0 引 言

管道运输是继公路、铁路、船舶和航空运输之后的第5种交通运输方式。管道用作油气资源运输的主要载体，早在20世纪，美国成为世界上管道建设里程最长的国家，管道建设变成一项重要的能源工程[1]。在中国，油气管网是国家重要的基础设施，是油气运输环节上下衔接的关键，体现现代能源与现代交通运输体系的重要组成部分[2-3]。为保障油气资源合理的用于工业生产及社会生活，中国建设了西气东输、中缅油气、中俄天然气、黄渤海深海油气等输送重要管线[4]。与此同时，伴随能源供应形势的愈发尖锐，以及一带一路沿线国家能源贸易的有增无减，管道运输需求持续扩大，截止目前，全球油气管道运输总里程超过400万km[5]。

过去数十年，全球因管道故障引发事故不计其数，旧管道在老龄化进程中，发生危险的可能性逐年递增，新建管道仍面临巨大风险。管道内检测方法广泛应用于管道完整性评价，成为保障油气管道安全运输的重要预控手段，对排除管道风险因素具有重大意义。管道内检测方法凭借较好的缺陷定性及定量分析能力，能有效评价管道运行状态，间接降低管道爆炸事故的发生率，避免造成国民经济的重大损失及人员的重大伤亡。

目前，中国正处于管道建设与管道内检测研究的初级阶段，与部分发达国家相比，在管道内检测研究方面存在一定差距，因此，针对国内外管道内检测研究进展，对3种主要管道内检测方法作进行综述分析，从检测模型、检测方法和主要应用方面剖析制约中国管道内检测研究的主要问题。

管道完整性评价是指在管道安全运输过程中，对可能引起管道失效或损伤因素进行全面的检测，其评价方法主要有内检测、直接评估和压力试验[6]。内检测方法在中美法规和标准的完整性评价中，被用作管道管整性评价优选方法。

管道内检测方法于20世纪60年代诞生[7]，发展至今，已形成管道漏磁、管道超声波和管道涡流等内检测方法。管道漏磁、管道超声和管道涡流是目前主要的内检测方法，下面主要围绕这3种方法从检测模型、检测方法和主要应用等方面进行综述分析，并对集成内检测方法进行阐述，着重对管道内检测主要方法对比分析，剖析管道内检测研究现状。

1 管道漏磁内检测

管道漏磁内检测原理[8]是利用励磁源对被测铁磁性管道磁化，使被测段管道达到磁饱和，当管壁存在缺陷时，磁感线会在缺陷处发生畸变并从材料内部溢出，经空气回到材料内，缺陷处漏出的磁感线被磁传感器采集，经信号分析处理实现检测，管道漏磁内检测原理见图1。管道漏磁内检测研究进展包含检测模型、检测方法和主要应用，近年来，研究者围绕这3个方面开展了大量研究。

图1 管道漏磁内检测原理示意图Fig.1 Schematic diagram of pipeline magnetic flux leakage internal inspection

1.1 检测模型

管道漏磁内检测方法发展以来，主要的检测模型有2种:①磁偶极子模型;②有限元分析模型。

1.1.1 磁偶极子模型

20世纪60年代以来，研究者对表面开口缺陷建立了磁偶极子模型，之后磁偶极子模型得到不断拓展。磁偶极子模型包含点、线、面偶极子，是解析法对漏磁缺陷研究的重要模型。研究表明，磁偶极子模型计算结果与实测数据波形基本吻合，但数值上有较大差异，原因在于建模时的假设，未考虑到磁荷分布的不均匀性、几何形状的复杂性和铁磁性材料的非线性处理问题，进而解析法模型受到一定局限。磁偶面极子模型见图2。

图2 面偶极子模型Fig.2 Surface dipole model

近年来，研究者基于磁偶极子原理，建立了任意方向的表面缺陷漏磁场分布三维磁偶极子模型，不再假设有向缺陷垂直于磁化方向，打破已有漏磁检测缺陷分布模型对方向性不能描述的困境，为实际缺陷检测提供了重要的理论支撑，任意磁化场与缺陷关系示意图见图3[9]。类似地，Huang等[10]提出了凹凸不平缺陷漏磁检测的三维磁偶极子模型，并用典型的锥形、球形和矩形缺陷形状分别研究了“凹”和“凸”缺陷的三维漏磁现象，表明凹凸缺陷的三维漏磁场分布与凹缺陷完全不同，丰富了管道漏磁内检测理论，缺陷凹模型和凸模型见图4。

图3 任意方向磁化场与缺陷关系模型Fig.3 Relationship model between magnetization field and defects in arbitrary direction

图4 缺陷凹模型和凸模型Fig.4 The “concave” defect model and the “bump” defect model