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    管道探測中的應用

    2019-04-30   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港營管部獲悉:鋼質天然氣管道在空氣、污水和土壤中會受到腐蝕。架空管線用定期刷涂油漆的方法即可有效防止。城市天然氣輸配管線一般采用地下埋設方式,其防腐比地上管線要復雜得多。
      
      目前天然氣輸配管線使用最多的是鋼管(無縫管、螺旋縫管、直縫管)。根據我們的試驗,采用有效的防腐措施,管道安全使用年限為25年以上,而無防腐措施的鋼質管道,有些只用了2~3年就腐蝕穿孔。因此,埋地鋼管的防腐問題至關重要。
      
      埋地鋼管腐蝕的原因腐蝕是金屬在它所處的環境中受化學和電化學作用下引起的一種損壞。被腐蝕的鋼管因氧化而變得疏松、脫落以致產生孔洞,不能再承受壓力和輸送天然氣。輸送天然氣的鋼管按其腐蝕部位不同,分為內壁腐蝕和外壁腐蝕。
      
      內壁腐蝕管輸天然氣中有一定的含水量,它在管道內壁生成一層親水膜,形成了類似原電池腐蝕的條件,產生電化學腐蝕;由于輸送的天然氣中含有硫化氫、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蝕性化合物,它們直接和金屬起作用,引起化學腐蝕。
      
      內壁防腐的根本措施是將天然氣凈化,嚴格控制輸送的氣體質量是延長管線壽命、實施安全供氣的重要措施。因此天然氣的質量指標應符合國家有關標準。
      
      探地雷達的地質解釋是在數據處理后所得的探地雷達圖像剖面中,根據反射波組的波形與強度特征,通過同相軸的追蹤,確定反射波組的地質含義。當地層中有管道時,地層與管道的界面兩側電性差異較大,容易形成強烈的反射波,同時在這一界面處常常產生繞射波,而繞射波在時間剖面上為雙曲線反映。因此通過時間剖面上的特征圖像就能確定管道的位置及其埋深。其探測原理如所示。
      
      中國鋼管信息港營管部獲悉:目前我國城市建設發展迅速,城市地下管道縱橫交錯,地下管道維修與改建工作變得十分復雜。有效地探明地下管道顯得越來越重要。在地下管道建設中,探明地下管道的分布,一直是人們所關注的重點。
      
      傳統探測方法己無法適應目前發展需要,人們開始尋找一種理想的探測方法。探地雷達作為一種高分辨探測技術可以對深淺地質問題進行詳細填圖和對地下目標體進行無損探測等。近些年來,隨著更加先進、輕巧的新型探地雷達系統的出現,探地雷達(GPR)技術在地下管道探測中的應用日益擴大。我國對探地雷達方法及其應用也開展了大量的研究與實際應用,應用領域己涉及水、工、環等方面的地球物理勘察工作中,有大量的研究成果在有關專業期刊與學術會議上發表。中國地質大學王惠濂、李大心等人率先在這一領域開展了大量的研究工作。中南工業大學的科研人員采用瑞典地質公司(SCAB)生產的RAMAC便攜式探地雷達,在地下管道探測方面也開展了大量的現場測量工作。
      
      1探地雷探測的基本理論1.2電磁波的傳播與波速探地雷達探測是一種高頻電磁波勘探方法,雷達電磁波可近似為均勻平面電磁波。在往地下介質中傳播時,它的電場分量瞬時波動方程為:1.1探地雷達探測原理探地雷達方法是一種用于確定地下介質分布的廣發射高頻寬度電磁波,另一個天線接收來自地下介質界面的反射波。電磁波在介質中傳播時,其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性質及幾何形態而05―25基金項目:國家“211*工程重點建設項目系數;為相移系數;為傳播距離,m;co為電磁波的角頻率,rad/s.從式(1)中可看出:①電場強度是以衰減系數與距離之積為冪作指數衰減的。對于探測地下管道來說,a和Z均較小,故衰減不大,對探測有利。②當cos(t一汝)=1時,電磁場度最大,可求得電磁波波速的表由式(5)可知,反射系數的大小,主要取決于界面兩側介質相對介電常數的差異程度。差異越大反射系數越大,則越利于探測。對于地下管道探測而言,e1為土層或巖石的相對介電常數(3~7),而e為混凝土管或金屬管,e=6……e金屬=.e與e2差異較大,這是探地雷達探測管道的地球物理基礎。
      
      2探測方法與關鍵技術2.1測試設備配置用于地下管道探測的探地雷達系統,由發射接收天線、主機、計算機、電源等幾部分組成。
      
      探測前,首先選擇好合適的天線。根據電磁波理大,分辨率越高,并且當目標體大于介質中的波長時才可分辨出來。根據電磁波傳播理論可知,介質中電磁波的波長與頻率之間的關系如下:磁導率及電阻率。探測時根據地下管道的實際埋深及其管徑大小情況,選用探地雷達的相應天線進行測量。
      
      2.2雷達實時記錄探測時,天線緊貼在地表面上移動,發射天線向地下連續發射脈沖電磁波,在地下介質中傳播的電磁波,遇到土層(或巖石)與管道界面將產生反射波,接收天線接收反射波并通過主機記錄下反射波到達接收天線的時間t及錄下回波的振幅、相位、頻率變化特征……
      
      為雙程走時,可用公式表示:這樣,每次接收的記錄就組成了探地雷達時間剖面圖像。橫坐標為天線在表面測線上的位置,縱坐標為雷達脈沖從發射天線出發經各界面反射回到接收天線的雙程走時。這種記錄能準確地反映正對測線下方被測物體各個反射面的起伏變化。
      
      3圖像解釋與數據處理3.1圖像的分層從公式(1)可知,電場強度分量Ex的振幅值,在向介質傳播過程中,是以衰減系數a同傳播距離Z之積為冪作指數衰減的。RAMAC/GPR型探地雷達有一時間(深度)益(TimeGain)調節窗口,當調節的益參數適當時,可抵消深度和衰減系數(a)所引起的電磁波電場分量的衰減,顯示的波形即為除去了深度影響的回波波形。這時,回波的余下部分為界面的反射波形。
      
      通常,管道探測時,電磁波需經過土層(或含礦石)、管道(含有充填物、空氣和水)等介質。不同介質層的衰減系數a不同,反射系數Re也不同。回波振幅、相位異常反映了各介質層的界面。分辨回波振幅、相位的特征,可達到分層的目的。
      
      3.2電磁波波速計算電磁波在空氣中傳播的速度等于光速,電磁波在地下各介質中傳播的速度,可由式(4)表示。由于土層的相對介電常數不是一個定值,所以電磁波在這些介質中傳播的速度也不是一個定值。為了精確地計算出管道的埋深(H=Vt/2),必須在每次管道探測中,都應實地測量該處的速度值。通常測量速度值的方法有兩種:己知厚度反求速度法(V=2H/t)和雷達寬角速度測量法(V=dx/dt)。
      
      3.3管道埋深計算傳播速度,t為電磁波由地表傳至管道與土層(或含巖石)分界面的雙程走時。
      
      中國鋼管信息港營管部獲悉:在實際測試工作中,只要知道電磁波傳播速度V值,將其輸入計算機,計算機可通過雷達測試專用軟件將記錄的時間剖面自動轉變為深度剖面。厚度界面即可通過人機對話方式生成。管道深度計算結果,既可以深度剖面圖的形式輸出,也可以各處深度值數據的形式輸出。
      
      根據管道與土層界面反射波的振幅及相位特征,確定出管道的頂界面,并粗略估算出管道大小范圍,根據反射波相位特征確定管道底界面。
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