窗多少可由操作员设置,既可对数分布也可线性分布,使用高精度恒温晶振完成定时,时-深关系稳定、准确,测量子样窗分布合理。
     
    □ 发射部分与接收部分整装一体 - 发射机具备快速关断功能,关断时间测量功能可提供准确的发射机实际关断时间,提高软件解释精度。
     
    2.2. GBH-1数据采集器主要技术指标
     
    2.2.1. 体积:486×392×192 mm3
     
    2.2.2. 重量:11.2kg
     
    2.2.3. 发射接收同步方式:电缆
     
    2.2.4. 工作温度:-10℃~+50℃
     
    2.2.5. 发射部分
     
    □ 发射电压输入:12V,24V
     
    □ 发射电压:① 5.5V~ 8V(发射电压输入12V)连续可调
    ② 5.5V~20V(发射电压输入24V)连续可调
     
    □ 电流测试精度:±1%
     
    2.2.6. 接收部分
     
    □ 通 道 数:2
     
    □ 通 频 带:0~50KHz(线性相位滤波器),全通为0~400KHz
     
    □ 工频压制:≥80dB
     
    □ A/D位数:16位
     
    □ 最小采样间隔:1μs
     
    □ 电 源:内置12V可充电电池(也可外接),工作时间≥10小时
     
    3.控制单元
     
    控制单元用来控制数据采集器和传感器工作,实现数据收录、信号处理、图示、解释分析等功能。可用具有蓝牙接口的掌上电脑或笔记本电脑作为载体。
     


    图2 控制单元界面(掌上电脑)



    图3 控制单元界面(笔记本电脑)
     
    二、方法原理
     
    金属管道敷设运行后,如防护不当就会发生腐蚀。无论是电化学腐蚀、杂散电流腐蚀还是厌氧菌腐蚀,其结果都是金属蚀失、腐蚀产物堆积,造成埋地金属管道的导电率和导磁率变异。显然,只要检测出因腐蚀所致的此种物理性质的变异部位和变异程度,经过与已知(已发生腐蚀和未发生腐蚀)情况对比,就可以指出腐蚀地段并对腐蚀导致的管壁减薄程度做出评价。
     
    管壁厚度TEM评价系统利用TEM(瞬变电磁)手段检测评价地下管道的剩余管壁厚度,不开挖、不与管道直接接触、不影响管线正常运行。方法的核心问题有两个:一是采用高灵敏度、高稳定性、高抗干扰能力的数据采集器检测管道的综合物理特性所发生的微小变化,二是利用不同目标体的瞬变响应具有时间可分性的特点来识别并研究被测管段的腐蚀程度。 在传感器发射回线中加载稳定激励电流,建立起一次磁场,瞬间断开激励电流便形成了一次磁场"关断"脉冲。此一随时间陡变的磁场在管体中激励起随时间变化的"衰变涡流",从而在周围空间产生与一次磁场方向相同的二次"衰变磁场",二次磁场穿过传感器接收回线中的磁通量随时间变化,在接收回线中激励起感生电动势,利用数据采集器观测到用激励电流归一化的二次磁场衰变曲线——瞬变响应。
     
    归一化的脉冲瞬变响应特征主要取决于被测管段金属管体的埋深、管径、壁厚、电导率、磁导率以及管内输送物质的电导率、磁导率、介电常数。除此之外,防腐层的厚度、防腐介质的介电常数和体电阻率,围土介质的电导率、磁导率、介电常数等也会对归一化的脉冲瞬变响应产生影响。金属管体与防腐层以及围土介质的电磁特性差异显著,在归一化的脉冲瞬变响应曲线上具有明显的时间可分性。在信噪比足够高的情况下,可以划分出被测管段所对应的响应时窗。在所划分出的瞬变响应时窗范围内,通过反演模拟的手段,确定瞬变时间常数,继而得出被测管段的管壁厚度。
     
    三、有关术语和技术指标
     
    1.被测管段长度:每个检测点覆盖的管段长度近似等于所采用的传感器发射回线边长与2倍管道中心埋深之和(L+2h)。
     
    2.检测精度:采用"一同三不同"的原则评价检测质量,统计原始检测所得的平均管壁厚度与检查检测所得的平均管壁厚度之间的均方误差,以此作为衡量检测工作质量的指标。检测精度与所使用的数据采集器以及所采用的抗干扰措施有关。以GBH-1为例,如果采用多次叠加手段提高信噪比,一般情况下,误差可控制在5%以内。
     
    3.验证方法:开挖验证,并采用高精度(0.1mm~0.01mm)测厚仪实际测量管壁厚度,测量点应均匀分布并具有统计意义。
     
    4.符合率:检测出报的剩余管壁平均厚度与管壁实际平均厚度之间的偏差不超出检测精度范围时,称为"检测结果与实际情况相符"。一般情况下,符合率不低于80%。
     
    5.适用对象:由于是在地面采用非接触式信号加载方式,管壁厚度TEM评价系统最适用的检测对象是单根或者可视为单根的地下管道。
     
    四、现场工作
     
    根据需要,配置不同的传感器可检测评价地面管道或地下管道。
     
     



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    图4a 地面管道检测                图4b 地下管道检测
     
    五、应用效果
     
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    管壁厚度TEM检测技术得到业内同行的普遍关注,近几年来,在大庆、胜利、大港、轮南、彩南、石西等油田,齐鲁石化总公司、太原钢铁总公司、保定煤气公司、昆明煤气公司、天津燃气公司等企业,应用本方法检测评价的管道已超过500公里,检测结果都经过了抽样开挖验证。其中,胜利油田技术检测中心"仅2004年就在不开挖不停输的情况下完成埋地管道腐蚀检测210多公里,现场开挖验证符合率达到100%","由于对管道腐蚀状况的准确评估,实际裁定的管线更换长度比上报更换长度减少149公里,可为油田节约投资9401万元左右。"(摘自《腐蚀检测、控制与评价研究工作发展论证研讨会记要》,2005年4月7日)
     
    大港油田中一站至中一转集输管道500米试验段检测工作完成后,将整段管道全部挖出与检测结果对比,取得53个有效验证点,其中46个测点检测值与实际值误差小于5%,符合率为86.8%。(图5)
     
     
    图5 大港油田中一站至中一转集输管道试验段验证工作现场
     
    据不完全统计,至2006年4月止,在66处开挖验证的管壁厚度检测成果中(不包括上述53个验证点),有58处与实际管壁厚度(采用0.01mm精度的超声测厚仪实测)的偏差小于5%。所涉及的管道和验证情况如下:
     
    管道规格:管径108mm~1000mm、壁厚5mm~25mm; 
    中心埋深:0.5m~3.6m; 
    管道材质:铸铁管1处、无缝钢管2处、直缝钢管17处、螺纹钢管46处; 
    管内介质:水14处、原油16处、油水混合物6处、燃气11处、空管19处; 
    TEM数据采集精度:2.88%~5.09%; 
    检测壁厚相对实际壁厚的偏差:最小0.26%、最大10.57%; 符合率(检测壁厚相对实际壁厚偏差不超过5%的比率):87.88%。
     
    以下是部分开挖验证情况: 
     
    图6 大港油田中一站至中一转169测点
    管道规格159×6mm;管壁厚度检测值5.1mm;实测值5.00mm 
     
    图7 胜利油田滨南稠油管道4595测点 
    管道规格325×8mm;管壁厚度检测值8.4mm;实测值8.41mm 
     
    图8 胜利油田东辛寒柳线小清河测试桩北3518米处 
    管道规格426×7mm;管壁厚度检测值6.7mm;实测值6.63mm 
     
    图9 胜利油田东辛寒柳线小清河测试桩北3150米处 
    管道规格426×8mm;管壁厚度检测值7.88mm;实测值7.73mm 
     
    图10 胜利油田河口采油厂丁义线17800测点 
    管道规格219×6mm;管壁厚度检测值5.4mm;实测值5.43mm 
     
    图11 胜利油田河口采油厂丁义线17836测点 
    管道规格219×6mm;管壁厚度检测值5.3mm;实测值5.16mm