管壁厚度TEM检测技术概要

管壁厚度TEM检测方法,GBH管道腐蚀智能检测仪,研发概况,管壁厚度TEM检测方法是李永年教授多年研究的成果。 2000年5月，相关方法“金属蚀失量评价法”通过了以中科院地质与地球物理所院士刘光鼎为首的鉴定委员会的鉴定，认定研究成果“达到国内领先水平”。根据鉴定意见开始大规模应用推广并继续深入研究，于2004年研发成功“管壁厚度TEM检测方法”，到目前为止，应用此方法检测评价的管道已超过500公里。 2005年获国家科技型中小企业技术创新基金项目无偿资助，研制专用仪器GBH管道腐蚀智能检测仪。,方法原理,在发射回线中加载稳定激励电流，建立起一次磁场，瞬间断开激励电流便形成了一次磁场“关断”脉冲。此一随时间陡变的磁场在管体中激励起随时间变化的“衰变涡流”，从而在周围空间产生与一次磁场方向相同的二次“衰变磁场”，二次磁场穿过接收回线中的磁通量随时间变化，在接收回线中激励起感生电动势，利用数据采集器观测到用激励电流归一化的二次磁场衰变曲线瞬变响应。,瞬间断电以后（t0），在线框周围包括管道在内的有耗介质中激励起了随时间衰变的涡旋电流，在管道正上方，与管体上涡旋电流相关的二次磁场在接收线框中激起的归一化电动势可以用下式表达：,当管体和管内介质的物理性质以及综合时间常数为已知时，可建立关于管壁厚度d的高阶方程，其多解性和解的不稳定性是显而易见的。 建立管壁平均厚度变化幅度与综合参数变化率之间关系：,只要给定综合参数背景和已知壁厚作为基准，就可以很容易地通过综合参数变化率得到管壁平均壁厚的变化幅度，这是从已知到未知的分析过程，也是管壁厚度TEM检测方法的基本原理。,实测与理论TEM响应曲线对比,图中横坐标为延时，纵坐标为响应幅值的自然对数。绿色曲线为试验管道一个测点上的响应曲线，管径为219毫米，壁厚为5毫米；蓝色曲线为相应参数的理论计算值；红色曲线为实测大地的响应曲线。由图中可以看出，测点上的响应早期为大地、装置、管道的综合响应，响应晚期是与被测管道直接相关的时变信息。试验结果表明：理论符合实际。,检测可实现性的理论分析,管径、材质、管内输送介质相同但管壁厚度不同的管体，脉冲瞬变响应具有时间上的可分性，它正是实现管道腐蚀（管壁减薄）检测的技术与方法基础。,有关术语和技术指标,TEM：瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method） 管段长度：每个测点覆盖的管段长度近似等于所采用的传感器发射回线边长与2倍管道中心埋深之和（L+2h）。 适用对象：由于是在地面采用非接触式信号加载方式，管壁厚度TEM评价系统最适用的检测对象是单根或者可视为单根的地下管道。 应用范围：在线管道腐蚀程度的全面调查；重要管段的定期监测；管线建设竣工后的质量验收评价手段。 检测精度：一般干扰条件下，误差可控制在5%以内。 验证方法：开挖验证，并采用高精度测厚仪实际测量管壁厚度，测量点应均匀分布并具有统计意义。 符合率：检测出报的剩余管壁平均厚度与管壁实际平均厚度之间的偏差不超出检测精度范围时，称为“检测结果与实际情况相符”。一般情况下，符合率不低于80%。,应用效果,管壁厚度TEM检测技术得到业内同行的普遍关注，近几年来，在大庆、胜利、大港、轮南、彩南、石西等油田，齐鲁石化总公司、太原钢铁总公司、保定煤气公司、昆明煤气公司、天津燃气公司等企业，应用本方法检测评价的管道已超过500公里，据不完全统计，至2006年4月止，在119处开挖验证的管壁厚度检测成果中，有102处与实际管壁厚度的偏差小于5%。符合率达85.7%,检测评价局部腐蚀,从检测实践看，腐蚀范围大（可以与被测管道的管径相比拟）、腐蚀强烈（金属蚀损率超过10%）的局部腐蚀容易被发现。此外，发生在防护失效部位的局部腐蚀比发生在防护正常部位的易于发现（在于主观关注程度）。,胜利油田丁义线17800测点,管道规格219×6mm；管壁厚度检测值5.4mm；实测值5.43mm,胜利油田丁义线17836测点,管道规格219×6mm；管壁厚度检测值5.3mm；实测值5.16mm,检测评价管道内壁腐蚀,管道内壁腐蚀的范围较大（超过2倍埋深与发射回线边长）时，可以利用TEM技术检测管道壁厚变薄部位，,胜采四矿输油管道250测点,检测值：防腐层综合等级为一级，管体剩余平均壁厚6.3mm。 开挖验证：防腐层质量良好，管体外表面腐蚀轻微。总共采集8个环带512个超声波测厚数据，每个环带数据取平均值作为此环带的管壁厚度值，8个环带的管壁厚度值再做平均得到该处管道平均剩余厚度值，数据具有统计意义。超声波检测管壁厚度最大值为7.31mm，最小值为2.27mm，平均值为6.51mm，经过分析后发现腐蚀主要发生在管道下部的管内壁处。 TEM检测壁厚值相对实际壁厚值的误差为3.20%，检测结果与实际情况相符。,大港油田注水管线3180测点,管道规格219×17mm；防腐层综合等级为二级 管壁厚度检测值15.45mm； 实测值15.58mm,香港煤气公司,为检验管壁厚度TEM检测技术的效果，香港煤气公司使用3段3米长管道规格165×5.24mm铁管（GI），中间夹1段1.95米长壁厚2.70mm铁管，用点焊方法连在一起，并用苫布覆盖。我方使用最新研制的GBH管道腐蚀智能检测仪，检测时按照距起点的距离，每隔一米布设一个测点，检测后判定80测点是壁厚2.70mm的铁管，经煤气公司技术人员认定，与实际焊接位置相符。（下图中上方是检测结果，下方是测点位置和焊接示意图）,华北油田鄚任线,鄚任线管壁厚度TEM理论计算结果图,注：由于村中水泵电磁干扰影响，1145011872未布设TEM测点。,最新更换状况与检测概略分段对照,GBH管道腐蚀智能检测仪,国家科技型中小企业技术创新基金资助项目,仪器架构,GBH管道腐蚀智能检测仪是一款虚拟仪器，基于管壁厚度TEM检测技术，包括控制单元、数据采集器、传感器三个主要部分。 控制单元用来控制数据采集器和传感器工作，实现数据收录、信号处理、图示、解释分析等功能。可用具有蓝牙接口的掌上电脑或笔记本电脑作为载体。 数据采集器用于激励、采集、记录瞬变电磁信号，具有抗干扰能力强、稳定性好、轻便等特点。 传感器包括发射回线和接收回线两部分，用来实现信号发收功能。,工作方式,地下管道检测,地面管道检测,数据采集对比,GBH-1与GDP,为验证GBH-1数据采集器的性能，在同一目标体上与美国Zonge公司的GDP仪器的瞬变电磁法（TEM）功能做对比实验。,GDP32,GBH-1,检测对象,室内含有钢筋的楼板，供电频率0.58Hz，对比不同频率的数据采集。 存在不同电磁干扰的地下管道上，供电频率4Hz，对比不同干扰情况下的数据采集。,对比实验结果1,室内0.5Hz数据曲线对比,对比实验结果2,室内1Hz数据曲线对比,对比实验结果3,室内2Hz数据曲线对比,室内2Hz数据曲线对比图可以看出，两仪器在供电频率为2Hz时对50Hz工频干扰压制能力均较弱，这是由于在2Hz供电频率工作时，系统在设计原理上对50Hz工频干扰不能有效压制所致。,对比实验结果5,室内4Hz数据曲线对比,对比实验结果6,室内8Hz数据曲线对比,对比实验结果7,地下管道422测点数据曲线对比,对比实验结果8,地下管道450测点数据曲线对比,对比实验结果9,地下管道475测点数据曲线对比,对比实验结果10,地下管道500测点数据曲线对比,对比实验结果11,地下管道575测点数据曲线对比,对比实验结果12,地下管道600测点数据曲线对比,对比结论,在便携性能和操作性能方面，GBH管道腐蚀智能检测仪明显优于GDP-32系统； 由对比结果可看出两仪器对干扰压制能力处于同一水平；,主要操作步骤,一、接好接收机、发射机、电源、发射接收线圈之间的连线,二、打开发射单元、接收单元电源开关,三、开启掌上电脑，运行数据采集程序,确定开启掌上电脑蓝牙模块，运行存储卡上“GBH-1数据采集器 ”程序,四、蓝牙配对,操作蓝牙配对,选择与仪器编号相符的蓝牙设备名称,配对密码：1234,蓝牙配对完成,五、设置发射频率,六、设置参数,确认红框圈定部分参数设置正确,七、采集、保存数据,点击相应菜单或按钮，执行采样、保存操作,保存时确定测点编号无误，如缓存中有多个采样数据，选择其中一个保存,八、关闭接收单元、发射单元电源,九、注意事项,蓝牙无线通讯的有效距离为10米，因此仪器操作员与数据采集器的距离不能超过10米，否则通讯失败，需重新配对蓝牙。 根据测量要求布置好发射线圈和接收线圈，多余的导线应从放线架上放出来，呈直线或S型放置。 如果显示曲线为红色，表示测试数据为负数，把传感器接收线圈正负极方向交换即可。 当接收单元和发射单元均处于开机状态时，关机顺序为先关闭接收单元电源，后关闭发射单元电源，否则有可能引起发射单元蜂鸣器鸣叫。 发射单元处于发射状态时，不得触摸供电输出端子（A、B接线柱）或裸露的线头。 测试曲线较乱时，有可能的干扰源有：高压电网、天电干扰、电磁设备等，也有可能是阻尼电阻不匹配。 由于数据采集使用蓝牙通讯，因此，近距离的带蓝牙的手机通话或收发短信，有可能干扰电脑和接收单元通讯。 接收单元外接电池电压为12V。请勿随意用金属物品接触电池盒插座、发射单元外接电源插座和接收单元外接电池插座，以及连接电缆线插头，以免发生短路。 如果您带有笔记本电脑，也可以用它来代替PDA掌上电脑，对数据采集器进行采样控制，这时您需要将USB蓝牙适配器插到电脑的USB接口上，并安装好相应的驱动程序。PC版的采集软件的操作和PDA上的软件操作基本相同，可阅读软件的联机帮助文档。 检测采用将已知点的管壁厚度作为标定值，未知点与已知点相比较的方法得到未知点的管壁厚度。因此为了得到准确的未知点管壁厚度值，已知点管壁厚度必须要标定准确。选取35个测点使用超声测厚仪实测管壁平均厚度，作为定量分析标定值。选取的测点应具备数据采集误差小、无其他因素干扰的特点。,