地面非开挖检测技术：瞬变电磁技术、超声导波技术、磁应力检测技术

瞬变电磁技术

1951年，加拿大物理学家Wait首先提出瞬变电磁(TEM)技术原理。1960年，苏联研制出第一台检测装置，用于地下矿体探测、地质勘探及埋地管道检测。中国从20世纪70年代开始研究，已成功研制出可用于埋地钢质管道检测的装置。该技术原理是利用施加脉冲电流的发射线圈在埋地管道周围激励磁场，脉冲电流的瞬间变化会引起磁场的变化，变化的磁场在埋地管道上激励出一种随时间衰减的“涡流”，由衰变“涡流”激励出随时间衰减的磁场又会在接收线圈中感应出电动势，感应电动势的大小与电阻率和磁导率相关，当管道无缺陷时，电阻率和磁导率是均匀的，而缺陷截面则会引起电导率和磁导率的变化，感应电动势的大小随之变化。

TEM技术根据管道壁厚或物理特性变化识别缺陷，优缺点包括操作简单，无需开挖和清管；可获得埋地钢质管道平均壁厚或金属损失量，但与实际壁厚有一定偏差，无法识别出缺陷面积，不能检测点蚀缺陷；检测时受管输介质、土壤、并行管道及外部电磁干扰影响较大；难以对埋深过大的管道进行检测。总体而言，该技术在长输管道应用较少，在埋深浅、干扰小的油田集输管道应用较多。

超声导波技术

1997年，英国导波公司(GUL)成功推出压电式超声导波检测设备，并迅速在欧洲得到应用。美国西南研究院(SWRI)也于20世纪90年代研发出磁致伸缩式超声导波检测设备。这是目前超声导波的两大技术流派。其原理是利用阵列式超声波探头激发沿管道轴向传播的超声导波，当遇到管道横截面积的任何改变时，都会反射一个回波信号，信号强度取决于橫截面积的改变量。通过信号的对称与非对称特征可识别出管道上的环焊缝、弯头、法兰、支管、缺陷等特征，最小可检测到横截面积变化的3%。

超声导波可在不开挖或局部开挖条件下，在较长管段上实现“点”对“线”的快速扫查，定位出整个管段的内、外壁缺陷，识别出法兰、焊缝、支管等特征，但无法精确测量缺陷深度、面积等参数，需要局部开挖，配合采用其他无损检测技术实施缺陷定量测量。对于地上管段，可检测上百米，但对于埋地管段，检测距离较短，单侧检测长度一般只有5~25m。目前，超声导波技术主要应用于站场工艺管道和套管穿越段管道的检测。

1994年，俄罗斯Doubov教授首次提出金属磁记忆概念，即铁磁性金属构件因受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，这种状态的变化是不可逆的，在载荷消除后不仅会保留，而且与最大作用应力有关，“记忆”着金属构件表面微观缺陷或应力集中的位置，即所谓的磁记忆效应。

磁应力检测(MTM)技术就是基于金属磁记忆效应开发的一种弱磁检测技术，检测处于地磁场环境中的铁磁性构件在缺陷或应力集中区域的漏磁场，从而实现缺陷定位。检测人员只需要手持检测仪器，在管道正上方行走即可开展缺陷扫描。

MTM技术可检测管道金属损失缺陷和应力集中区域，对应力集中缺陷较敏感，但受外界电磁干扰及管道内检测后的剩磁影响较大。该技术产品自2002年商业化以来，目前已发展至第二代产品，在埋地钢质管道实现了应用，主要应用于俄罗斯。中国近年来也开展了试应用，但检测效果差异较大，仍需通过大量工程实践验证其检测的准确性。

总体而言，上述检测技术都是通过识别管道横截面变化判断管体缺陷，并不能区分外壁缺陷和内壁缺陷。其优点是无需开挖，操作简单，检测效率高，对管道检测条件要求不高，适合局部管段的快速扫查，应用于长输管道全面检测效率不高。其缺点是精度低，易受外界电磁环境影响，检出率不高，只能给出缺陷的相对严重程度，无法精确测量管壁或缺陷尺寸。2019年，中国石油管道公司尝试采用MTM技术定位管道环焊缝，结果表明定位准确率只有50%。

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