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    管道探测中的应用

    2019-04-30   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港营管部获悉:钢质天然气管道在空气、污水和土壤中会受到腐蚀。架空管线用定期刷涂油漆的方法即可有效防止。城市天然气输配管线一般采用地下埋设方式,其防腐比地上管线要复杂得多。
      
      目前天然气输配管线使用最多的是钢管(无缝管、螺旋缝管、直缝管)。根据我们的试验,采用有效的防腐措施,管道安全使用年限为25年以上,而无防腐措施的钢质管道,有些只用了2~3年就腐蚀穿孔。因此,埋地钢管的防腐问题至关重要。
      
      埋地钢管腐蚀的原因腐蚀是金属在它所处的环境中受化学和电化学作用下引起的一种损坏。被腐蚀的钢管因氧化而变得疏松、脱落以致产生孔洞,不能再承受压力和输送天然气。输送天然气的钢管按其腐蚀部位不同,分为内壁腐蚀和外壁腐蚀。
      
      内壁腐蚀管输天然气中有一定的含水量,它在管道内壁生成一层亲水膜,形成了类似原电池腐蚀的条件,产生电化学腐蚀;由于输送的天然气中含有硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蚀性化合物,它们直接和金属起作用,引起化学腐蚀。
      
      内壁防腐的根本措施是将天然气净化,严格控制输送的气体质量是延长管线寿命、实施安全供气的重要措施。因此天然气的质量指标应符合国家有关标准。
      
      探地雷达的地质解释是在数据处理后所得的探地雷达图像剖面中,根据反射波组的波形与强度特征,通过同相轴的追踪,确定反射波组的地质含义。当地层中有管道时,地层与管道的界面两侧电性差异较大,容易形成强烈的反射波,同时在这一界面处常常产生绕射波,而绕射波在时间剖面上为双曲线反映。因此通过时间剖面上的特征图像就能确定管道的位置及其埋深。其探测原理如所示。
      
      中国钢管信息港营管部获悉:目前我国城市建设发展迅速,城市地下管道纵横交错,地下管道维修与改建工作变得十分复杂。有效地探明地下管道显得越来越重要。在地下管道建设中,探明地下管道的分布,一直是人们所关注的重点。
      
      传统探测方法己无法适应目前发展需要,人们开始寻找一种理想的探测方法。探地雷达作为一种高分辨探测技术可以对深浅地质问题进行详细填图和对地下目标体进行无损探测等。近些年来,随着更加先进、轻巧的新型探地雷达系统的出现,探地雷达(GPR)技术在地下管道探测中的应用日益扩大。我国对探地雷达方法及其应用也开展了大量的研究与实际应用,应用领域己涉及水、工、环等方面的地球物理勘察工作中,有大量的研究成果在有关专业期刊与学术会议上发表。中国地质大学王惠濂、李大心等人率先在这一领域开展了大量的研究工作。中南工业大学的科研人员采用瑞典地质公司(SCAB)生产的RAMAC便携式探地雷达,在地下管道探测方面也开展了大量的现场测量工作。
      
      1探地雷探测的基本理论1.2电磁波的传播与波速探地雷达探测是一种高频电磁波勘探方法,雷达电磁波可近似为均匀平面电磁波。在往地下介质中传播时,它的电场分量瞬时波动方程为:1.1探地雷达探测原理探地雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广发射高频宽度电磁波,另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时,其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而05―25基金项目:国家“211*工程重点建设项目系数;为相移系数;为传播距离,m;co为电磁波的角频率,rad/s.从式(1)中可看出:①电场强度是以衰减系数与距离之积为幂作指数衰减的。对于探测地下管道来说,a和Z均较小,故衰减不大,对探测有利。②当cos(t一汝)=1时,电磁场度最大,可求得电磁波波速的表由式(5)可知,反射系数的大小,主要取决于界面两侧介质相对介电常数的差异程度。差异越大反射系数越大,则越利于探测。对于地下管道探测而言,e1为土层或岩石的相对介电常数(3~7),而e为混凝土管或金属管,e=6……e金属=.e与e2差异较大,这是探地雷达探测管道的地球物理基础。
      
      2探测方法与关键技术2.1测试设备配置用于地下管道探测的探地雷达系统,由发射接收天线、主机、计算机、电源等几部分组成。
      
      探测前,首先选择好合适的天线。根据电磁波理大,分辨率越高,并且当目标体大于介质中的波长时才可分辨出来。根据电磁波传播理论可知,介质中电磁波的波长与频率之间的关系如下:磁导率及电阻率。探测时根据地下管道的实际埋深及其管径大小情况,选用探地雷达的相应天线进行测量。
      
      2.2雷达实时记录探测时,天线紧贴在地表面上移动,发射天线向地下连续发射脉冲电磁波,在地下介质中传播的电磁波,遇到土层(或岩石)与管道界面将产生反射波,接收天线接收反射波并通过主机记录下反射波到达接收天线的时间t及录下回波的振幅、相位、频率变化特征……
      
      为双程走时,可用公式表示:这样,每次接收的记录就组成了探地雷达时间剖面图像。横坐标为天线在表面测线上的位置,纵坐标为雷达脉冲从发射天线出发经各界面反射回到接收天线的双程走时。这种记录能准确地反映正对测线下方被测物体各个反射面的起伏变化。
      
      3图像解释与数据处理3.1图像的分层从公式(1)可知,电场强度分量Ex的振幅值,在向介质传播过程中,是以衰减系数a同传播距离Z之积为幂作指数衰减的。RAMAC/GPR型探地雷达有一时间(深度)益(TimeGain)调节窗口,当调节的益参数适当时,可抵消深度和衰减系数(a)所引起的电磁波电场分量的衰减,显示的波形即为除去了深度影响的回波波形。这时,回波的余下部分为界面的反射波形。
      
      通常,管道探测时,电磁波需经过土层(或含矿石)、管道(含有充填物、空气和水)等介质。不同介质层的衰减系数a不同,反射系数Re也不同。回波振幅、相位异常反映了各介质层的界面。分辨回波振幅、相位的特征,可达到分层的目的。
      
      3.2电磁波波速计算电磁波在空气中传播的速度等于光速,电磁波在地下各介质中传播的速度,可由式(4)表示。由于土层的相对介电常数不是一个定值,所以电磁波在这些介质中传播的速度也不是一个定值。为了精确地计算出管道的埋深(H=Vt/2),必须在每次管道探测中,都应实地测量该处的速度值。通常测量速度值的方法有两种:己知厚度反求速度法(V=2H/t)和雷达宽角速度测量法(V=dx/dt)。
      
      3.3管道埋深计算传播速度,t为电磁波由地表传至管道与土层(或含岩石)分界面的双程走时。
      
      中国钢管信息港营管部获悉:在实际测试工作中,只要知道电磁波传播速度V值,将其输入计算机,计算机可通过雷达测试专用软件将记录的时间剖面自动转变为深度剖面。厚度界面即可通过人机对话方式生成。管道深度计算结果,既可以深度剖面图的形式输出,也可以各处深度值数据的形式输出。
      
      根据管道与土层界面反射波的振幅及相位特征,确定出管道的顶界面,并粗略估算出管道大小范围,根据反射波相位特征确定管道底界面。
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