油氣管道缺陷漏磁內檢測理論與應用

前言

第1章 緒論

1.1 油氣管道缺陷檢測的意義

1.2 油氣管道缺陷內檢測技術概述

1.3 油氣管道完整性管理相關法規(guī)及標準

1.4 油氣管道內檢測流程

第2章 漏磁檢測原理及其影響因素分析

2.1 漏磁檢測原理

2.1.1 漏磁檢測理論的發(fā)展沿革

2.1.2 缺陷外形與漏磁場的關系

2.2 漏磁檢測影響因素

2.2.1 影響因素的分類

2.2.2 磁化環(huán)節(jié)的影響

2.2.3 漏磁和數(shù)據采集環(huán)節(jié)的影響

2.3 外磁場測量系統(tǒng)的應用

第3章 油氣管道漏磁內檢測用傳感器設計

3.1 漏磁測量用傳感元件

3.2 管道內外壁缺陷區(qū)分用傳感元件

3.3 非磁狀態(tài)量傳感器

第4章 檢測信號處理方法

4.1 數(shù)據采集與存儲

4.1.1 數(shù)據采集的基本理論

4.1.2 管道漏磁檢測的數(shù)據采集

4.1.3 數(shù)據的組織與存儲

4.2 數(shù)據壓縮及降噪方法

4.2.1 檢測數(shù)據壓縮

4.2.2 檢測信號降噪方法

第5章 地面標記方法

5.1 引言

5.2 低頻輻射和接收傳感器

5.2.1 超低頻電磁場的磁偶極子模型

5.2.2 基于超低頻電磁場的定位模型

5.2.3 低頻輻射器

5.2.4 接收磁傳感器

5.3 低頻輻射信號發(fā)生電路

5.4 低頻輻射接收器

5.5 地面標記系統(tǒng)的實驗測試

5.5.1 定位實驗理論分析

5.5.2 超低頻電磁輻射定位系統(tǒng)測試

第6章 漏磁檢測缺陷量化方法

6.1 引言

6.2 基于統(tǒng)計識別的缺陷量化方法研究

6.2.1 漏磁信號的預處理

6.2.2 波形特征的定義和提取

6.2.3 缺陷長度的統(tǒng)計識別

6.2.4 多變量統(tǒng)計分析方法

6.2.5 缺陷寬度的統(tǒng)計識別

6.2.6 缺陷深度的統(tǒng)計識別

6.3 徑向基函數(shù)神經網絡量化方法

6.4 三維有限元神經網絡量化方法

6.4.1 有限元法的離散化原理

6.4.2 有限元神經網絡

6.4.3 用FENN求解正問題和逆問題

6.4.4 FENN的優(yōu)點分析

第7章 檢測數(shù)據分析專家系統(tǒng)

7.1 專家系統(tǒng)簡介

7.2 數(shù)據分析軟件功能

7.3 實驗結果

7.3.1 實測數(shù)據的預處理

7.3.2 基于波動的缺陷信號識別

7.3.3 缺陷信號分類與量化

7.3.4 管道安全性評估

7.3.5 牽拉實驗數(shù)據缺陷分類與量化

附錄 牽拉實驗缺陷量化結果

參考文獻2100433B

《油氣管道缺陷漏磁內檢測理論與應用》編著者黃松嶺。

本書系統(tǒng)論述了油氣管道缺陷漏磁內檢測理論及其實現(xiàn)技術、油氣管道內檢測的意義及相關法規(guī)和標準。全書共分7章，包括緒論、漏磁內檢測原理及其影響因素分析、油氣管道內檢測用傳感器設計、檢測信號處理方法、地面標記方法、漏磁檢測缺陷量化和檢測數(shù)據分析專家系統(tǒng)。

本書內容是作者10多年來理論和應用研究成果的總結，可供電磁無損檢測相關技術和工程人員參考，也可作為無損檢測人員的資格培訓和高等院校相關專業(yè)的參考教材。書中信號處理和數(shù)據分析專家系統(tǒng)方面的內容對其他無損檢測開發(fā)人員也具有借鑒意義。

序1

序2

前言

第1章管道漏磁內檢測基礎知識1

1.1管道基本概念1

1.2長輸油氣管道腐蝕及其防護1

1.3管道漏磁內檢測技術的發(fā)展狀況2

1.4漏磁檢測原理4

1.4.1缺陷漏磁場的形成機理4

1.4.2缺陷漏磁場的分布6

1.5漏磁檢測的磁化技術7

1.5.1磁化方式7

1.5.2磁化強度的選擇7

1.6漏磁場信號的測量8

1.6.1基本要求8

1.6.2磁測量元件9

第2章管道漏磁內檢測系統(tǒng)11

2.1管道漏磁內檢測技術11

2.2管道漏磁內檢測系統(tǒng)概述11

2.2.1管道漏磁內檢測系統(tǒng)的基本組成11

2.2.2管道漏磁內檢測系統(tǒng)的特點12

2.2.3管道漏磁內檢測裝置的要求13

2.2.4管道漏磁內檢測裝置的技術指標13

2.3管道漏磁內檢測裝置機械設計14

2.3.1總體機械結構14

2.3.2部件功能14

2.4檢測裝置的可靠性工藝17

2.4.1裝置的密封及耐壓工藝17

2.4.2檢測裝置的耐溫及耐油工藝18

2.4.3消除影響被測磁場分布因素的工藝措施19

第3章管道軸向勵磁漏磁內檢測技術20

3.1管道軸向勵磁方式檢測原理20

3.2管道軸向勵磁漏磁檢測信號特征及影響因素20

3.2.1漏磁信號特征量的定義與提取21

3.2.2缺陷長度對漏磁信號的影響22

3.2.3缺陷深度對漏磁信號的影響24

3.2.4傳感器提離值對漏磁信號的影響26

3.2.5磁化器提離值對漏磁信號的影響28

3.2.6共同發(fā)生提離值對漏磁信號的影響29

3.2.7不同類型提離值對漏磁信號的影響30

3.2.8焊縫對漏磁信號的影響31

3.2.9檢測器運行速度對漏磁信號的影響32

3.3軸向勵磁實驗結果及分析33

3.3.1不同類型缺陷的對比33

3.3.2不同寬度缺陷的對比35

3.3.3不同深度缺陷的對比35

3.3.4不同長度缺陷的對比37

3.3.5螺旋焊縫信號分析39

第4章管道周向勵磁漏磁內檢測技術41

4.1管道周向勵磁檢測方法的檢測原理41

4.2磁化系統(tǒng)優(yōu)化設計42

4.2.1磁化器結構42

4.2.2等效磁回路44

4.2.3磁回路計算程序設計45

4.2.4永磁體參數(shù)46

4.3管道周向勵磁漏磁檢測信號特征及影響因素48

4.3.1漏磁信號及其特征量定義48

4.3.2缺陷距磁極的距離對漏磁信號的影響49

4.3.3缺陷深度對漏磁信號的影響54

4.3.4缺陷周向寬度對漏磁信號的影響56

4.3.5缺陷軸向長度對漏磁信號的影響58

4.4 缺陷參數(shù)定量化研究60

4.4.1多元回歸分析理論61

4.4.2缺陷寬度的量化61

4.4.3缺陷長度的量化61

4.4.4缺陷深度的量化62

第5章管道磁記憶應力內檢測技術63

5.1力-磁耦合模型的建立63

5.2力-磁耦合關系的計算64

5.2.1力-磁耦合關系的計算方法64

5.2.2力-磁耦合關系基態(tài)特性計算64

5.2.3計算結果與討論65

5.3磁記憶效應影響因素的研究68

5.3.1摻雜效應的影響68

5.3.2晶格畸變的影響69

5.3.3外界磁場作用的影響70

第6章漏磁內檢測器速度控制技術71

6.1氣體管道的結構特點71

6.2內檢測器與加速度計72

6.3加速度控制系統(tǒng)模型72

6.3.1水平直管道中的加速度控制系統(tǒng)模型72

6.3.2坡道上升管道中的加速度控制系統(tǒng)模型74

6.3.3坡道下降管道中的加速度控制系統(tǒng)模型75

6.3.4垂直上升管道中的加速度控制系統(tǒng)模型75

6.3.5垂直下降管道中的加速度控制系統(tǒng)模型76

6.4控制算法介紹76

6.4.1PID控制76

6.4.2模糊邏輯系統(tǒng)的結構77

6.4.3T-S模糊模型78

6.5速度控制器設計79

6.5.1PI速度控制器79

6.5.2T-S模糊模型確定PI速度控制器的參數(shù)81

6.6仿真計算83

第7章管道慣性測繪內檢測技術84

7.1管道慣性測繪內檢測技術基礎84

7.1.1慣性技術概述84

7.1.2管道慣性測繪技術的發(fā)展86

7.1.3管道慣性測繪內檢測的工程解決方案87

7.2管道慣性測繪內檢測關鍵技術88

7.2.1參考坐標系及坐標轉換方法88

7.2.2捷聯(lián)慣性導航技術92

7.2.3捷聯(lián)慣性導航初始對準算法99

7.2.4捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的卡爾曼濾波方程101

7.2.5捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)/里程輪組合導航系統(tǒng)的信息融合109

7.2.6管道地理坐標的終止點校正算法111

7.2.7磁標記在長輸管道內檢測中的應用114

7.2.8IMU傳感器原始數(shù)據去噪效果的評價方法117

7.3管道慣性測繪內檢測典型工程實驗118

7.3.1實驗系統(tǒng)概述118

7.3.2典型實驗及簡要分析119

第8章管道漏磁內檢測數(shù)據處理方法127

8.1基于FPGA的多通道高速數(shù)據采集系統(tǒng)127

8.1.1現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）的特點和設計流程127

8.1.2基于FPGA的多通道高速數(shù)據采集系統(tǒng)概述131

8.1.3系統(tǒng)硬件設計132

8.2數(shù)據壓縮方法135

8.2.1數(shù)據壓縮方法分析135

8.2.2編碼的基本理論和實現(xiàn)方法138

8.2.3管道漏磁檢測數(shù)據的檢測無損壓縮方法146

8.2.4壓縮算法的FPGA實現(xiàn)152第9章管道漏磁內檢測缺陷量化方法155

9.1漏磁內檢測中的正問題和反問題155

9.2多變量統(tǒng)計分析方法156

9.2.1曲線擬合基本理論156

9.2.2管道漏磁曲線擬合的MATLAB實現(xiàn)159

9.2.3共軛梯度迭代法在管道漏磁內檢測缺陷量化中的應用163

9.3神經網絡量化方法168

9.3.1BP神經網絡的結構及算法168

9.3.2基于BP神經網絡的缺陷量化170

9.4支持向量機量化方法171

9.4.1支持向量機基礎理論171

9.4.2LIBSVM支持向量機工具179

9.4.3支持向量機缺陷量化179

第10章管道漏磁內檢測工程項目的實施182

10.1內檢測器檢測作業(yè)182

10.1.1檢測前的準備工作182

10.1.2內檢2100433B

2016年4月17日，從中國航天科工三院35所了解到，一款蛇形機器人“海底管道漏磁內檢測器”可下海為海底油氣管道做檢測，并已在通過國內海上油田的實際檢測，性能達到國際先進水平。

該蛇形機器人名為海底管道漏磁內檢測器，可在管道內部穿梭，利用油氣壓力穿行，通過高精度漏磁檢測技術，可以捕獲并存儲管道內外壁的腐蝕、缺陷信息，對缺陷點的準確識別、精確定位。 2100433B

漏磁內檢測技術作為管道無損檢測領域最為重要的技術之一，廣泛地應用于各種類型的管道實際檢測之中。本書內容基于工程應用的角度，系統(tǒng)地闡述了無損檢測技術的基本原理、漏磁檢測的有限元分析方法、漏磁數(shù)據的預處理技術、漏磁信號的特征選擇與提取、管道缺陷的反演方法，以及漏磁數(shù)據和管道缺陷的可視化呈現(xiàn)技術。為了方便讀者學習，本書給出了大量的工程實例，并且提供了多種案例的分析結果。書中的示例大部分來自于作者多年對在役管道進行檢測時獲取到的典型案例，讀者通過對工程實例的學習，肯定能掌握漏磁技術在管道檢測中的實際應用技能。