一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法及裝置與流程
本發明涉及埋地管道檢測技術領域，尤其涉及一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法及裝置。
背景技術：
管道運輸是石油、天然氣的主要運輸方式，陸地長輸油氣管道一般采用埋地鋪設方式。埋地油氣管道在運行中受土壤與輸送介質腐蝕、疲勞、自然災害、違章施工、打孔偷盜等影響，易發生腐蝕、變形、開裂、泄漏、燃燒、爆炸等事故，為確保油氣管道安全運行，必須及時檢測、發現管道缺陷并評價其對管道安全的影響。
埋地油氣管道檢測分為內檢測和外檢測：(1)內檢測是將檢測儀器置于管道內部，利用管道壓力驅動完成檢測，其缺點是對管徑、彎管曲率半徑、壓力、介質流速等有限制，檢測前需清管、檢測成本高、存在堵管風險。(2)外檢測是將檢測儀器置于管道外部，根據儀器是否與管道本體直接接觸，又分為開挖檢測和非開挖檢測，其中，開挖檢測屬破壞性檢測，需要開挖、剝去管道防腐(保溫)層、檢測、管道包覆、回填等操作，工程量大、耗時長、且評估可靠性與開挖管段有關。當前埋地油氣管道迫切需要非開挖檢測技術，一方面，不與管道直接接觸，無需清管、開挖，降低檢測成本，另一方面，對管道參數及其運行條件無限制，檢測要求低，操作風險小。
現有的一種埋地管道非開挖磁法檢測方法，檢測步驟為：經地磁場磁化后的埋地管道本身所具有的磁性為勵磁源，埋地管道為檢測對象，采用磁場強度的分辨率為1nT的磁通門傳感器，磁通門傳感器測量出地面以上的磁場強度和衰減量，同時對檢測結果進行向下延拓、導數換算數據處理，根據處理后的數據對埋地管道質量進行檢測，從而達到檢測埋地管道有無缺陷及腐蝕程度的目的。
上述磁法檢測存在以下缺陷：
(1)檢測精度與磁傳感器靈敏度有關；
(2)除梯度處理、導數換算外，還需更完善的數據處理手段，以抑制地磁場、管道磁場及其它干擾磁場，并突出缺陷磁場；
(3)缺乏有效數據分析方法，不能定量分析管體缺陷；
(4)向下延拓屬不適定問題，沒有嚴密準確的理論計算方法，且向下延拓具有高通濾波特性，局部噪聲和干擾會被放大，使得向下延拓計算失敗。
技術實現要素：
本發明的目的在于提出一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法及裝置，以解決現有技術中存在的檢測方法復雜、準確性和可靠性較低的技術問題。
為達此目的，本發明采用以下技術方案：
一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法，檢測方法為通過磁梯度張量值獲得管體缺陷的不變量特征值，通過所述管體缺陷的不變量特征值定量評價管體缺陷等級。
進一步的，所述磁梯度張量值通過多個磁場矢量值和傳感器之間的預設距離值計算獲得，其中，所述磁場矢量值通過位于不同方位的傳感器檢測獲得，所述預設距離值為位于同一軸線上的相鄰兩個傳感器之間的距離。
進一步的，所述檢測方法包括以下步驟：
步驟A、通過磁場矢量值、所述預設距離值計算獲得所述磁梯度張量值；
步驟B、通過所述磁梯度張量值計算獲得管體缺陷的不變量特征值；
步驟C、根據管體缺陷的不變量特征值定量評價管體缺陷等級。
進一步的，所述不同方位的傳感器包括位于中心的零號磁傳感器、在X軸方向上且位于所述零號磁傳感器兩側的與其間距均為d/2的一號磁傳感器和二號磁傳感器、以及在Y軸方向上且位于所述零號磁傳感器兩側的與其間距均為d/2的三號磁傳感器和四號磁傳感器，所述檢測方法中磁梯度張量G的計算公式為：
其中，BXX表示磁場矢量的X分量在X向的變化率，BXY表示磁場矢量的X分量在Y向的變化率，BXZ表示磁場矢量的X分量在Z向的變化率，BYX表示磁場矢量的Y分量在X向的變化率，BYY表示磁場矢量的Y分量在Y向的變化率，BYZ表示磁場矢量的Y分量在Z向的變化率，BZX表示磁場矢量的Z分量在X向的變化率，BZY表示磁場矢量的Z分量在Y向的變化率，BZZ表示磁場矢量的Z分量在Z向的變化率，B1X表示一號磁傳感器檢測的X向磁場值；B2X表示二號磁傳感器檢測的X向磁場值；B3X表示三號磁傳感器檢測的X向磁場值；B4X表示四號磁傳感器檢測的X向磁場值；B1Y表示一號磁傳感器檢測的Y向磁場值；B2Y表示二號磁傳感器檢測的Y向磁場值；B3Y表示三號磁傳感器檢測的Y向磁場值；B4Y表示四號磁傳感器檢測的Y向磁場值；B1Z表示一號磁傳感器檢測的Z向磁場值；B2Z表示二號磁傳感器檢測的Z向磁場值；B3Z表示三號磁傳感器檢測的Z向磁場值；B4Z表示四號磁傳感器檢測的Z向磁場值。
進一步的，所述管體缺陷的不變量特征值CT為：
本發明還提供了一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測裝置，包括殼體，所述殼體內設有檢測元件，所述檢測元件為三軸磁傳感器。
進一步的，所述三軸磁傳感器包括零號磁傳感器，所述零號磁傳感器兩側的垂直方向分別設有一號磁傳感器和二號磁傳感器，水平方向分別設有三號磁傳感器和四號磁傳感器；
所述一號磁傳感器、所述二號磁傳感器、所述三號磁傳感器和所述四號磁傳感器與所述零號磁傳感器之間的距離相同。
本發明提供的一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法及裝置的有益效果為：
(1)、由于磁梯度張量主要由管體缺陷引起，地磁場、管道磁場等背景磁場對其影響很小，因此，能更好突出缺陷磁場，提高缺陷信號信噪比。
(2)、檢測方法通過選取磁梯度張量進行檢測是由于：磁梯度張量各分量具有特定方向濾波特性，可識別管體缺陷、尤其是裂紋缺陷的方向；磁梯度張量對疊加磁性目標具有較高分辨力，可用于檢測、評價管體共生缺陷；磁梯度張量具有旋轉不變特征量，使得測量過程無需對檢測裝置嚴格定向；磁梯度張量有豐富的數據處理和特征提取方法，能更好刻畫缺陷磁場的分布特征與規律，從而提高缺陷評價的準確性和可靠性。
附圖說明
圖1是本發明實施例提供的埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法的步驟流程圖；
圖2是本發明實施例提供的埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法的無缺陷管體的地面磁場分布圖；
圖3是本發明實施例提供的埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法的有缺陷管體的地面磁場分布圖；
圖4是本發明實施例提供的埋地管道管體缺陷非開挖檢測裝置的結構示意圖。
圖中：
1、零號磁傳感器；2、一號磁傳感器；3、二號磁傳感器；4、三號磁傳感器；5、四號磁傳感器。
具體實施方式
下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
如圖1-4所示，一種埋地管道管體缺陷非開挖檢測裝置，包括殼體，殼體內設有檢測元件，檢測元件為三軸磁傳感器。
其中，該檢測元件的典型結構為：三軸磁傳感器包括零號磁傳感器1，零號磁傳感器1兩側的垂直方向分別設有一號磁傳感器2和二號磁傳感器3，水平方向分別設有三號磁傳感器4和四號磁傳感器5；
一號磁傳感器2、二號磁傳感器3、三號磁傳感器4和四號磁傳感器5與零號磁傳感器1之間的距離相同，均為d/2。
檢測元件的數量并不局限于五個，也可以根據實際使用需求進行設置，具體排布方式也不局限于本實施例中的典型結構。
使用時，檢測人員在地面手持埋地管道管體缺陷非開挖檢測裝置(即磁梯度張量檢測儀)，通過探測管道上方地面磁場強度的變化實現管體缺陷的在線檢測。
基于上述埋地管道管體缺陷非開挖檢測裝置的檢測方法，其中，檢測機理是由于地磁場和缺陷應力通過改變管體材料磁導率會引起管道空間磁場的強度變化，如圖2和圖3中所示的對比圖，其中，管道上方的線條即為管體的地面磁場分布圖。
本實施例中，主要采用磁梯度張量的檢測方式，磁梯度張量主要由管體缺陷引起(地磁場、管道磁場等背景磁場對其影響很小)，因此，能更好突出缺陷磁場，提高缺陷信號信噪比；此外，選擇通過磁梯度張量的計算進一步檢測管體缺陷是由于磁梯度張量具有如下優勢：磁梯度張量各分量具有特定方向濾波特性，可識別管體缺陷、尤其是裂紋缺陷的方向；磁梯度張量對疊加磁性目標具有較高分辨力，可用于檢測、評價管體共生缺陷；磁梯度張量具有旋轉不變特征量，使得測量過程無需對檢測裝置嚴格定向；磁梯度張量有豐富的數據處理和特征提取方法，能更好刻畫缺陷磁場的分布特征與規律，從而提高缺陷評價的準確性和可靠性。
如圖1所示，埋地管道管體缺陷非開挖檢測方法，檢測方法為通過磁梯度張量值獲得管體缺陷的不變量特征值，通過管體缺陷的不變量特征值定量評價管體缺陷等級。
其中，磁梯度張量值通過多個磁場矢量值和傳感器之間的預設距離值計算獲得，其中，磁場矢量值通過位于不同方位的傳感器檢測獲得，預設距離值為位于同一軸線上的相鄰兩個傳感器之間的距離。
具體的步驟：
步驟A、通過磁場矢量值、預設距離值計算獲得磁梯度張量值；
檢測方法中磁梯度張量G的計算公式為：
其中，BXX表示磁場矢量的X分量在X向的變化率，BXY表示磁場矢量的X分量在Y向的變化率，BXZ表示磁場矢量的X分量在Z向的變化率，BYX表示磁場矢量的Y分量在X向的變化率，BYY表示磁場矢量的Y分量在Y向的變化率，BYZ表示磁場矢量的Y分量在Z向的變化率，BZX表示磁場矢量的Z分量在X向的變化率，BZY表示磁場矢量的Z分量在Y向的變化率，BZZ表示磁場矢量的Z分量在Z向的變化率，B1X表示一號磁傳感器檢測的X向磁場值；B2X表示二號磁傳感器檢測的X向磁場值；B3X表示三號磁傳感器檢測的X向磁場值；B4X表示四號磁傳感器檢測的X向磁場值；B1Y表示一號磁傳感器檢測的Y向磁場值；B2Y表示二號磁傳感器檢測的Y向磁場值；B3Y表示三號磁傳感器檢測的Y向磁場值；B4Y表示四號磁傳感器檢測的Y向磁場值；B1Z表示一號磁傳感器檢測的Z向磁場值；B2Z表示二號磁傳感器檢測的Z向磁場值；B3Z表示三號磁傳感器檢測的Z向磁場值；B4Z表示四號磁傳感器檢測的Z向磁場值。
步驟B、通過磁梯度張量值計算獲得管體缺陷的不變量特征值：
步驟C、根據管體缺陷的不變量特征值定量評價管體缺陷等級。其中，管體缺陷的不變量特征值CT不受檢測裝置姿態變化的影響，且在缺陷邊緣處取極值，整體呈“雙駝峰”式分布，并可用“峰峰”距離表征缺陷寬度。
本實施例中僅給出了一種較佳的檢測和計算方式，但本發明并不局限于上述方式的檢測，只要是根據磁梯度張量獲得管體缺陷的不變量特征值；根據管體缺陷的不變量特征值定量評價管體缺陷等級的方法都在本發明的保護范圍之內，例如，可以通過不同的矩陣計算公式或其他擬合公式以及優化的數據處理方式進行計算和分析，能夠定量評價獲得管體缺陷等級即可。
該檢測方法解決了現有的磁法檢測在檢測裝置精度局限下檢測精度較低、數據處理和分析方法不當等問題，此外，管道可以是油氣管道、鐵磁性管道或者其他材料的管道，因而，上述缺陷檢測方法通用性強、適用范圍廣泛。
以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護范圍之內。
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