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摘要：石油、天然气做为国家的能源和化工战略资源是未来大国竞争的主旋律之一，保障天然气长输管道的安全稳定运行，不仅关系民生保障，更关系到国家能源安全，在国家战略决策层面具有重大意义。本文对天然气管道金属损失的漏磁内检测技术的原理进行了介绍，围绕驱动、磁化、传感、数据信息采集与存储、速度控制及振动冲击悬置等系统模块的设计构成展开分析，以供参考。
关键词：天然管道;金属损失;漏磁内检测技术;
漏磁检测是指铁磁材料被磁化后，因表面金属出现损失（缺陷）而在相应的区域形成漏磁场，通过对此种变化的检测，进而发现缺陷。漏磁场的形成原理为，金属材料切割磁力线的过程出现缺陷时，材料表面的组织状态发生变化，致使磁导率发生相应的变化（磁导率小、磁阻大），最终使磁路中的磁通发生畸变。
1.天然管道金属损失漏磁内检测原理简述
天然管道金属损失漏磁内检测原理为：借助管道漏磁内检测器，在长输管道检测时，运用永久性磁铁，将管道管壁处包裹的金属材料进行饱和磁化，从而与管道漏磁检测器形成磁化回路。在此情况下，如果管壁保持正常（没有出现任何缺陷），则磁力线处于管壁之内，测量结果显示正常;如果管壁出现缺陷，则磁力线会发生偏移（穿出管壁），进而产生漏磁现象。利用探头，对管壁金属出现损失区域的漏磁信号进行“拾取”，能够有效判别金属损失的具体缺陷。
2.天然管道金属损失漏磁内检测系统的构成
基于上述原理，运用管道漏磁内检测器检查管道金属损失的理论过程虽然较为简单，但油气管道较长，不可能通过人工方式进行逐段检测。因此，必须借助多种技术，将之充分融合，构成天然管道金属损失漏磁内检测系统。新型管道漏磁内检测器一般包含橡胶皮碗、钢刷、探头、万向节、里程轮、永磁铁、动力节、测量节、计算机节、电池节等，对应下文所述的各个子系统。
2.1驱动系统设计
驱动模块对应的检测器装置为多个皮碗。在皮碗的作用下，检测器前后会产生大小不一的压力，而其间的差值，即可作为检测器不断前进的动力。需要注意的是，此种压力差必须超过检测器与被检测管道管壁之间的摩擦力以及管道中的其他阻力，否则检测器很可能在运行途中陷入“卡壳”。通常来说，驱动皮碗设置于检测器的前端，在其他皮碗的配合下，既需要提供前进的动力，又可以维持检测器与管道轴线时刻维持“同心”的状态。皮碗一般由耐油橡胶或者聚氨酯制作而成，外径大于管道内径3%-5%，能够紧密地支撑在管壁上，对前后两端的输送介质进行隔离后，在压差作用下，使装置顺利通过。
2.2磁化模块设计
磁化模块是检测系统中最重要的子模块之一，主要由永磁体或经由电磁供电，在特定时期内形成性能较为稳定的电磁体。检测器启动时，固定于磁化器上方的钢刷，与管道内壁紧密贴合在一起，并使磁场的覆盖范围扩大（必须对管壁进行全覆盖）。如果检测器内存在永磁体，则无需设置电池;反之，电池的重要性便不可忽略。
2.3传感系统设计
成功檢测到管出现金属损失的缺陷，或是将检测结果实时传递至计算机控制端，才是重点内容。一般而言，现代智能检测器的传感模块由霍尔元件组成（极少数运用传统工艺的检测器，在不具备霍尔元件的情况下，通过设置支撑装置，由耐磨片、电子系统等共同构成具备霍尔效应的替代器件）。漏磁传感器通常设置在磁路两级的中间区域，当传感系统收获并记录漏磁信息（漏磁场信号）后，将之转变为电信号，并经数据信息采集与存储系统，完成后续的传输及分析操作。设计传感系统时的注意事项为，运用霍尔效应的漏磁传感模块，其阵列数量能够直接影响检测器开展环向检测的精确程度。尽管发现漏磁现象并向外传递相关信息的效率较高，但由于单轴结构设计的传感器只能沿着一个方向采集漏磁场信号，故后续信息采集系统传输的所有信息，其矢量方向均保持一致。
2.4数据信息采集与存储
漏磁信号及相应数据信息的采集、存储、转换等功能，需要借助特定的模块来实现。无论是模拟信号还是数字信号，均可以在该模块中实现无障碍传输。在实际检测过程中，生成的数据信息总量较大，往往由传感器的设置数量、信号采集的频率、检测器驱动里程等因素共同决定。
2.5速度控制及振动冲击悬置系统
检测器由多个驱动皮碗提供，动力源主要主要依赖皮碗前后的差压，运行速度一般要求控制在2-3m/s。当出现运行过快、过慢时，需要借助对应的系统加以调整。目前，市面上常见的驱动器速度控制子系统包含驱动电机、转阀、控制电路三项组成要素。如果检测的天然管道口径较大，则因涡流效应以及磁滞效应持续时间的影响，一旦检测器运行速度较快，使得检测系统无法精准捕捉漏磁信号，必定极大地提升遗漏甚至错误的几率。因此，常用于大口径检测器的速度控制子系统，在驱动电机的旁侧设置“通阀”，通过“引导一部分介质穿过检测器”，增加摩擦力的方式，控制检测器降速。通过工艺调整提高或降低检测器前后的压差也是目前控制检测器速度快慢最快最有效的方法之一。
3 天然气管道中应用在线无损检测技术
3.1 漏磁检测技术在天然气管道的应用
漏磁检测技术是天然气长输管道目前应用最广泛的技术之一，根据TSGD7003-2010压力管道定期检验规则——长输（油气）管道要求，新建管道投运3年后需开展全面合于性评价，以后根据评价结果开展相应的全面检验工作，以保证管道安全合法运行。漏磁检测器（轴向+周向+惯导）是一个全方位智能检测系统，可实时检测并记录金属管体上的所有缺陷，通常的轴向漏磁检测器因只具备轴向励磁管道，对平行于管道的缺陷检测具有盲区，目前应用的全方位漏磁检测器因搭载了周向励磁节，对管道全方位的缺陷都具有识别性和探测性。这些缺陷包括：一般缺陷、坑状缺陷、 大面积腐蚀、机械损伤、内部缺陷、焊缝异常、划痕、打孔盗油孔等管道异常缺陷信息及套管、补丁、阀门、三通等管道附件。通过后期数据分析处理，可以确定管道异常缺陷信息及相关管道附件的精确位置和尺寸。同时，漏磁检测器可携带管道惯导测绘系统，可以根据漏磁检测器在管道内的运行路径，配合地面基准测绘，实现完成整条管线测绘的目的，通过解算可以将所有缺陷和管道特征坐标化，大大的提高管道缺陷定位的效率和精准率。目前漏磁检测技术较为成熟，检测数据符合性较高，在国际上还是认为比较可靠的检测方法，这项技术同时已经开始在我们国家大范围的使用了。可是即便是这样，漏磁检测技术仍旧有美中不足的地方，其中最为明显的就是，我们利用磁场的效应完成检测任务，其弊端是经过检测的管道将会被永久的磁化，为后续管道维修带来困难。与此同时，漏磁检测器目前应用于DN150及以下的管道技术有待发展和提升。这一点是比较遗憾的。
3.2 远场涡流检测技术在管道中的应用
远场涡流检测技术一种发生铁磁性管道内部的独特现象，它能够穿透管壁的底低频涡流，所应用的是检测探头的组成部分主要是由两个和管道同轴的螺线管线圈，其中一个是激励线圈，另外一个是检测线圈。这两者的差别就是检测线圈相比较激励线圈来说其距离大概是管道内部内径的两倍以上的远场区。相比较传统的常规涡流检测技术，远场涡流检测技术可以很好地解决这一问题，和其它的检测技术相比较来说可以很好的检测管道壁外表的缺陷，并且还可以在很大程度上不受管道偏离重心这些外界因素的影响。但是我们用来检测的信号相对来说比较弱，检测速度也不是太达标，所以说整体的工作效率就显的没有这么高了。远场涡流检测技术主要应用于天然气场站管道、容器等设备的全面检验和评估。
结语：综上所述，天然管道金属损失漏磁内检测技术的原理相对简单，检测结果的准确性普遍较高，对多种环境均具备较强的干扰能力，且无需添加耦合剂。但该技术并非毫无缺点，如检测结果虽然能够确定缺陷位置，但无法判断究竟是内壁还是外壁出现了缺陷，亦或二者均存在缺陷。故该技术仍然存在可提升空间。
参考文献
[1]章卫文，辛佳兴，陈金忠等.天然管道金属损失漏磁内检测技术研究[J].管道技术与设备，2020（02）：25-28.
[2]李安.石油天然气长输管道中危险因素及其设计的分析[J].石化技术，2020，27（10）：270+278.
[3]宋生奎，宫敬，才建，等.油气管道内检测技术研究进展[J].石油工程建设.2016（10）：60-62.
[4]范向红，王少华，那晶.我国管道漏磁检测技术及其成就[J].石油科技论坛.2017（01）：115-116.
[5]杨理践，王玉梅，冯海英.智能化漏磁检测装置的研究[J].无损检测.2016（09）：88-89.
陕西省天然气股份有限公司 陕西 西安 710016
关键词：天然管道;金属损失;漏磁内检测技术;
漏磁检测是指铁磁材料被磁化后，因表面金属出现损失（缺陷）而在相应的区域形成漏磁场，通过对此种变化的检测，进而发现缺陷。漏磁场的形成原理为，金属材料切割磁力线的过程出现缺陷时，材料表面的组织状态发生变化，致使磁导率发生相应的变化（磁导率小、磁阻大），最终使磁路中的磁通发生畸变。
1.天然管道金属损失漏磁内检测原理简述
天然管道金属损失漏磁内检测原理为：借助管道漏磁内检测器，在长输管道检测时，运用永久性磁铁，将管道管壁处包裹的金属材料进行饱和磁化，从而与管道漏磁检测器形成磁化回路。在此情况下，如果管壁保持正常（没有出现任何缺陷），则磁力线处于管壁之内，测量结果显示正常;如果管壁出现缺陷，则磁力线会发生偏移（穿出管壁），进而产生漏磁现象。利用探头，对管壁金属出现损失区域的漏磁信号进行“拾取”，能够有效判别金属损失的具体缺陷。
2.天然管道金属损失漏磁内检测系统的构成
基于上述原理，运用管道漏磁内检测器检查管道金属损失的理论过程虽然较为简单，但油气管道较长，不可能通过人工方式进行逐段检测。因此，必须借助多种技术，将之充分融合，构成天然管道金属损失漏磁内检测系统。新型管道漏磁内检测器一般包含橡胶皮碗、钢刷、探头、万向节、里程轮、永磁铁、动力节、测量节、计算机节、电池节等，对应下文所述的各个子系统。
2.1驱动系统设计
驱动模块对应的检测器装置为多个皮碗。在皮碗的作用下，检测器前后会产生大小不一的压力，而其间的差值，即可作为检测器不断前进的动力。需要注意的是，此种压力差必须超过检测器与被检测管道管壁之间的摩擦力以及管道中的其他阻力，否则检测器很可能在运行途中陷入“卡壳”。通常来说，驱动皮碗设置于检测器的前端，在其他皮碗的配合下，既需要提供前进的动力，又可以维持检测器与管道轴线时刻维持“同心”的状态。皮碗一般由耐油橡胶或者聚氨酯制作而成，外径大于管道内径3%-5%，能够紧密地支撑在管壁上，对前后两端的输送介质进行隔离后，在压差作用下，使装置顺利通过。
2.2磁化模块设计
磁化模块是检测系统中最重要的子模块之一，主要由永磁体或经由电磁供电，在特定时期内形成性能较为稳定的电磁体。检测器启动时，固定于磁化器上方的钢刷，与管道内壁紧密贴合在一起，并使磁场的覆盖范围扩大（必须对管壁进行全覆盖）。如果检测器内存在永磁体，则无需设置电池;反之，电池的重要性便不可忽略。
2.3传感系统设计
成功檢测到管出现金属损失的缺陷，或是将检测结果实时传递至计算机控制端，才是重点内容。一般而言，现代智能检测器的传感模块由霍尔元件组成（极少数运用传统工艺的检测器，在不具备霍尔元件的情况下，通过设置支撑装置，由耐磨片、电子系统等共同构成具备霍尔效应的替代器件）。漏磁传感器通常设置在磁路两级的中间区域，当传感系统收获并记录漏磁信息（漏磁场信号）后，将之转变为电信号，并经数据信息采集与存储系统，完成后续的传输及分析操作。设计传感系统时的注意事项为，运用霍尔效应的漏磁传感模块，其阵列数量能够直接影响检测器开展环向检测的精确程度。尽管发现漏磁现象并向外传递相关信息的效率较高，但由于单轴结构设计的传感器只能沿着一个方向采集漏磁场信号，故后续信息采集系统传输的所有信息，其矢量方向均保持一致。
2.4数据信息采集与存储
漏磁信号及相应数据信息的采集、存储、转换等功能，需要借助特定的模块来实现。无论是模拟信号还是数字信号，均可以在该模块中实现无障碍传输。在实际检测过程中，生成的数据信息总量较大，往往由传感器的设置数量、信号采集的频率、检测器驱动里程等因素共同决定。
2.5速度控制及振动冲击悬置系统
检测器由多个驱动皮碗提供，动力源主要主要依赖皮碗前后的差压，运行速度一般要求控制在2-3m/s。当出现运行过快、过慢时，需要借助对应的系统加以调整。目前，市面上常见的驱动器速度控制子系统包含驱动电机、转阀、控制电路三项组成要素。如果检测的天然管道口径较大，则因涡流效应以及磁滞效应持续时间的影响，一旦检测器运行速度较快，使得检测系统无法精准捕捉漏磁信号，必定极大地提升遗漏甚至错误的几率。因此，常用于大口径检测器的速度控制子系统，在驱动电机的旁侧设置“通阀”，通过“引导一部分介质穿过检测器”，增加摩擦力的方式，控制检测器降速。通过工艺调整提高或降低检测器前后的压差也是目前控制检测器速度快慢最快最有效的方法之一。
3 天然气管道中应用在线无损检测技术
3.1 漏磁检测技术在天然气管道的应用
漏磁检测技术是天然气长输管道目前应用最广泛的技术之一，根据TSGD7003-2010压力管道定期检验规则——长输（油气）管道要求，新建管道投运3年后需开展全面合于性评价，以后根据评价结果开展相应的全面检验工作，以保证管道安全合法运行。漏磁检测器（轴向+周向+惯导）是一个全方位智能检测系统，可实时检测并记录金属管体上的所有缺陷，通常的轴向漏磁检测器因只具备轴向励磁管道，对平行于管道的缺陷检测具有盲区，目前应用的全方位漏磁检测器因搭载了周向励磁节，对管道全方位的缺陷都具有识别性和探测性。这些缺陷包括：一般缺陷、坑状缺陷、 大面积腐蚀、机械损伤、内部缺陷、焊缝异常、划痕、打孔盗油孔等管道异常缺陷信息及套管、补丁、阀门、三通等管道附件。通过后期数据分析处理，可以确定管道异常缺陷信息及相关管道附件的精确位置和尺寸。同时，漏磁检测器可携带管道惯导测绘系统，可以根据漏磁检测器在管道内的运行路径，配合地面基准测绘，实现完成整条管线测绘的目的，通过解算可以将所有缺陷和管道特征坐标化，大大的提高管道缺陷定位的效率和精准率。目前漏磁检测技术较为成熟，检测数据符合性较高，在国际上还是认为比较可靠的检测方法，这项技术同时已经开始在我们国家大范围的使用了。可是即便是这样，漏磁检测技术仍旧有美中不足的地方，其中最为明显的就是，我们利用磁场的效应完成检测任务，其弊端是经过检测的管道将会被永久的磁化，为后续管道维修带来困难。与此同时，漏磁检测器目前应用于DN150及以下的管道技术有待发展和提升。这一点是比较遗憾的。
3.2 远场涡流检测技术在管道中的应用
远场涡流检测技术一种发生铁磁性管道内部的独特现象，它能够穿透管壁的底低频涡流，所应用的是检测探头的组成部分主要是由两个和管道同轴的螺线管线圈，其中一个是激励线圈，另外一个是检测线圈。这两者的差别就是检测线圈相比较激励线圈来说其距离大概是管道内部内径的两倍以上的远场区。相比较传统的常规涡流检测技术，远场涡流检测技术可以很好地解决这一问题，和其它的检测技术相比较来说可以很好的检测管道壁外表的缺陷，并且还可以在很大程度上不受管道偏离重心这些外界因素的影响。但是我们用来检测的信号相对来说比较弱，检测速度也不是太达标，所以说整体的工作效率就显的没有这么高了。远场涡流检测技术主要应用于天然气场站管道、容器等设备的全面检验和评估。
结语：综上所述，天然管道金属损失漏磁内检测技术的原理相对简单，检测结果的准确性普遍较高，对多种环境均具备较强的干扰能力，且无需添加耦合剂。但该技术并非毫无缺点，如检测结果虽然能够确定缺陷位置，但无法判断究竟是内壁还是外壁出现了缺陷，亦或二者均存在缺陷。故该技术仍然存在可提升空间。
参考文献
[1]章卫文，辛佳兴，陈金忠等.天然管道金属损失漏磁内检测技术研究[J].管道技术与设备，2020（02）：25-28.
[2]李安.石油天然气长输管道中危险因素及其设计的分析[J].石化技术，2020，27（10）：270+278.
[3]宋生奎，宫敬，才建，等.油气管道内检测技术研究进展[J].石油工程建设.2016（10）：60-62.
[4]范向红，王少华，那晶.我国管道漏磁检测技术及其成就[J].石油科技论坛.2017（01）：115-116.
[5]杨理践，王玉梅，冯海英.智能化漏磁检测装置的研究[J].无损检测.2016（09）：88-89.
陕西省天然气股份有限公司 陕西 西安 710016