CN101672429B - 石油管道检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种石油管道检测系统。一种石油管道检测系统，其组成包括励磁装置、检测装置、里程轮、数据处理单元、基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置、基于22Hz的低频信号发射器、基于22Hz的低频信号接收器、驱动装置、速度控制装置、接收传感器阵列、数据分析单元。本发明在基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置的下方安装了支撑轮保证石油管道检测器运行稳定；通过安装速度控制装置，减少了管道缺陷漏检的情况；通过安装基于22Hz的低频信号发生器的管外缺陷定位装置，提高了管道缺陷的定位精度；通过安装基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置，有利及时发现管内的缺陷位置。

Description

石油管道检测系统

(一)技术领域

本发明涉及一种管道缺陷检测装置，主要是一种在役的石油管道缺陷检测装置，特别涉及到漏磁管道检测技术。

(二)背景技术

管道内检测技术是用于判断管道腐蚀失效风险并使之量化的一种管道完整性管理工具，按照检测方式的不同可以分为漏磁通型、超声波形、涡流型、远场涡流型、电磁声型等。其中，漏磁检测是目前较为成熟且工业应用最为广泛的管道内检测技术。应用该技术能检测出管道内、外腐蚀产生的金属损失缺陷，对被检测管道清洁度要求低，主要用于石油管道的缺陷检测。

与本发明相关的公开报道有：1、“管道漏磁检测技术及应用”(《管道技术与应用》2009年第02期)一文中主要介绍了漏磁检测系统的三个组成部分：漏磁检测器、地面标记系统和数据分析系统，主要介绍了漏磁检测器的结构及工作原理。2、“天然气管道缺陷检测器泻流装置”(《清华大学学报》自然科学版，2008年第1期)一文中研制了一种通过气动控制泻流实现天然气管道检测器速度控制的装置。该装置利用管道内检测器前后天然气的压力差作为驱动力，根据检测器速度要求，驱动气缸的活塞实现泻流通道的开关。3、“基于超长波与分布天线阵的管道机器人的定位技术”(《机器人》2009年第2期)中分析了超长波发射器的磁场分布，在此基础上设计了车或船载天线接收装置，实现了地面和水下未知管道内机器人的管外定位技术。4、“基于低频电磁波的管道机器人定位技术”(《控制工程》2007年51期)给出了基于磁偶极子模型的超低频电磁波磁场分布，提出的基于超低频电磁波的多传感器管道机器人示踪定位模型。

虽然已有关于管道内检测技术的公开报道，但是这些已有技术并没有解决由于管内液体压力的变化使检测器运行速度不稳定，使检测的准确性受到影响，对管道缺陷的定位精度低，管内外数据信息传输不及时等问题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能对管道内缺陷及时定位，提高管道缺陷定位精度的石油管道检测系统。

本发明的目的是这样实现的：其组成包括励磁装置1、检测装置2、里程轮3、数据处理单元4、基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置6、基于22Hz的低频信号发射器9、基于22Hz的低频信号接收器10、驱动装置7、速度控制装置8、接收传感器阵列11、数据分析单元12；检测装置2连接在励磁装置1后，里程轮3安装在数据处理单元4外，数据处理单元4前端通过万向节5与检测装置2相连，数据处理单元4后端通过万向节5与基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置6相连，基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置6通过万向节5与驱动装置7相连，在驱动装置7后面设置速度控制装置8，在基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置6上安放有基于22Hz的低频信号发射器9，在埋设有被测管道的地面上设有基于22Hz的低频信号接收器10，数据分析单元12通过接收管内信息的传感器阵列11与基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置6以及基于22Hz的低频信号发射器9互通信号。

本发明还可以包括：

1、所述励磁装置由用于调节磁化间隙的调节螺栓、衔铁、永久磁铁和钢刷组成，永久磁铁、钢刷、管道之间形成一个闭合的磁通回路，将管道磁化，使局部管道处于磁饱和的状态。

2、所述检测装置由磁传感器和探头组成。

3、所述里程轮是由磁铁和霍尔元件传感器组成，共有2-3个里程轮，进行数据分析时求其平均值。

4、所述数据处理单元由数据采集、数据压缩、数据存储三部分组成，以FPGA为核心构成多通道高速数据采集单元，将采集到得数据送到数据压缩单元，数据压缩单元以DSP为核心，用压缩编码方式进行缺陷数据压缩后存储。

5、所述基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置由电压转换器、微处理器、单片机、功率放大器、数模转换器、发射线圈组成，检测到得数据信息经过数据处理后，经通信数据总线传入微处理器单元，通过输出控制信号到单片机改变发射电磁脉冲信号的幅值和频率，实现向管外的数据传输。

6、所述速度控制装置，其特征是：所述速度控制装置由测速发电机、控制器、涡轮蜗杆、定盘、伸缩叶片组成。首先，在定盘上开2到3个节流孔用于安放伸缩叶片；其次，将测速发电机连接到里程轮上，将检测到的速度值传入控制器中，确定当前速度的范围，控制涡轮蜗杆的前后拉动幅度，从而带动定盘上的伸缩叶片，控制伸缩叶片的开启大小，实现对管道检测器的速度控制。

本发明的装置的工作原理及主要特点为：靠油压和速度控制装置在管道中稳定运行的管道缺陷检测器用磁铁节将待测管道磁化，使管道局部处于磁饱和状态，当遇到缺陷时，则缺陷周围产生漏磁场，磁传感器将所检测到的漏磁信号和里程轮信息传至数据处理单元进行缺陷分类、数据压缩后存储，由管内外数据传输装置发送到地面，通过地面信号接收车上的磁感应天线接收阵列接收这一时段内的管内信息并结合22Hz信号发生器所记录的定时定位信息进行数据分析后，及时的确定缺陷位置，提高了缺陷定位的精度。

漏磁检测器在管内通过液体在驱动皮碗表面产生的压力差形成驱动力向前行走，由于管内液体压力的变化使检测器运行速度不稳定，使检测的准确性受到影响，所以给出了一个速度控制装置，改变驱动面表面与液体接触的大小，进而改变驱动力，达到调整检测器运行速度的目的。

在管道检测器本体上安装一个22Hz的低频信号发射器，在地面上每隔一段距离安装一个该发射器的接收装置，通过对22Hz信号的发射和接收完成对管道检测器运行过程的定时定位，结合里程轮内的数据信息，可以提高缺陷定位的精度。

管内外数据传输装置可以实现对管内检测到的数据的定时传输，不但降低了对存储量的要求，而且可以及时的分析管道缺陷状况。该装置的实现过程为：管道内通过磁传感器检测到数据信息传入数据处理单元进行数据压缩和暂时存储，每隔一段时间，将处理完的数据通过超低频电磁脉冲信号发射器发射出去，传输到地面后由磁感应接收天线接收超低频的电磁脉冲信号并检测出电压信号，将数据送入数据解压缩单元，恢复出原始检测数据，通过数据分析确定缺陷的状况。

本发明的优点主要包括：

1、通过安装速度控制装置，调节了管道检测器的运行速度，减少了管道缺陷漏检的情况。

2、通过安装基于22Hz的低频信号发生器的管外缺陷定位装置，实现了管道检测器在运行过程中的定时定位，并将其记录的数据用于缺陷位置分析，提高了管道缺陷的定位精度。

3、通过安装基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置，实现了管内外数据信息的定时传输，有利及时的发现管内的缺陷位置。

(四)附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明的漏磁检测器根据在检测过程中各部分所完成功能的先后顺序不同依次为：

1、驱动装置7。漏磁检测器在管内通过液体在驱动皮碗表面产生的压力差形成驱动力向前行走，由于管内液体压力的变化使检测器运行速度不稳定，使检测的准确性受到影响，所以要通过速度控制装置8改变驱动面表面与液体接触的大小，进而改变驱动力，达到调整检测器运行速度的目的。在驱动装置7中间安装了电池节14提供石油管道检测系统正常工作所需的能量。

2、励磁装置1由调节螺栓(调节磁化间隙)、磁桥(衔铁)、永久磁铁1-2和钢刷1-1组成。漏磁检测器在运行过程中在永久磁铁、钢刷、管道之间形成一个闭合的磁通回路，将管道磁化，使局部管道处于磁饱和的状态。

3、检测装置2由磁传感器2-2和探头2-1组成。用于检测管道内部的信息，可以根据管道直径的不同确定磁传感器的数量。

4、里程轮3是管道检测器的重要组成部分，它为管道检测器提供采样脉冲信号，并为检测到的管道特征提供里程定位。里程轮传感器一般是由磁铁和霍尔元件传感器组成。一般安放2个或3个里程轮，最后进行数据分析时求其平均值，以便提高定位精度。

5、数据处理单元4由数据采集、数据压缩、数据存储三部分组成。多通道高速数据采集单元以FPGA为核心，将采集到得数据送到数据压缩单元，数据压缩单元以DSP为核心，选择高效的压缩编码方式进行缺陷数据压缩后存储。

6、基于22Hz的低频信号发射器的管外缺陷定位装置9，通过与地面的信号接收器10配合完成管道检测器在运行过程中的定时定位。

7、基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置6。定时的将管内存储的管道缺陷信息和里程轮数据信息传输到管外，达到及时确定管内缺陷的目的。组成为电压转换器、微处理器、单片机、功率放大器、数模转换器、发射线圈等组成，检测到得数据信息经过数据处理后，经通信数据总线传入微处理器单元，通过输出控制信号到单片机改变发射电磁脉冲信号的幅值和频率，实现向管外的数据传输。基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置上带有支撑轮13。

8、数据分析单元12。将定时传出的管内缺陷信息和22Hz低频信号接收装置内的定时定位信息进行综合分析，实现对管道缺陷、附件、和其他特征的自动识别，从而确定管道缺陷位置。数据分析系统的组成为数据库的设计、数据自动分析处理、检测专家系统设计、功能界面的设计。

结合图2，漏磁检测器在运行过程中，其携带的永久磁铁将管壁饱和磁化，使管壁、钢刷、磁铁以及铁心形成磁回路。当管壁没有缺陷时，磁力线在管道内均匀分布，形成匀强磁场，当管壁有缺陷时，由于磁阻的增加，磁导率变化致使磁力线弯曲，原先材料内部的一部分磁力线露出材料表面形成漏磁，漏磁被磁传感器探头所检测，并产生相应的感应信号，这些信号经过滤波、放大等处理后在检测器的数字信号处理单元中进行压缩存储；同时检测器的里程轮实现了缺陷的内定位，该轮紧贴内管壁，当检测器行走时，里程轮每转动一周，检测器就记下一个里程标记，与此标记相对应就可确定管道受损部位。但若管壁布满污垢，里程轮会打滑，因此产生定位的误差，所以需要一个管外缺陷外定位装置。本发明所用的外定位装置为22Hz的低频信号发生器，在地面上每隔一段距离安放一个该信号发生器的接收装置，实现对管道内检测器运行过程中的定时定位，将此信息与内定位的里程轮数据信息结合进行数据分析可以精确管道缺陷位置。

为了能够及时的了解管道内缺陷状况，在本发明中加入了基于超低频电磁波脉冲发射器的管内外数据传输装置，当检测器运行到地面的22Hz低频信号接收装置下方时，该信号发射装置将这段时间内存储单元中的管道缺陷数据和里程轮信息数据传输到管外，通过地面接收车上的磁感应接收天线组实现信息数据的接收，在结合外定位装置中的数据信息进行数据分析，便可以确定这一段管线的缺陷情况，实现对管道缺陷的及时处理和准确定位。上述为整个管道检测系统的实现过程。

Claims (6)

1.一种石油管道检测系统，其组成包括励磁装置(1)、检测装置(2)、里程轮(3)、数据处理单元(4)、基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置(6)、基于22Hz的低频信号发射器(9)、基于22Hz的低频信号接收器(10)、驱动装置(7)、速度控制装置(8)、接收传感器阵列(11)、数据分析单元(12)；其特征是：检测装置(2)连接在励磁装置(1)后，里程轮(3)安装在数据处理单元(4)外，数据处理单元(4)前端通过万向节(5)与检测装置(2)相连，数据处理单元(4)后端通过万向节(5)与基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置(6)相连，基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置(6)通过万向节(5)与驱动装置(7)相连，在驱动装置(7)后面设置速度控制装置(8)，在基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置(6)上安放有基于22Hz的低频信号发射器(9)，在埋设有被测管道的地面上设有基于22Hz的低频信号接收器(10)，数据分析单元(12)通过接收管内信息的传感器阵列(11)与基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置(6)以及基于22Hz的低频信号发射器(9)互通信号；所述速度控制装置由测速发电机、控制器、涡轮蜗杆、定盘、伸缩叶片组成；在定盘上开2到3个节流孔用于安放伸缩叶片；测速发电机连接到里程轮上，将检测到的速度值传入控制器中，确定当前速度的范围，控制涡轮蜗杆的前后拉动幅度，从而带动定盘上伸缩叶片的开启大小，实现对管道检测器的速度控制。

2.根据权利要求1所述的石油管道检测系统，其特征是：所述励磁装置由用于调节磁化间隙的调节螺栓、衔铁、永久磁铁和钢刷组成，永久磁铁、钢刷、管道之间形成一个闭合的磁通回路，将管道磁化，使局部管道处于磁饱和的状态。

3.根据权利要求2所述的石油管道检测系统，其特征是：所述检测装置由磁传感器和探头组成。

4.根据权利要求3所述的石油管道检测系统，其特征是：所述里程轮是由磁铁和霍尔元件传感器组成，共有2-3个里程轮，进行数据分析时求其平均值。

5.根据权利要求4所述的石油管道检测系统，其特征是：所述数据处理单 元由数据采集、数据压缩、数据存储三部分组成，以FPGA为核心构成多通道高速数据采集单元，将采集到的数据送到数据压缩单元，数据压缩单元以DSP为核心，用压缩编码方式进行缺陷数据压缩后存储。

6.根据权利要求5所述的石油管道检测系统，其特征是：所述基于超低频电磁脉冲发射器的管内外数据传输装置由电压转化电路、通信总线、微处理器、单片机、DA转换装置、功率放大器、发射线圈、磁芯组成；检测到的漏磁数据定时的通过数据总线传入微处理器进行数据处理，然后输出控制信号到单片机，单片机输出信号经过功率控制放大器及DA转换装置转换后传输到发射线圈，控制产生的电磁脉冲幅值和频率，实现定时的向管外传递管内不同类型的数据信息。 

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