管道变形检测数据异常检测及校正方法

管道变形检测数据异常检测及校正方法

薛 鹏

管网集团（徐州）管道检验检测有限公司 ，江苏 徐州 221008

[摘要]　变径检测器采集的原始数据可能会受环境和传感器的影响产生基值的偏移、数据异常，为了快速判定数据可用性以及提高数据判读的准确性，针对变形检测数据的异常检测及校正算法进行了探索。提出了数据异常检测宜采用逆序遍历法，里程数据校正依据里程轮磨损情况进行补偿。分析了变径数据基值偏差产生的原因，并提出了合适的算法。与检测设备性能相适应的算法是数据处理技术的关键所在，可为管道变形检测数据处理技术提供参考。

[关键词]　变形检测；数据校正；

在役管道随着服役年限的增长，周围环境的变化以及地质运动，管道发生偏移、沉降使得管体产生截面失圆、褶皱、凹陷等管体几何形貌变化，改变了管体的应力分布，削弱了管道结构的承压能力，增大了管道失效风险，有可能导致油气泄漏，造成环境污染与不可估量的经济损失^[1-2]。管道变形检测可检测出变形缺陷的大小、轴向方位、周向钟点，从而为管道安全评估提供基础数据。管道变形检测是一项复杂的系统工程，涉及机械技术、电子技术、数据处理技术等跨学科领域^[3]，各个环节紧紧相扣，直接影响检测器检测性能，本文以单排支臂式变径检测器为研究对象，针对数据异常检测及校正方法进行讨论。

1 变径检测器检测原理

检测器组成部件主要有导向直板、密封碟皮碗、支臂式变形传感器、里程轮、信号发射机、防撞头等，检测器在管道中支臂顶端与内壁紧紧接触。支臂式变形传感器主要由机械支臂、永磁体、霍尔传感器构成。通过检测磁感应强度来判断支臂角度变化，磁感应强度与旋转角度存在非线性对应关系，再由旋转角度计算管道内径变化。

2 数据预处理流程

检测器将检测到的大量数据保存并记录下来，这些数据信号可能被多种噪声所污染，也可能因为传感器和环境影响产生一些异常或缺失，如管道内壁附着物、检测器摆动、运行速度的不稳定引起的各类噪声。为降低这些异常噪声对后期数据分析的影响，需要先对数据进行处理。处理的内容主要有异常数据检测、数据校正和数据修补、数据滤波等。变径检测数据处理流程如图多事。第一步进行数据异常检查，判断是都存在异常数据；第二步进行数据校正，包括里程校正和基值校正；最后一步再进行数据滤波，但仅仅为了获取凹陷深度数据，可不进行滤波处理。

检测器将检测到的大量数据保存并记录下来，这些数据信号可能被多种噪声所污染，也可能因为传感器和环境影响产生一些异常或缺失，如管道内壁附着物、检测器摆动、运行速度的不稳定引起的各类噪声。为降低这些异常噪声对后期数据分析的影响，需要先对数据进行处理。处理的内容主要有异常数据检测、数据校正和数据修补、数据滤波等。

3 变径检测数据异常检测与校正

异常数据指通道数据发生丢失或传感器噪声信号掩盖临近正常数据通道。依据《SY/T 6597-2018 油气管道内检测技术规范》，对于首次检测管道或高风险管道，数据丢失可接受条件为，通道数据丢失应小于1%。且不应有2个以上相邻通道数据同时丢失。

3.1 里程数据异常检测

里程数据异常，常表现为里程数据呈现固定无变化的信号值，通常出现在检测器运行一段距离之后，直至检测器进入收球筒。宜从最后一个数据文件开始，逆序遍历里程数据信号，并统计连续无变化的信号值总数。若超过该通道数据总数的1%，应弃用该通道里程数据。

3.2 变径数据异常检测

当检测管道内径与标定内径相近时，沿周向分布的各个通道示值接近0值。当出现变径数据异常时，常表现为随采样时间连续的过大的正值或过小的负值。

可以采用阈值分割法划分正常数据与异常数据，并计算异常数据占比。

（1）设定高阈值、低阈值，统计超出高低阈值界限的数据总数与索引，若通道超限数据总数超过通道数据的1%，对于首次检测管道或高风险管道不可接受。若通道超限数据总数超过通道数据的2%，对于检测过或运行历史良好的管道不可接受。

（2）若通道超限数据总数不超过该通道数据的1%，对比各相邻通道超限数据索引，存在相邻通道超限数据索引相同的情况即判定为相邻通道异常，对于首次检测管道或高风险管道不可接受。

4 数据校正

4.1 里程数据校正

按照里程信号数据转换得到的距离与实际测量距离存在偏差，并且这种偏差随着检测器的行进不断积累、不断增大。产生这种里程偏差的原因是里程轮与管壁接触、滚动的过程中不断磨损，里程轮直径不断减小。针对这一问题，可根据里程轮磨损程度进行校正。

（1）

（2）

4.2 变径数据校正

检测器出厂前要进行标定，建立信号值与变形量之间的映射。由于实际检测的管道可能存在管径的微小差异（例如φ711、φ720）以及壁厚的差异，导致数据的基准值发生改变。这种情况的基准值偏移呈现同方向、同幅度的特征，各通道偏移量较为接近时，可将通道数值统一补偿某一固定数值。

检测器受到自身重力影响，当支撑结构（支撑皮碗或支撑轮）不足以稳固支撑检测器筒体时，检测器轴心将向重力方向偏移，此时管道轴心线与检测器轴心线不再重合。造成了顶部支臂上扬、底部支臂压缩，并且从底部至顶部，各支臂压缩量逐渐减小。各通道的偏移量不再是某一固定数值，各通道分别进行补偿。若不对基准进行确定，最终的变形量化将是不准确的。

需测量管道轴心与检测器轴心在横截面上投影的距离，再根据几何关系可计算各个通道由重力产生的偏移量。该偏移量是支臂所在角度（钟点）的函数。

（3）

（4）

5 结语

变径检测数据常因检测器机械结构、支撑结构、运行状况、传感器稳定性等因素导致采集数据产生偏移、失真、异常等情况。需要针对性地采取相应算法进行数据的质量检测、偏移校正。选择合适的处理算法并不断优化算法性能，能够稳定、高效地实现海量检测数据的处理。

参考文献

[1]邱光友,王雪.油气管道内检测技术研究进展[J].石油化工自动化,2020,56(01):1-5.

[2]诸海博,徐晓甲,宋华东,等.管道内检测技术及系统发展综述[J].管道技术与设备,2018(03):22-25.

[3]欧阳熙,胡铁华,邸强华.新建油气管道变形内检测器机械系统的研制[J].机电产品开发与创新,2014,27(02):89-91.

[作者简介] 薛鹏：男，助理工程师，硕士，主要从事管道内检工作；