[发明专利]一种管道焊缝处自漏磁场磁感应强度的计算方法

说明书

本发明提供了一种管道焊缝处自漏磁场磁感应强度的计算方法，属于埋地管道探测技术领域。所述计算方法包括六个步骤，第一，管道及焊缝基础资料收集；第二，焊缝处管道分区；第三，对管道本体自漏磁场进行计算；第四，对管道本体过渡区自漏磁场进行计算；第五，对焊缝自漏磁场进行计算。第六，对管道焊缝处的自漏磁场进行计算。本发明的计算方法操作简单、实用性强、可准确地对焊缝处管道自漏磁场磁感应强度总量和三分量进行计算，从而为管道焊缝的识别和定位的、提供理论支撑，提高埋地管道焊缝定位的准确性和可靠性。

技术领域

本发明专利涉及地下管道探测技术领域，特别是一种用于埋地管道焊缝定位的焊缝自漏磁场磁感应强度计算方法。

背景技术

加速发展天然气产业是我国能源结构调整的核心任务之一。随着天然气在能源结构中所占比重逐年增加，埋地管道作为天然气的主要运输方式得到快速发展。然而，埋地管道的快速发展增大了建设施工的安全风险，焊缝作为管道最薄弱的环节，给施工带来了更为严重的威胁。因此，有效地识别和定位管道焊缝对保障施工安全具有重要的意义。

目前，地下管线探测技术在国内外已应用多年，发展研究了电法、磁法、电磁法、探地雷达法、人工地震法、红外法等多种物探方法，但没有专门针对管道焊缝的探测方法。基于磁法的管道探测技术不能有效地识别管道焊缝。

实际油气管线都是由多根管道(一般长为12m)焊接而成，在油气储运工程的现场施工中，几乎全部依靠焊接工艺来完成管道之间的连接工作。焊接工作占去了大部分的施工工作量，是施工中最为关键和复杂的工作。焊缝对整条管道的安全运行产生影响，是管道事故发生的重要因素。因此，有必要对焊缝处的管道自漏磁场计算方法进行单独研究，从而确定焊缝处管道自漏磁场的特征和变化规律，最终识别管道焊缝。

因此，现阶段急需一种钢质管道自漏磁场磁感应强度的计算方法，为实现钢质管道焊缝的识别和定位奠定基础，进而降低建设施工的安全风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道焊缝处自漏磁场磁感应强度的计算方法，从而得到不同材质、管径、壁厚、埋深和运行压力下管道焊缝处自漏磁场磁感应强度值。进而有效的掌握管道焊缝自漏磁场的分布特征，为定量精确识别和定位管道焊缝奠定基础。基于焊缝和管道的几何形状建立该计算方法，核心在于分别推导得到管道本体区、本体过渡区、焊缝区的自漏磁场表达式，并通过矢量叠加，得到焊缝处自漏磁场磁感应强度三分量和总量的值，方法流程如附图1所示。

该管道焊缝处自漏磁场的计算方法包括以下内容：

(1)管道本体及焊缝基本资料的收集。其中，管道本体资料主要包括管道的材质、管道的屈服强度、管道的走向、管道的外径、管道的壁厚、管道的运行压力、管道的埋深、管道的长度以及管道的约束形式；以及焊接材料的材质，焊缝的焊接方法，焊缝的缺陷状况等。

(2)将含焊缝管道进行分区，焊缝及管道被分为3个区域分别计计算。Ⅰ区为管道本体区，Ⅱ区为管道本体过渡区，Ⅲ区为焊缝区，如附图2所示。建立如附图3所示坐标系。

(3)对管道本体区自漏磁场(即Ⅰ区)进行计算。基于磁偶极子理论和微积分思想，通过建立的焊缝(简化的焊缝及管道几何结构如附图2所示)附近管道本体自漏磁场模型，对焊缝附近管道本体的自漏磁场磁感应强度进行计算，得到焊缝处管道本体区自漏磁场磁感应强度三分量。具体模型表达式如公式(1)～(3)所示。

式中：M_Ⅰx——管道本体区上某一微元体x轴方向的磁化强度，A/m；

M_Ⅰy——管道本体区上某一微元体y轴方向的磁化强度，A/m；

M_Ⅰz——管道本体区上某一微元体z轴方向的磁化强度，A/m；