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地下金属管道电磁探测技术研究

范文

陈泽辉　党瑞荣　谢荣勃

摘要：天然气能源在中国的应用逐渐深入，以及天然气在工业节能领域的应用将迎来一个繁荣期，对地下储气库的需求量将日益增加。地下储气库作为天然气上下游一体化应用系统的重要组成部分，将有效地解决天然气用气季节性不平衡的问题。然而，现有的天然气管道检测爬行管道检测系统，成本高，施工风险大，在整个管道的检测系统会带来很大的风险，甚至影响到传输通道中断运行成本。在这种情况下，对非接触式地面检测系统的研究具有很大的优势，且不存在风险操作。它不会造成管道运输中断，也不需要复杂的施工。该文对地下金属管道电磁探测技术进行了深入分析，为提高地下管线探测精度提供了有效的方法和理论。

关键词：电磁探测技术；地下金属管线；地下储气库群；探测方法

中图分类号：TP311 文獻标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）22-0220-02

本文试图研究和建立适用于地下管线探测的理论和方法，包括管径、管线电导率、渗透率、探测深度对结果的影响等，并进行相关理论研究和仿真。基于研究的概念，在地面探测地下管道，特别是桩牌移动的或桩牌缺失的状态、为日常维护、检测维修、故障排除和运作，提供位置，实现快速施工和运作。在理论研究的基础上，探讨识别管道包括管道位移、破损等严重缺陷的电磁检测技术的可行性，在检测性能和电磁检测系统之间的关系的研究，检测和调查管道存在问题的研究。

1国内外研究现状

作为一个行业，地下管道检测技术服务在中国已经发展了十五年。目前，电磁探测技术作为地下管线探测技术的核心技术已被广泛应用。这两个因素起了关键的作用：一是与现有的电磁检测技术的发展状况相一致，在地下管线探测中的“便携式现场准确的检测数据和设备经济”占据着应用优势，它的出现在一定程度上提高了工作效率和降低服务检测行业的成本。

在国际社会，电磁仪器在工程和环境领域的应用正在逐步扩大，主要是电磁仪器性能的不断提高和配套软件的不断创新。电子技术与计算机信息技术的结合，使电磁仪器更加有前途，使排除技术问题的难易程度质化的降低。而探地雷达测量的探测深度、频率、速度和效率、时域解释的精度和效果仍是今后探测技术开拓的重点。基于电子技术和计算机信息技术实现对发射机和接收机等重要部件体积的最小化，检测数据更加准确，仪器性能更稳定，噪声更小，还需要进一步研究。

2电磁探测技术原理

导电性、磁导率的差异是鉴别地下金属管线与周围介质的主要物质基础，麦克斯韦电磁场理论，电磁感应原理总结了基于空间的电磁场分布特性的研究，根据地下金属管道检测结果定位。发射线圈是谐波电流，在它们周围形成一个“一次场”，即谐变磁场。谐变磁场对地下金属管道产生激励作用，使管道内产生谐变电流，形成管道周围的“二次场”，即二次谐变磁场。二次场的大小与发射源的波形、电流的大小、频率、管道的物理性质和几何形状以及测量点的位置有关。用电磁法探测地下金属管道时，可以通过测量这二次场的变化来探测管道。通过接收装置，在一定距离处接收到“二次场”信号，分析其分布特征，寻找地下金属管道。

当金属管的直径很大，不能看成是线性体时，它被认为是无限长的水平圆柱体。在一次场的作用下，二次场分布曲线如图2所示。

3方法实验

在基准管线的检测中，通常采用方法试验，这种方法对勘探工作十分重要。首先，有必要做一个方法实验来确定具体的工作方法。

1）根据该方法的实验要求，建立了一致性、最小最优、最大发射和接收距离、最佳工作频率、最佳发射功率和深度校正系数等实验参数。

2）对影响检测信号的影响因素的分析，首先分析了目标管材的特点，根据特征分析确定检测信号的应用范围，如导电性、信号传输的性能质量和确定最大传输距离。根据被测管线的直径大小确定峰值的强度和宽度以及传播距离。此外，埋深和长度也会产生很大影响。其次，与管道相比，相邻管线和干扰源对目标管道的影响较大。第三，输入信号的特性和频率产生的二次场，也会干扰管道的作用。最后，与地电条件相关，信号的强度与土壤的导电率成正比。

发射机放置方式的选择

1）被动源法。可以利用接收机响应所产生的被动源来检测目标，包括工频法或低频法。前者利用电力电缆实现探测金属管线的定位，调查通信电缆，并找出电缆和金属管道位于何处。后者利用极低频无线电发射机产生的电磁场在金属管线感应后产生的二次场，通过分析二次场分布特征来实现管道定位。

2）主动源法，包括感应、直连与夹钳三种方法。感应法的原理，即通过感应线圈感应电磁场，根据金属管道在二次场进行管道定位。直连法是在金属管道的一端接地且另一端连接发电机，然后根据金属管线上的信号定位管道。夹钳方法是在金属管上安装一个卡套。感应线圈通过夹持感应线圈直接输入金属管线。

4电磁法管线探测误差分析

4.1同源干扰分析

在地下管线勘探中，通常利用信号发送器将交流电流作用于目标管道，生成由检测仪器识别的磁场信号，然后进行分析。在检测过程中，由于设备发送的主信号对接收到二次场信号的接收机产生了影响，出现了同源干扰现象。当在目标管道上发射信号时，同时产生这些干扰信号，关闭发射机，干扰信号也会同步消失。同源干扰受相邻管道和目标管道两个方面的影响，前者会引起旁路干扰，既本文分析的关键内容；后者由于自身的物理特性，会引起信号场的失真。包括由相邻管线引起的旁路干扰和信号本身物理特性引起的目标管线本身的信号场失真。

4.2旁线干扰

如果目标管道周围有平行管道，就会产生相同的频率电流，信号会发生叠加，从而影响目标管道的磁场分布，导致磁场信号失真。因此，在实际工作中，应考虑到管道的流向，在选择校正方法时应考虑电流方向，以保证检测的准确性。

5提高地下金属管道检测精度方法的改进

5.1注意控制同源干扰引起的误差

在实际情况下，发射机发送的主信号会对接收到的二次场信号产生干扰。这种干扰现象是同源干扰。换句话说，同源干扰是当接收器接收到电流信号时，它受到其信号磁场的干扰，并接收除目标信号以外的信号。在实际应用中，接收机应尽可能避免靠近发射磁场。

5.2防止杂波干扰

杂散电磁波通常来其他频率的干扰。在正常情况下，只有调整测试参数不能完全消除杂波干扰，并行天线方法更有效，但前提必须是研究的干扰因素来自于远杂波干扰。一般来说，两个平行天线可以通过并联天线方法产生相同的感应电动势，然后通过接收天线的响应值的不同来避免杂波。对于来自其他频率的干扰，可以使用窄带滤波器来消除干扰。

6结束语

随着工业管道建设规模的逐步扩大，非开挖技术在辐射地下管线的使用已更多方面的在管道建设领域的应用。为了保证地下管线的稳定运行，需要采用经济实用的检测技术。检测人员应充分了解干扰探测精度客观因素与电流磁场的实际分布状况，掌握不同检测方法的技术原理和适用条件，确保能够灵活的根据不同检测方法，科学地解决检测过程中遇到的各种问题，确保检测结果准确。

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