一种地上金属管道及埋地金属管道锈蚀度检测方法

本技术涉及管道检测维护，尤其涉及一种地上金属管道及埋地金属管道锈蚀度检测方法。

背景技术：

1、水资源是影响人类生活水平、社会稳定、经济发展的重要因素，城市供水系统作为人类输送、利用水资源的基础设施，是城市发展状态及容纳能力的标志，是保障城市发展的基本因素。然而由于城市地下管道受到各种复杂因素的影响，管道在运行期难免会出现各种缺陷，大量埋地输油、供水管道处于带伤工作状态，极易造成输油、供水管网的泄漏，其中最为常见与严重的问题是锈蚀现象，随管道服役时间的增长锈蚀会不断加重，甚至会导致管道穿孔破裂，发生安全事故。

2、目前国内外管道内锈蚀检测的方法主要有超声波、漏磁、涡流和瞬变电磁等，但这些探测技术所存在的一个共同问题是管道锈蚀检测精度不高且定位性居多，很难实现锈蚀层电阻或锈蚀层厚度的直接测量与估测。一般只是在管道发生安全事故以后再去进行检查和维修，造成资源浪费和经济损失，甚至还可能造成人身伤亡，建筑物倒塌以及环境污染等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提出一种克服上述问题的一种地上金属管道及埋地金属管道锈蚀度检测方法。

2、基于上述目的，本技术的第一方面，提供了一种地上金属管道锈蚀度检测方法，包括：

3、在管道内壁或外壁分别设置供电电极和测量电极电路，测量所述管道内壁或外壁测量电极测量点非锈蚀层的电势；

4、基于所述管道内壁或外壁的电势分布，利用测量电路测量所述管道内壁或外壁测量电极测量点锈蚀层电阻；

5、基于所述管道内壁或外壁测量电极测量点锈蚀层电阻，测量所述管道锈蚀层厚度；

6、其中所述测量电极电路包括测量电极、第一测量电路和第二测量电路，所述第一测量电路和第二测量电路分别与所述测量电极串联，所述第一测量电路和所述第二测量电路并联，所述第一测量电路包括串联的第一电位差计和第一的电流表，所述第二测量电路包括串联的第二电位差计和第二电流表。

7、可选的，测量所述管道壁的电势的计算公式为：

8、i1rr+i1(rv1+ri1)＝u

9、i2rr+i2(rv2+ri2)＝u

10、其中，rr为测量电极测量点锈蚀层电阻，i1第一电流表读数，rv1为第一电位差计的电阻，ri1第一电流表的电阻，i2为第二电流表读数；rv2为第二点位差计的电阻，ri2为第二电流表的电阻，u为非锈蚀层管道壁的电势。

11、可选的，测量所述管道锈蚀层厚度的计算公式为：

12、

13、其中，δ为锈蚀层厚度，s为测量电极与管道接触面积，ρr为管道锈蚀层电阻率。

14、本技术的第二方面，提供了一种埋地金属管道锈蚀度检测方法，包括：

15、在管道的内壁设置供电电极和测量电极电路，测量所述管道内壁测量电极测量点非锈蚀层的实测电势；其中所述测量电极电路包括测量电极、第一测量电路和第二测量电路，所述第一测量电路和第二测量电路分别与所述测量电极串联，所述第一测量电路和所述第二测量电路并联，所述第一测量电路包括串联的第一电位差计和第一的电流表，所述第二测量电路包括串联的第二电位差计和第二电流表；

16、分别以所述管道中心为原点，所述管道轴向为z轴，所述管道径向为r轴构建管道传输线地层模型；

17、基于所述管道传输线地层模型与所述管道内流体及所述管道中的电流沿着所述管道轴线方向流动，构建所述管道内流体、非锈蚀管道内壁和管道内壁锈蚀层等效纵向电导；

18、基于所述等效纵向电导，确定所述管道传输线方程；

19、计算所述管道传输线方程，确定所述管道壁非锈蚀层的计算电势；

20、通过电势jacobi矩阵计算所述管道传输线地层模型的电势对地层参数偏导数；

21、通过所述实测电势及所述计算电势确定反演目标函数；

22、利用所述管道传输线方程及所述电势对地层参数偏导数，通过反演目标函数反演迭代近似，计算所述管道外壁锈蚀层电阻；

23、根据所述管道外壁锈蚀层电阻计算所述管道外壁锈蚀层的厚度。

24、可选的，所述基于所述管道传输底线模型与管道内流体及管道中的电流沿着管道轴线方向流动，构建管道内流体、非锈蚀管道壁和管道内锈蚀层等效纵向电导的计算公式为：

25、s＝sf+sc+sr，

26、其中，

27、r为轴向单位长度的总等效纵向电阻；

28、为沿轴向供水管道内流体单位长度的电阻；

29、ρf为管道内流体电阻率；

30、a1为管道锈蚀层内半径；

31、rc为沿轴向非锈蚀供水管道单位长度的电阻；

32、rr＝ρr/[2πa2(a3-a2)]为沿轴向供水管道内锈蚀层单位长度的电阻，σr＝1/ρr；

33、a2为非锈蚀管道内壁半径，a3为非锈蚀管道外壁半径；

34、σr为管道锈蚀层导电率。

35、可选的，所述基于所述等效纵向电导，确定所述管道传输线方程计算式为：

36、

37、

38、其中，u为非锈蚀供水管道壁电势分布；

39、i为非锈蚀供水管道壁中的电流；

40、t为地层横向电阻，α为地层α系数。

41、可选的，通过电势jacobi矩阵计算所述管道传输线地层模型的电势对地层参数偏导数，包括：

42、沿所述管道将所述管道传输线地层模型进行单元划分；

43、基于所述单元划分的管道传输线地层模型，确定所述jacobi矩阵形式；

44、确定所述测量电极所在所述管道传输线地层模型的位置；

45、基于所述jacobi矩阵形式以及所述测量电极所在所述管道传输线地层模型的位置，确定所述传输线地层模型的电势对地层参数偏导数。

46、可选的，所述jacobi矩阵形式为：

47、δu＝gδm，

48、其中，δu为电势增量，δm为管道传输线地层模型参数微扰增量；

49、

50、为单元划分的传输线地层模型电阻向量；

51、为单元划分的传输线地层模型电势。

52、可选的，利用所述管道传输线方程及所述电势对地层参数偏导数，通过反演目标函数反演迭代近似，计算所述管道外锈蚀层电阻；

53、所述反演目标函数的计算公式为：

54、f(m)＝||u-uobs||

55、其中，uobs为实测非锈蚀管道壁电势；

56、u为非锈蚀管道壁电势。

57、可选的，反演迭代近似公式为：

58、dk＝-(gktgk+βki)-1gktfk

59、其中dk为第k次迭代得到的地层参数增量；

60、gktgk为管道传输线方程的偏导矩阵积；

61、i为n阶单位矩阵，βk为一个正实常数。

62、从上面所述可以看出，本技术提供的一种地上管道锈蚀度检测方法，通过供电电极和测量电极电路直接能够测量计算管道内壁以及管道外壁锈蚀层厚度，一种埋地管道锈蚀度检测方法，通过建立管道传输线地层模型，提出了传输线地层模型横向电阻、锈蚀管道与管道内流体等效横向电阻计算方法，借助管道传输线方程实现非锈蚀管道壁电势分布计算，基于管道壁场势反演管道外壁锈蚀层电阻及厚度，实现锈蚀管道壁剩余厚度的测量与评价，及时准确地掌握当前管道的状态，通过当前管道的状态对管道做出科学性的安全评价并给出相关维护建议，降低管道失效风险，避免不必要的经济损失。