油气管道缺陷漏磁检测地面标记器研制
苏志毅，黄松岭，赵 伟，王 珅，奉华成
【摘 要】漏磁检测是目前最常用的管道缺陷检测方法之一，它针对管道壁变薄、有腐蚀或者凹坑等缺陷有很好的检测效果。漏磁检测系统通常分为管内检测、管外定位、数据处理三个部分，其中地面标记器是管外定位的核心设备。文章根据油气管道漏磁检测的实际需要，研制出一种操作简洁、定位精度高的地面标记器。在对地面标记器的工作特性和性能要求进行较全面分析的基础上，完成了地面标记器系统的硬件电路设计和制作，其中包括充电电路、供电电路、信号调理电路和MCU控制电路；完成了数据采集和计时程序的编写，并进行了试验验证。试验结果表明，标记器能够有效监测到强度相当于地表以下3m处的管道中经过的检测机器人发出的漏磁信号。 【期刊名称】无损检测 【年(卷),期】2012(034)010 【总页数】4
【关键词】漏磁检测；地面标记器；无损检测；无线通信；高精度
管道运输是以管道作为运输工具的一种长距离输送液体和气体物资的运输方式，目前主要用于专门由生产地向市场输送石油、煤和化学产品，是我国运输网中干线运输的一个特殊而重要的组成部分。随着我国油气进口量的不断增加和石油天然气开发利用水平的提高，管道运输业已成为与铁路、公路、水运、航空运输并列的五大运输方式之一。“十一五”期间，中国的油气管线里程以每年约5000km的速度增长，从“十五”末的4万多km发展到2011年的6.8万km［1］。
油气管道的蓬勃发展和管线里程的飞速增长对管道检测提出了严格的要求。管道在长期的使用中，会因为腐蚀、机械外力或者内力等原因在管道壁上产生缺陷，可能导致管道泄漏甚至爆炸事故的发生，严重威胁到人民的生命财产安全。目前国内外的众多专家学者已经在埋地管道的缺陷检测方面做了大量的研究工作，提出了不少行之有效的检测方法，如现场调查、X射线透射、电磁超声、涡流／磁化涡流检测法等［2］。其中，漏磁检测（Magnetic Flux Leakage，MFL）是油气管道检测最常用的方法并且有着独特的优势［3－4］。
一般，漏磁检测系统由三个主要部分组成，即管内检测、管外定位和数据分析。油气管道的长输管线一般长度在二三百公里以上，发生泄漏之后很难及时发现并查出泄漏地点，因此管道缺陷检测，尤其是对缺陷的准确定位，对于减少管道事故的发生以及避免不必要的管道停工和挖掘具有十分重要的意义。而地面标记器正是管外定位系统的核心组成部分，它通过记录内检测器从管道中经过其正下方的时间来精确定位缺陷。
根据其采用的原理，应用于管道内检测器的地面标记技术一般分为涡流、电磁波［5］、弱磁场检测和声振动检测［6］四类。笔者采用了基于弱磁检测的设计，其优点是定位精度高，成本较低，利用了内检测器上原有的永磁体激发的感应电动势，缺点是信号处理比较复杂。
1 地面标记器的工作原理
漏磁检测内检测器通常又被称为PIG，因为它在管道中运行时发出像猪叫一样的声音。其在管道中由于受到前后载体（天然气或者石油等）的压力不同而被推动向前运动，此时装设在检测器上的里程轮会随之转动，记录检测器前进的距离。理论上，里程轮可以记录缺陷的位置，但在实际运行中，由于里程轮本
身的机械结构误差、里程轮磨损导致的直径变化以及PIG在行进过程中的翻转、里程轮打滑失效等原因，可能会出现实际运行距离与记录的里程数不一致的情况，致使缺陷无法精确定位。据统计，依靠里程轮记录的PIG平均每运行1km会产生1 m的误差［7］，对于现代的长输管线而言，该误差会累积至一个无法容忍的程度并导致检测的失败。
地面标记系统正是为了修正PIG里程数误差的累积而设计的，它的主要任务是标记内检测器从其正下方经过的准确时间。
通常一个地面标记系统会沿着管线在管道的正上方每隔1～2km放置一个地面标记器，如图1所示。所有标记器上都有计时器，它们互相之间以及与检测器上的计时器都是同步的。在一次完整的检测中，每个标记器都会记录下PIG经过的时间。记第i个地面标记器的位置（以它距离检测起点的距离表示）是Li，检测器经过它正下方的时间是ti（可以从标记器的记录中读出），那么缺陷的真实定位就可以按以下公式修正。L＝Li＋（t－ti）ΔL （1）式中t表示PIG检测到一个缺陷的时间；ΔL表示在两个最小的时间计数间隔中PIG运动的距离。由此，真实的缺陷位置和里程轮的记录之间的误差就可以被限制到1～2m的范围内。
2 地面标记器的设计
2.1 地面标记器的硬件设计
文献［8］总结了近年来地面标记器的设计和改进方案。总的说来，由于地面标记器需要在野外没有电力供应的条件下保证一段长时间（一次完整的检测可能持续几十个小时）的可靠运行，它的设计应该遵循以下原则：① 具有高精度、抗干扰能力强的稳定时钟源。② 具有高灵敏度的磁探测能力。③ 低功耗，带独
油气管道缺陷漏磁检测地面标记器研制
