使用应力集中磁检测仪无接触式诊断石油燃气管道

北京中诚嘉仪科技有限公司  石家良

拥有20 多年**金属磁记忆方法和仪表经验的俄罗斯动力诊断公司，于2000 年就已经着手**无接触式磁诊断埋地石油燃气管道技术。为了和TSC 系列仪表配套，制造了专用的多通道高灵敏度的铁磁探测传感器和计长装置。目前采用的主流主机为TSC-7M-16应力集中磁检测仪或TSC-5M-32金属磁记忆检测仪。

**批我们在现场完成的无接触式磁诊断工程中，找出了和金属磁记忆方法中同样的评价应力-变形状态的诊断参数。

无接触式磁诊断是基于检测在应力集中区和腐蚀-疲劳损伤生长区域由于管道金属导磁率的变化形成的地球磁场畸变，由于管道形变引起的地球磁场的变化特性（频率、振幅）是在一系列因素作用下产生的：工艺制造和安装的残余应力、工作载荷及气温和介质（土壤、水等）温度波动下的自补偿应力。

按离地表200-300mm 的距离，记录下来的磁场变化来诠释管道状态的信息时，需使

用动力诊断公司根据金属磁记忆方法研制的判据和软件产品[1, 2]。.

其中，查明了被测磁场所有三个分量的周期性变化和受检管道型号尺寸（直径、壁厚和管道对接焊缝间长度）的**关系。这些在无接触式磁诊断查出的定性诊断参数是管道金属宏观体积里应力集中区-各种损伤发展的根源特性。图1 是无接触式磁诊断时记录下来的石油管道(∅ 219mm（ 直径）ст.20（钢牌号))应力集中区典型的磁图形。

显然，应力集中区ЗКН1 里磁场Нр 的分布与管子直径成比例（见图1，b）而在应

力集中区ЗКН2 里-和管子长度成比例（见图1，c）。

a）

图1．在石油管道(∅ 219mm（ 直径）ст.20（钢牌号) 具有应力集中区的某些区段上记录下来的磁场Нр 检测结果图形。a – 磁场Нр 在应力集中区ЗКН 1 与ЗКН 2 里的分布；b –磁场 Нр的分布与管子直径(2dн)成比例；c –磁场 Нр的分布与管子长度( l тр )和外径dн 成比例。

接着我们采取了下列步骤来发展无接式触磁诊断，在诠释找出的那些具有同样磁参数的应力集中的磁图形时，我们学会了确定那很可能发展损伤的*大应力集中区，这一步对无接触磁诊断的发展是必需的，其目的在于确定开挖的位置以便对管子的应力集中区完成直接检测。

要确定管道有应力集中区*危险的管段，我们也使用过和正在使用金属磁记忆方法的判据（按单独分量的磁场梯度值、按检测通道基础距离的梯度值等）。

我们再来研究现场上采用无接触式磁诊断的例子。

2008 年6 月动力诊断公司和“托木斯克工程技术中心”的专家完成了托木斯克天然气输送公司亚力山大罗夫斯克管线生产管理局天然气干线管道∅1020х14mm（直径X 壁厚）(ст.17ГС)（钢牌号）的一些区段的无接触式磁诊断，该区段的天然气管道在天然气- 3 -压力为37.5Мp（兆帕）下使用了40 年。无接触式磁诊断之目的是找出天然气管道潜在的危险管段和确定*要修理的管段。

a）

b）

图2 用金属磁记忆法检测地下天然气管道∅1020мм （直径）嵌入∅300mm（直径）管处的结果，1 号开挖坑。a –沿角焊缝磁场Нр 及其梯度值dH/dx 的分布图形；b –角焊缝里有深达3mm 的切沟和用金属磁记忆法查出的*大应力集中区相重合。

该管段的无接触检测发现两个*危险的位置，并建议在这两个地段开挖，在1 号开挖坑用金属磁记忆法和使用TSC 系列仪表完成了管子表面的直接检测。图2，a 是在开挖处用金属磁记忆法沿嵌入∅300мм（直径）天然气管道的角焊缝得到的检测结果，即*大梯度值的那个*大的应力集中区，发现是角接缝上的3mm 切口（见图2，b 上的照片）。

在2 号开挖坑挖开土壤后，在天然气管道表面发现了生物腐蚀疤痕。

图3 是2 号开挖坑∅1020mm（直径）天然气管道基体用金属磁记忆法得出的检测结

果。

图3，а 是沿生物腐蚀管段记录下来的磁场梯度值的分布。图3，b 是按金属磁记忆

法的检测结果在有磁场梯度值变化的局部管段做的那管子展开图，这些局部管段和局部

生物腐蚀疤痕相重合。图3，c 是显示有生物腐蚀疤痕的照片。

a）

b）

c）

图3 用金属磁记忆法检测地下天然气管道∅1020мм （直径）的结果，2 号开挖坑。а – 管上有生物腐蚀的磁场梯度值的分布；b – 局部的应力集中区和局部腐蚀疤痕重合；c– 显出具有生物腐蚀疤痕的照片； –是金属磁记忆法检测结果将管子展开得出的磁场梯度值等值线区域图。

按我们的意见，无接触式磁诊断发展的下一步是按发展损伤的形式研制应力集中区里磁信号的分类。这是个很不简单的任务。具有20 多年发展金属磁记忆法诊断动力锅炉受热管道表面、各种工艺管道，其中也包括石油燃气管道的经验，我们知道，例如，区别管道内部生长的腐蚀疲劳损伤和在管外壁生长的类似损伤该是多么麻烦，此外，不少情况下生成的损伤或受力状态的腐蚀裂纹消除了应力水平。这种情况下就必需对被测磁场的三个分量做仔细的分析。还要指出，要发展无接式触磁诊断以便评价燃气管道的应力变形状态和损伤，就必须研究金属磁记忆方法的物理基础和新的、先前未曾研究过的力学、变形和破损的物理原理。

推动金属磁记忆发展时，我们做过的大量的试验室和工业条件下的工程作业，发现了一系列磁学和金属变形强度*域先前未曾研究过的效应。不研究金属中强弱磁场相互作用的原理，就不可能有效地发展无接触式磁诊断。

2003 年《动力诊断》公司制定使用TSC 系列仪表从事无接触式磁检测检测石油天然气管道的方法规范。

方法规范中采纳了指导性标准技术文件РД 51-1-98《使用金属磁记忆法快速电脑诊断局部燃气管段规范》，РД 12-411-01《地下钢制燃气管道技术状态诊断规范》和РД102-008-2002 无接触式磁测法管道技术状态诊断规范》中的某些条款。

掌握了无损检测方法并按俄罗斯技术监督局要求在动力诊断公司的自主认证机构取

得合格证书的专家能够使用上述方法规范。

在动力诊断公司的自主认证机构培训专家时，我们用通俗易懂的形式研究那些用在无接触式磁诊断的金属磁记忆法的理论和实践原理，发展无接触式磁诊断也少不了完善软件。众所周知，使用管内探伤仪表（磁或超声）诊断好多公里的管段时，大部分时间消耗在诠释所记录的信息上。

所幸的是，推广无接触式磁诊断的时候，已经有了由我们**的用在处理金属磁记忆检测结果的金属磁记忆－系统软件，我们就能够比较快地掌握这一新的检测技术。

处理检测结果时，我们特别注意磁信号参数与变形类型及管子规格尺寸的定性和定

量关系，这就创造了快速软件式排除噪声和各种干扰的能力。

当前我们制造和使用现场用两种型号测量磁场三个分量的传感器。一个传感器能测量沿一条母线或沿管子轴线的磁场（见图4），而另一个－同时沿三条或四条母线，包括管子的全部直径（见图.5）。我们的TSC 型仪表和配套的专用传感器既能够使用计长单元扫描的工作模式，也能用于计时的工作制式。

图4， 11 型传感器

图5，11-12 型传感器

为了在城市条件下使用（检测石油燃气管道、热力网管道、给排水管道）我们研制并试验现场用轮式计长检测区段的无接触式磁诊断传感器装置方案（见图6）。在野外条件下的不平整地面，使传感器脱离带计长器的轮子单独工作。

我们使无接触检测配合GPS 定位系统，解决了将计时工作模式下记录下的磁场数值和受检管段长度换算任务。TSC 型仪表的通用性能使它不仅用于无接触式磁诊断，还能换上其他型号传感器，在开挖处用金属磁记忆法直接检测管道。

图6

于结尾处打算指出以下几点。

对长时间运行的石油燃气管道，所有评价他们的诊断方法和手段，其基本任务就是寻找（或确定）生长损伤的潜在危险管段。考查的结果就必须回答：“什么地方和什么时候会出现损伤和事故？”。如果这样的任务能够解决，则那时，就有能力及时更换和修理潜在的危险管段。在无接触式磁诊断确定的开挖坑处，无接触式磁诊断结合对管道的补充检测（超声、涡流等）正是面向这一任务的解决而应用的。