一种管道腐蚀的监测方法、系统和电子设备与流程

1.本发明涉及管道监测技术领域，尤其涉及一种管道腐蚀的监测方法、系 统和电子设备。


背景技术：

2.油田站场地面油气管道主要以内腐蚀为主，主要形成原因是输送介质腐 蚀性导致的电化学腐蚀。原油管道内腐蚀的主要腐蚀性成分是水和各种化学 助剂。长输管道中的净化原油经过脱水处理,腐蚀性成分含量一般很微小，内 腐蚀非常轻微。但油田集输管道由于输送没有处理的含水、杂质、药剂的原 油，内腐蚀比较严重。天然气管道的内腐蚀也较为严重，油田生产的伴生气、 气井气中含有水、硫化氢、二氧化碳等腐蚀性成分，在输气过程中易发生电 化学腐蚀引起管道内壁严重腐蚀甚至穿孔泄漏，造成重大安全事故。
3.管道腐蚀超声导波检测是重要的管道检测技术，超声导波具有远传(在 油田明管上传播距离可达160m)、采集数据速度快等优点，在智能检测器无 法检测的管段，如站场和穿跨越腐蚀等位置具有良好的应用前景。目前，导 波的一些机理和特性仍然在探索中，但是检测结果具有真实性和可靠性,已开 始应用于国内油田管道、城市埋地燃气管道的腐蚀检测。
4.目前，采用超声导波技术进行缺陷监测，其主要步骤是：
5.首先，开挖需要监测的腐蚀管段，剥离防腐层和油漆层，安装传感器。
6.然后，传感器发出一束超声脉冲波，此脉冲波充斥着管壁厚度，沿着管 道轴向远处传播，导波传输过程中遇到缺陷时，由于缺陷在径向截面上有一 定的反射面积，产生一个缺陷回波,当缺陷回波被探头接收时，就可确定缺陷 位置。
7.最后，超声导波检测到的回波信号是脉冲回波信号，检测时以法兰或管 道端面回波作为基准波，在初始脉冲与基准波之间出现的回波信号就是缺陷 回波信号，根据回波的幅度和距离基准波的长度来确定缺陷的位置和大小。
8.但上述现有技术有如下缺陷：
9.1)导致管道完整性出现问题的根本原因是管壁缺陷的局部应力超过了 管道材料的承载能力，造成管道泄漏穿孔。因此，完整性决策主要考虑的是 管壁缺陷的局部应力数值。现有的超声导波监测技术通过测试管道缺陷的几 何尺寸，然后根据asme b31g等相关标准计算缺陷处的局部应力值，但是， 根据缺陷几何尺寸计算的应力值往往与真实数值偏差较大，因此，无法有效 评估腐蚀管段的安全状态；
10.2)利用超声导波监测技术进行站场管道内腐蚀缺陷监测时，管内壁缺 陷位置积累的固体杂质会对超声导波信号产生干扰，使得测试结果与实际情 况存在偏差，随着内壁杂质的不断累积，测试结果的准确性随之降低。


技术实现要素：

11.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种管道腐 蚀的监
测方法和系统。
12.本发明的一种管道腐蚀的监测方法的技术方案如下：
13.获取参照管道的轴心线上的第一预设位置，在预设单位测量高度时的第 一磁场梯度模量；
14.获取待监测管道的轴心线上的第二预设位置，在预设测量高度时的第二 磁场梯度模量，并根据所述第一磁场梯度模量和所述第二磁场梯度模量，确 定所述第二预设位置的损伤等级指标，其中，所述参照管道与所述待监测管 道的规格相同；
15.根据所述损伤等级指标确定所述第二预设位置的当前缺陷应力值与所 述待监测管道的材质所对应的屈服强度之间的当前比值；
16.根据所述当前比值与预设预警策略进行预警。
17.本发明的一种管道腐蚀的监测方法的有益效果如下：
18.获取并根据参照管道对应的第一磁场梯度模量，可以实时将第二磁场梯 度模量自动转化为待监测管道的第二预设位置的当前缺陷应力值与待监测 管道的材质所对应的屈服强度之间的比值，能够有效评估待监测管道的第二 预设位置的应力安全状态。而且，是由于待监测管道的管壁缺陷引起的局部 应力变化而造成的腐蚀管段磁信号变化情况，因此，待监测管道的内壁杂质 不会引起缺陷处局部应力变化，所以不会对测试精度产生影响，极大提高测 试结果的准确性和可靠性。
19.在上述方案的基础上，本发明的一种管道腐蚀的监测方法还可以做如下 改进。
20.进一步，获取所述第一磁场梯度模量的过程，包括：
21.通过磁力传感器采集所述参照管道的轴心线上的第一预设位置，在预设 单位测量高度时的初始磁场数据；
22.根据所述初始磁场数据获取：垂直于所述参照管道的轴心线的磁场梯度 的x分量y分量和z分量
23.根据第一公式，计算所述第一磁场梯度模量g
′
， 24.进一步，确定所述第二预设位置的损伤等级指标的过程，包括：
25.利用第二公式计算所述第二预设位置的损伤等级指标f，所述第二公式 为：其中，gm＝gf(h)，a表示修正系数，g 表示所述第二磁场梯度模量，h表示所述预设测量高度。
26.进一步，所确定所述当前比值的过程，包括：
27.利用第三公式确定计算所述当前比值，所述第三公式为 σd/σs＝(-283.1f
1.08
383.3)，其中，σd表示所述第二预设位置的当前缺陷应力 值，σs表示所述待监测管道的材质所对应的屈服强度。
28.进一步，还包括：
29.获取并根据参照管道的轴心线上的第三预设位置在不同测量高度时的 第三磁场梯度模量，拟合传播因子与测量高度之间的函数关系。
30.进一步，所述拟合传播因子与测量高度之间的函数关系，包括：
31.根据第四公式计算任一第三磁场梯度模量对应的传播因子f，直至得到 每个第三磁场梯度模量对应的传播因子，所述第四公式为g
″
表示任 一第三磁场梯度模量；
32.根据第五公式确定：a1＝a1、a2＝a2、b1＝b1、b2＝b2，得到传播因子与测量 高度之间的函数关系为：h表示测量高度，所述第 五公式为其中，a1、a2、b1和b2均为系数。
33.本发明的一种管道腐蚀的监测系统的技术方案如下：
34.包括第一获取模块、第二获取模块、计算模块和预警模块；
35.所述第一获取模块用于：获取参照管道的轴心线上的第一预设位置，在 预设单位测量高度时的第一磁场梯度模量；
36.所述第二获取模块用于：获取待监测管道的轴心线上的第二预设位置， 在预设测量高度时的第二磁场梯度模量，并根据所述第一磁场梯度模量和所 述第二磁场梯度模量，确定所述第二预设位置的损伤等级指标，其中，所述 参照管道与所述待监测管道的规格相同；
37.所述计算模块用于：根据所述损伤等级指标确定所述第二预设位置的当 前缺陷应力值与所述待监测管道的材质所对应的屈服强度之间的当前比值；
38.所述预警模块用于：根据所述当前比值与预设预警策略进行预警。
39.本发明的一种管道腐蚀的监测系统的有益效果如下：
40.获取并根据参照管道对应的第一磁场梯度模量，可以实时将第二磁场梯 度模量自动转化为待监测管道的第二预设位置的当前缺陷应力值与待监测 管道的材质所对应的屈服强度之间的比值，能够有效评估待监测管道的第二 预设位置的应力安全状态。而且，是由于待监测管道的管壁缺陷引起的局部 应力变化而造成的腐蚀管段磁信号变化情况，因此，待监测管道的内壁杂质 不会引起缺陷处局部应力变化，所以不会对测试精度产生影响，极大提高测 试结果的准确性和可靠性。
41.在上述方案的基础上，本发明的一种管道腐蚀的监测系统还可以做如下 改进。
42.进一步，所述第一获取模块具体用于：
43.通过磁力传感器采集所述参照管道的轴心线上的第一预设位置，在预设 单位测量高度时的初始磁场数据；
44.根据所述初始磁场数据获取：垂直于所述参照管道的轴心线的磁场梯度 的x分量y分量和z分量
45.根据第一公式，计算所述第一磁场梯度模量g
′
， 46.进一步，所述第二获取模块具体用于：
47.利用第二公式计算所述第二预设位置的损伤等级指标f，所述第二公式 为：其中，gm＝gf(h)，a表示修正系数，g 表示所述第二磁场梯度模量，h表示所述预设测量高度。
48.进一步，所述计算模块具体用于：
49.利用第三公式确定计算所述当前比值，所述第三公式为 σd/σs＝(-283.1f
1.08
383.3)，其中，σd表示所述第二预设位置的当前缺陷应力 值，σs表示所述待监测管道的材质所对应的屈服强度。
50.进一步，还包括第三获取模块；
51.所述第三获取模块用于：获取并根据参照管道的轴心线上的第三预设位 置在不同测量高度时的第三磁场梯度模量，拟合传播因子与测量高度之间的 函数关系。
52.进一步，所述第三获取模块具体用于：
53.根据第四公式计算任一第三磁场梯度模量对应的传播因子f，直至得到 每个第三磁场梯度模量对应的传播因子，所述第四公式为g
″
表示任 一第三磁场梯度模量；
54.根据第五公式确定：a1＝a1、a2＝a2、b1＝b1、b2＝b2，得到传播因子与测量 高度之间的函数关系为：h表示测量高度，所述第 五公式为其中，a1、a2、b1和b2均为系数。
55.本发明的一种电子设备的技术方案如下：
56.包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的程 序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一项所述的一种管道腐蚀的监 测方法的步骤。
附图说明
57.图1为本发明实施例的一种管道腐蚀的监测方法的流程示意图；
58.图2为获取第一磁场梯度模量的测量示意图；
59.图3为缺陷处局部应力模拟计算结果的示意图；
60.图4为本发明实施例的一种管道腐蚀的监测系统的结构示意图。
具体实施方式
61.如图1所示，本发明实施例的一种管道腐蚀的监测方法，包括如下步骤：
62.s1、获取参照管道的轴心线上的第一预设位置，在预设单位测量高度时 的第一磁场梯度模量；
63.其中，参照管道可理解为符合工业应用标准的标准管道，未受到任何腐 蚀以及其它损坏和缺陷；
64.第一预设位置可为人为选定的位置，或者，参照管道的轴心线上的任一 位置，由于参照管道未受到任何腐蚀以及其它损坏和缺陷，因此，当第一预 设位置为参照管道的轴心线上的不同位置时，所得到的预设单位测量高度时 的第一磁场梯度模量之间的偏差很小，可认为是相等的。
65.其中，预设单位测量高度可为1米或1分米等，也可根据实际情况确认， 预设单位测量高度指与距离参照管道的轴心线之间的垂直距离。如图2所示， 参照管道的长度可根据实际情况设置，如1米或2米等。
66.s2、获取待监测管道的轴心线上的第二预设位置，在预设测量高度时的 第二磁场梯度模量，并根据第一磁场梯度模量和第二磁场梯度模量，确定第 二预设位置的损伤等级指标，其中，参照管道与待监测管道的规格相同；
因子与测量高度之间的函数关系为：在s20中，将h 带入函数关系，得到
110.在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号s1、s2等，但只是本技术 给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整s1、s2等的执 行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包 含如上述各实施方式中的部分或全部。
111.如图4所示，本发明实施例的一种管道腐蚀的监测系统200，包括第一 获取模块210、第二获取模块220、计算模块230和预警模块240；
112.第一获取模块210用于：获取参照管道的轴心线上的第一预设位置，在 预设单位测量高度时的第一磁场梯度模量；
113.第二获取模块220用于：获取待监测管道的轴心线上的第二预设位置， 在预设测量高度时的第二磁场梯度模量，并根据第一磁场梯度模量和第二磁 场梯度模量，确定第二预设位置的损伤等级指标，其中，参照管道与待监测 管道的规格相同；
114.计算模块230用于：根据损伤等级指标确定第二预设位置的当前缺陷应 力值与待监测管道的材质所对应的屈服强度之间的当前比值；
115.预警模块240用于：根据当前比值与预设预警策略进行预警。
116.获取并根据参照管道对应的第一磁场梯度模量，可以实时将第二磁场梯 度模量自动转化为待监测管道的第二预设位置的当前缺陷应力值与待监测 管道的材质所对应的屈服强度之间的比值，能够有效评估待监测管道的第二 预设位置的应力安全状态。而且，是由于待监测管道的管壁缺陷引起的局部 应力变化而造成的腐蚀管段磁信号变化情况，因此，待监测管道的内壁杂质 不会引起缺陷处局部应力变化，所以不会对测试精度产生影响，极大提高测 试结果的准确性和可靠性。
117.可选地，在上述技术方案中，第一获取模块210具体用于：
118.通过磁力传感器采集参照管道的轴心线上的第一预设位置，在预设单位 测量高度时的初始磁场数据；
119.根据初始磁场数据获取：垂直于参照管道的轴心线的磁场梯度的x分量 y分量和z分量
120.根据第一公式，计算第一磁场梯度模量g
′
，
121.可选地，在上述技术方案中，第二获取模块220具体用于：
122.利用第二公式计算第二预设位置的损伤等级指标f，第二公式为： 其中，gm＝gf(h)，a表示修正系数，g表示 第二磁场梯度模量，h表示预设测量高度。
123.可选地，在上述技术方案中，计算模块230具体用于：
124.利用第三公式确定计算当前比值，第三公式为σd/σs＝(-283.1f
1.08
383.3)， 其中，σd表示第二预设位置的当前缺陷应力值，σs表示待监测管道的材质所 对应的屈服强度。
125.可选地，在上述技术方案中，还包括第三获取模块；
126.第三获取模块用于：获取并根据参照管道的轴心线上的第三预设位置在 不同测量高度时的第三磁场梯度模量，拟合传播因子与测量高度之间的函数 关系。
127.可选地，在上述技术方案中，第三获取模块具体用于：
128.根据第四公式计算任一第三磁场梯度模量对应的传播因子f，直至得到 每个第三磁场梯度模量对应的传播因子，第四公式为g
″
表示任一第 三磁场梯度模量；
129.根据第五公式确定：a1＝a1、a2＝a2、b1＝b1、b2＝b2，得到传播因子与测量 高度之间的函数关系为：h表示测量高度，第五公式为其中，a1、a2、b1和b2均为系数。
130.上述关于本发明的一种管道腐蚀的监测系统200中的各参数和各个单元 模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种管道腐蚀的监测方法的实 施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
131.本技术具有如下有益效果：
132.1)设备易安装，可靠性好。本发明提供的远程监测方法无需开挖管道， 监测系统直接安装于埋地腐蚀管道上方地表位置，并采取了防护措施。设备 不易被侵蚀，也便于定期检查与维护，使用寿命长。
133.2)准确评估腐蚀管段安全状态。本发明提供的远程监测方法能够通过 腐蚀管段远程磁场局部应力计算模型，准确获取埋地腐蚀管段的应力变化情 况，从而有效评估管道的安全状态。
134.3)干扰因素少，数据采集稳定。本发明提供的远程监测方法基于磁机 械效应，其监测的磁信号变化仅来源于缺陷处的局部应力变化，不受管道内 壁杂质的累积影响，保证长期有效地监测腐蚀管段安全状态。
135.适用范围为：适用于油气站场管道内腐蚀缺陷的安全监测领域。
136.应用前景如下：
137.管道是国家油气资源运输的关键设施，其缺陷检测与监测是管道安全运 行的重要保障。而在役油气管道监测与缺陷高精度量化技术更是世界性难题， 在关键技术及应用等方面存在诸多瓶颈。发展具有自主知识产权的在役油气 管道检测与监测技术，对于打破国外技术壁垒、保障国家能源安全、抢占国 际技术制高点，具有重大意义和迫切需求。
138.本发明实施例的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上 并在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现上述任一实施的一种管道 腐蚀的监测方法的步骤。
139.其中，电子设备可以选用电脑、手机等，相对应地，其程序为电脑软件 或手机app等，且上述关于本发明的一种电子设备中的各参数和步骤，可 参考上文中一种管道腐蚀的监测方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做 赘述。
140.所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机 程序产品。
141.因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可 以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件 结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实 施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序 产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
142.可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可 以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例 如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、 装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非 穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、 随机存取存储器(ram),只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器 (eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器 件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存 储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、 装置或者器件使用或者与其结合使用。
143.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施 例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发 明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。