付大為， 郭 鶱， 胡鐵華

（機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司， 北京 100044）

0 引言

受國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求引領(lǐng)，管道建設(shè)速度越來越快，管道輸送效率亦越來越高。目前我國中國-中亞、中緬、中俄以及國內(nèi)管道西氣東輸一線、二線、三線等等，管道介質(zhì)流量速度達(dá)到7～9m/s，局部達(dá)到12m/s。 2017-2018 兩年期間，中緬管道無征兆的爆炸，再一次顯示高強(qiáng)鋼環(huán)焊縫裂紋易誘發(fā)管道早期斷裂的情況[1，2]。當(dāng)前，國內(nèi)外管道內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)金屬損失檢測(cè)速度≤5/s，裂紋檢測(cè)速度≤2/s，無法滿足管道介質(zhì)流速要求[3，4]。 在這種缺乏適合的內(nèi)檢測(cè)手段的環(huán)境下， 中石油采取了極端手段， 掘地3米，尋找管道環(huán)焊縫[5]，但收效甚微，其原因在于，耗時(shí)耗力找到油氣管道環(huán)焊縫， 所采用的仍然是傳統(tǒng)的檢測(cè)方法——射線方法和超聲相控陣等點(diǎn)檢方法， 然而實(shí)踐證明，射線方法發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷很有限，超聲相控陣方法雖優(yōu)于射線方法，但仍存在量化的局限性，且效率低、成本高、收效小。 本文提出了連續(xù)場(chǎng)原理，造主動(dòng)正交勵(lì)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)全覆蓋檢測(cè)，且檢測(cè)速度可達(dá)12m/s，并能同時(shí)檢測(cè)金屬損失及裂紋缺陷[6]。 為驗(yàn)證主動(dòng)正交勵(lì)磁連續(xù)場(chǎng)檢測(cè)性能， 制造了高速主動(dòng)牽拉場(chǎng)， 制作各種人工缺陷樣管，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明主動(dòng)正交激勵(lì)磁場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)高速、金屬損失及裂紋同時(shí)檢測(cè)的目標(biāo)。

1 主動(dòng)正交激勵(lì)磁場(chǎng)檢測(cè)器研制

圖1 正交勵(lì)磁油氣管道金屬損失裂紋內(nèi)檢測(cè)器三維實(shí)體布置圖

在鐵磁性油氣管道內(nèi)壁施加軸向恒磁場(chǎng)， 在軸向恒磁場(chǎng)垂直方向施加高頻動(dòng)磁場(chǎng)， 油氣管道管壁磁化及可見檢性在其他文獻(xiàn)已經(jīng)詳細(xì)描述。此處不再補(bǔ)充說明。本文將主動(dòng)正交勵(lì)磁場(chǎng)檢測(cè)方法構(gòu)造成油氣管道內(nèi)檢測(cè)器，如圖1 所示。正交勵(lì)磁油氣管道金屬損失裂紋內(nèi)檢測(cè)器主要構(gòu)成及作用：驅(qū)動(dòng)皮碗起到驅(qū)動(dòng)及密封作用，驅(qū)動(dòng)管道內(nèi)檢測(cè)器沿管道從上游向下游隨流移動(dòng)； 磁化裝置提供了主動(dòng)正交勵(lì)磁場(chǎng)；電磁控陣檢測(cè)系統(tǒng)提供了漏磁動(dòng)磁融合檢測(cè)；里程采集裝置提供了里程檢測(cè)及主動(dòng)采集控制； 電池電子系統(tǒng)提供了內(nèi)檢測(cè)器所用弱電系統(tǒng)供電及信息存儲(chǔ)；整個(gè)內(nèi)檢測(cè)器由載體承載一體沿管道實(shí)現(xiàn)隨流檢測(cè)， 且完成油氣管道內(nèi)壁全覆蓋檢測(cè)。待管道全部檢測(cè)完成后，將電子存儲(chǔ)系統(tǒng)信息上載上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及量化。

設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2 整機(jī)牽拉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文采用液壓儲(chǔ)能作為動(dòng)力源，PLC 控制，采用有限檔位，加速-勻速-減速模式。 牽拉場(chǎng)如圖2 所示。

缺陷樣管的制作原則來自于驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6597-2018《油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，如圖3 所示。

缺陷樣表形式如表2 所示。各類型缺陷數(shù)量見表3。

圖2 牽拉場(chǎng)

圖3 油氣管道缺陷類型圖

表2 管道缺陷樣表

表3 缺陷類型及數(shù)量表

牽 拉 速 度 設(shè) 定：0.5m/s、1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、8m/s，每種速度牽拉3 次。 牽拉過程如圖4 所示，牽拉速度分布圖如5 所示。

圖4 牽拉過程圖

圖5 21 次牽拉速度分布圖

3 人工缺陷數(shù)據(jù)分析

檢測(cè)數(shù)據(jù)上載到上位機(jī)。經(jīng)上位機(jī)數(shù)據(jù)反演后，得到數(shù)據(jù)分析量化結(jié)果。數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖6 所示。數(shù)據(jù)分析中分別顯示了恒磁場(chǎng)的三維漏磁信號(hào)X、Y、Z 及動(dòng)磁信號(hào)D。信號(hào)顯示有三種視覺效果：線圖、灰度及偽彩。經(jīng)分析量化與實(shí)際測(cè)量比對(duì)，結(jié)果統(tǒng)計(jì)缺陷類別、數(shù)量、檢出率及識(shí)別率見表4。

量化精度滿足表1 精度。

圖6 人工缺陷數(shù)據(jù)分析結(jié)果偽彩圖

表4 缺陷類別、數(shù)量、檢出率和識(shí)別率表

4 結(jié)論

綜上所述，本文給出了以下結(jié)論：

基于主動(dòng)正交勵(lì)磁檢測(cè)技術(shù)， 構(gòu)造了油氣管道內(nèi)檢測(cè)器。

依據(jù)油氣管道內(nèi)檢測(cè)器性能指標(biāo)構(gòu)建了主動(dòng)牽拉試驗(yàn)場(chǎng)。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6597-2018 《油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，制作了缺陷樣管，并進(jìn)行了實(shí)際測(cè)繪。

對(duì)實(shí)際測(cè)繪數(shù)據(jù)及管道特征參數(shù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)方法處理，反演標(biāo)定。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果， 驗(yàn)證了主動(dòng)正交勵(lì)磁檢測(cè)技術(shù)完全實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。