长输油气管道漏磁内检测技术_刘斌杨理践著_9787111557128

无损检测是现代工业进步与发展的质量保证。无损检测集成技术能综合多种无损检测方法的优点，有效提高检测精度和效率。本书基于著作者多年的研究与工程应用成果，系统介绍了电磁无损检测集成技术的基本原理、系统组成、信号处理与分析以及从仪器集成到结合机电一体化集成技术的新自动化集成无损检测的研究进展，针对不同材料、机械构件研制的多种检测方法的组合与集成系统及其在冶金、核电、铁路及航空方面的应用，展示了自动化集成无损检测系统研制与工业应用的广阔前景。可供高等院校无损检测专业研究生、教师和相关领域及学科的技术研究人员阅读、参考。

　　管道运输是国际油气运输的主要方式之一，具有运量大、不受气候和地面其他因素限制、可连续作业以及成本低等优点。自1865年美国宾夕法尼亚州建成世界上第一条输油管道至今，管道运输业已有一百多年的历史。随着世界各国对能源需求的增加，长输油气管道的建设呈持续高速发展的趋势，目前全球运行的管道已经超过350万km，如果取赤道周长为4007504km，那么油气管道可绕地球近90圈，其中北美洲管线最密，约为240万km。我国油气管道规模的快速发展，对油气管道完整性体系法规的逐渐健全需求更为迫切；我国在役长距离油气输送管道总长为4万余公里，在建和拟建管道长达近万公里。全球每天有近4000万桶原油经海上运输通道或石油管道被运往世界各地，如果再算上天然气的运输管道，可以说这些海上通道及陆地管道是世界的“动脉血管”。过去，曼德海峡、霍尔木兹海峡、博斯普鲁斯海峡、马六甲海峡、苏伊士运河、巴拿马运河这六大自然或人工运输通道是“动脉血管”中的关键节点，但随着各国能源需求的增加，六大通道早已超负荷运转，油气管道开始成为“动脉血管”新的组成部分。管道运输在创造巨大经济效益的同时，层出不穷的管道泄漏等事故也给国家财产、人民生命安全带来了巨大威胁。所以，安全问题自始至终都是油气管道输送行业最为关键、首要解决的问题，它直接影响国民经济运行的稳定性，世界各国对此均极为重视。国际上已有相关立法，明确了应用内检测方法进行管道检测，确定管道的变形、腐蚀、裂纹、缺陷程度，为管道运行、维护、安全评价提供科学依据。我国实施的SY 6186—2007《石油天然气管道安全规程》中规定，对管道外部一年至少检测一次，由运营单位的专业技术人员进行。对新建管道应在投产后3年内进行首次全面检验，以后根据检验报告和管道安全运行状况确定检验周期。长输油气管道漏磁内检测技术在国际上属于垄断技术，被美国GE-PII和德国ROSEN等公司所垄断，国际上只有少数几家公司掌握该项技术，在国内该技术领域已得到了较广泛的关注，在一些大学和研究机构已开展该技术的研究。本书作者所在的研究团队经过不懈努力，已经突破国外技术封锁，开发了拥有自主知识产权的“长输油气管道漏磁内检测系统”，在大庆油田、吉林油田、新疆油田、四川气田及“西气东输”工程中得到了推广应用，前后共完成近万公里的管道内检测工程，创造了良好的经济效益和社会效益。本书针对国际油气管道内检测行业关注的前沿问题，系统地介绍了长输油气管道漏磁内检测技术。主要内容包括管道漏磁内检测基础知识、管道漏磁内检测系统、管道轴向励磁和周向励磁漏磁内检测技术、管道磁记忆应力内检测技术、漏磁内检测器速度控制技术、管道惯性测绘内检测技术、管道漏磁内检测数据处理方法、管道漏磁内检测缺陷量化方法、管道漏磁内检测工程项目的实施以及基于漏磁内检测的长输油气管道评价技术。希望本书能够为油气管道运营、维护、检测的工程技术人员，以及电磁无损检测相关技术和工程人员提供参考。本书编写过程中，得到国家自然科学基金委员会的资助，亦获得了中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司、中国海洋石油总公司和中国特种设备检测研究院等相关单位的支持，书中部分内容来源于作者指导的硕士研究生、博士研究生学位论文，在此一并表示衷心的感谢！　　作者

序1 序2 前言第1章管道漏磁内检测基础知识1 1.1管道基本概念1 1.2长输油气管道腐蚀及其防护1 1.3管道漏磁内检测技术的发展状况2 1.4漏磁检测原理4 1.4.1缺陷漏磁场的形成机理4 1.4.2缺陷漏磁场的分布6 1.5漏磁检测的磁化技术7 1.5.1磁化方式7 1.5.2磁化强度的选择7 1.6漏磁场信号的测量8 1.6.1基本要求8 1.6.2磁测量元件9 第2章管道漏磁内检测系统11 2.1管道漏磁内检测技术11 2.2管道漏磁内检测系统概述11 2.2.1管道漏磁内检测系统的基本组成11 2.2.2管道漏磁内检测系统的特点12 2.2.3管道漏磁内检测装置的要求13 2.2.4管道漏磁内检测装置的技术指标13 2.3管道漏磁内检测装置机械设计14 2.3.1总体机械结构14 2.3.2部件功能14 2.4检测装置的可靠性工艺17 2.4.1装置的密封及耐压工艺17 2.4.2检测装置的耐温及耐油工艺18 2.4.3消除影响被测磁场分布因素的工艺措施19 第3章管道轴向励磁漏磁内检测技术20 3.1管道轴向励磁方式检测原理20 3.2管道轴向励磁漏磁检测信号特征及影响因素20 3.2.1漏磁信号特征量的定义与提取21 3.2.2缺陷长度对漏磁信号的影响22 3.2.3缺陷深度对漏磁信号的影响24 3.2.4传感器提离值对漏磁信号的影响26 3.2.5磁化器提离值对漏磁信号的影响28 3.2.6共同发生提离值对漏磁信号的影响29 3.2.7不同类型提离值对漏磁信号的影响30 3.2.8焊缝对漏磁信号的影响31 3.2.9检测器运行速度对漏磁信号的影响32 3.3轴向励磁实验结果及分析33 3.3.1不同类型缺陷的对比33 3.3.2不同宽度缺陷的对比35 3.3.3不同深度缺陷的对比35 3.3.4不同长度缺陷的对比37 3.3.5螺旋焊缝信号分析39 第4章管道周向励磁漏磁内检测技术41 4.1管道周向励磁检测方法的检测原理41 4.2磁化系统优化设计42 4.2.1磁化器结构42 4.2.2等效磁回路44 4.2.3磁回路计算程序设计45 4.2.4永磁体参数46 4.3管道周向励磁漏磁检测信号特征及影响因素48 4.3.1漏磁信号及其特征量定义48 4.3.2缺陷距磁极的距离对漏磁信号的影响49 4.3.3缺陷深度对漏磁信号的影响54 4.3.4缺陷周向宽度对漏磁信号的影响56 4.3.5缺陷轴向长度对漏磁信号的影响58 4.4 缺陷参数定量化研究60 4.4.1多元回归分析理论61 4.4.2缺陷宽度的量化61 4.4.3缺陷长度的量化61 4.4.4缺陷深度的量化62 第5章管道磁记忆应力内检测技术63 5.1力-磁耦合模型的建立63 5.2力-磁耦合关系的计算64 5.2.1力-磁耦合关系的计算方法64 5.2.2力-磁耦合关系基态特性计算64 5.2.3计算结果与讨论65 5.3磁记忆效应影响因素的研究68 5.3.1掺杂效应的影响68 5.3.2晶格畸变的影响69 5.3.3外界磁场作用的影响70 第6章漏磁内检测器速度控制技术71 6.1气体管道的结构特点71 6.2内检测器与加速度计72 6.3加速度控制系统模型72 6.3.1水平直管道中的加速度控制系统模型72 6.3.2坡道上升管道中的加速度控制系统模型74 6.3.3坡道下降管道中的加速度控制系统模型75 6.3.4垂直上升管道中的加速度控制系统模型75 6.3.5垂直下降管道中的加速度控制系统模型76 6.4控制算法介绍76 6.4.1PID控制76 6.4.2模糊逻辑系统的结构77 6.4.3T-S模糊模型78 6.5速度控制器设计79 6.5.1PI速度控制器79 6.5.2T-S模糊模型确定PI速度控制器的参数81 6.6仿真计算83 第7章管道惯性测绘内检测技术84 7.1管道惯性测绘内检测技术基础84 7.1.1惯性技术概述84 7.1.2管道惯性测绘技术的发展86 7.1.3管道惯性测绘内检测的工程解决方案87 7.2管道惯性测绘内检测关键技术88 7.2.1参考坐标系及坐标转换方法88 7.2.2捷联惯性导航技术92 7.2.3捷联惯性导航初始对准算法99 7.2.4捷联惯性导航系统的卡尔曼滤波方程101 7.2.5捷联惯性导航系统/里程轮组合导航系统的信息融合109 7.2.6管道地理坐标的终止点校正算法111 7.2.7磁标记在长输管道内检测中的应用114 7.2.8IMU传感器原始数据去噪效果的评价方法117 7.3管道惯性测绘内检测典型工程实验118 7.3.1实验系统概述118 7.3.2典型实验及简要分析119 第8章管道漏磁内检测数据处理方法127 8.1基于FPGA的多通道高速数据采集系统127 8.1.1现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的特点和设计流程127 8.1.2基于FPGA的多通道高速数据采集系统概述131 8.1.3系统硬件设计132 8.2数据压缩方法135 8.2.1数据压缩方法分析135 8.2.2编码的基本理论和实现方法138 8.2.3管道漏磁检测数据的检测无损压缩方法146 8.2.4压缩算法的FPGA实现152第9章管道漏磁内检测缺陷量化方法155 9.1漏磁内检测中的正问题和反问题155 9.2多变量统计分析方法156 9.2.1曲线拟合基本理论156 9.2.2管道漏磁曲线拟合的MATLAB实现159 9.2.3共轭梯度迭代法在管道漏磁内检测缺陷量化中的应用163 9.3神经网络量化方法168 9.3.1BP神经网络的结构及算法168 9.3.2基于BP神经网络的缺陷量化170 9.4支持向量机量化方法171 9.4.1支持向量机基础理论171 9.4.2LIBSVM支持向量机工具179 9.4.3支持向量机缺陷量化179 第10章管道漏磁内检测工程项目的实施182 10.1内检测器检测作业182 10.1.1检测前的准备工作182 10.1.2内检

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