CN104535037A - 一种石油天然气管道内壁形状测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油天然气管道内部检测技术领域，实现了一种石油天然气管道的内壁形状测量设备。发明内容主要涉及应用在石油天然气管道缺陷的接触式测量上的，通过测量与管壁接触的挠臂倾斜角度来计算管壁形状的设备。本发明通过对可摆动的挠臂的倾斜角度进行测量和计算，结合设备内部惯性元件确定设备姿态，还原出管道截面的形状，再结合里程轮的里程数据，绘制出整个管道的几何形状。这种测量方法通过绘制出管道的几何形状，判断管道在哪些部位发生了形变与破坏，为进一步的检测和维修提供测量依据。

Description

一种石油天然气管道内壁形状测量设备

技术领域

本发明属于石油天然气管道内部检测技术领域，实现了一种石油天然气管道的内壁形状测量设备。

背景技术

石油天然气管道运输，是石油及天然气的一种非常重要的运输方式。由于石油天然气的运输管道一般较长，长度可达一两百公里，且管道大部分均位于地下数米处，而运输管道的几何形变和几何位移会对管道产生破坏，如不进行保养和维护，则有可能产生运输泄露甚至引发严重的安全事故。因此，利用石油天然气管道进行定期的几何检测有效地检测出变形情况和变形位置，对于管道的保养和维护是十分必要的。

对管道系统的检测及维护，如果在管道的外部进行检测，由于管道本身特点和地形条件，使得检测十分困难。石油天然气管道的内部检测是一种可靠且较为方便的检测方式。

针对这一情况，本发明提出一种石油天然气管道内部几何形状的测量方法，该方法的设备能够有效地测量管道的内部形状，确定管道几何变形的具体形式、大小和变形的位置，及时的对管道进行保养和维护。

发明内容

本发明的目的是：提供一种石油天然气管道的内壁形状测量设备。

本发明的技术方案是：本发明的测量方法基于一套石油天然气管道内部检测设备，该设备的整体外形和基本结构参见图1。

一种石油天然气管道的内壁形状测量设备由挠臂(1)、角度传感器(2)、里程轮(3)、里程轮传感器(4)、控制舱(6)、惯性测量元件(5)，等主要结构组成。整个设备的主体是一个空心圆柱筒体，控制舱(6)和惯性测量元件(5)放在筒体内部，前后由端盖固定并密封，筒体外部前后安装有用于设备平稳滑动和维持设备在管道中位置的支撑臂和支撑轮结构，120个挠臂(1)固定在筒体外侧中部，每根挠臂根部的转动轴侧面安装角度传感器(2)，里程轮(3)安装在筒体外部后方的支撑结构上，里程轮传感器(4)安装在里程轮(3)的支臂上，其里程轮传感器(4)的检测面朝向并靠近里程轮(3)的50个小磁铁安装面，挠臂(1)和里程轮传感器(4)的电路连线经过后端盖的密封插头进入控制舱(6)；角度传感器(2)测量测量挠臂(1)倾斜角度，惯性测量元件(5)测量设备姿态，里程轮传感器(4)测量里程数据，控制舱(6)将以上信息和数据记录下来；根据挠臂倾斜角度、设备姿态和里程数据，计算出管道内部壁面与挠臂接触点的三维坐标。

挠臂为弹性杆件，由扭转弹簧支撑，始终贴附在壁面上；挠臂的底部转轴放置磁铁，用于角度传感器(2)的角度测量。

角度传感器密封在挠臂轴的侧面，不与挠臂轴接触，测量与挠臂轴固定的磁铁的转动角度。设备的挠臂和角度传感器总数为120，可以使对于32英寸(813mm)直径的管道的测量达到直径圆周方向上每2cm一个测量点。

里程轮始终贴附在壁面上，里程轮跟随整个设备的运动而与壁面发生相对转动,通过里程轮传感器测量里程轮上多个小磁铁经过时所产生的信号，以此转换为里程轮转动的角度。里程轮上有可以嵌入50个小磁铁的结构，使得里程轮每转动3.33mm即可产生一次对于里程轮传感器(4)的磁极变化。

整个设备主要由三部分组成，一是整体的机械结构，二是挠臂角度传感器、里程轮传感器和惯性测量元件以及相应的线路，三是密封筒体内部的控制舱。

整体的机械结构主要作用在于保证第二三部分结构的正常工作，提供稳定的固定支撑、前进动力以及密封环境和安全运行条件；挠臂角度传感器、里程轮传感器和惯性测量元件的主要作用是利用挠臂和里程轮对管壁进行接触式测量，利用惯性测量元件对设备姿态进行测量，围绕密封筒体一周安装的数十个角度传感器以一定频率记录挠臂的倾斜角度，里程轮传感器记录的是紧贴管道壁面的里程轮转动的角度，每当里程轮转过一定的角度，传感器便会产生一个脉冲，惯性测量元件安放在控制舱内靠近整个设备中心的位置，以一定的频率记录整个设备的姿态，电路板上的控制电路能够以最高200Hz的速度对120个角度传感器和姿态传感器进行数据扫描和记录，同时能够接受里程轮传感器(4)最高1500Hz频率的脉冲信号中断输入。这三种传感器所记录的数值经过相应的线路连接到控制舱，并由控制舱内的控制电路写入存储器；密封筒体内部的控制舱包括控制电路和惯性测量元件，主要作用在于记录下传感器采集的信号，通过控制电路写入存储器，用于检测完成后将存储的数据输入计算机分析，同时控制舱还能监测整个设备的运行状态，决定数据的记录和存储状态。

本发明的优点是：与其他的管道内部监测设备相比，利用本发明可以更为精确的还原出管道的内部形状，由于挠臂的数量较多，而且传感器和系统电路的测量频率较高，可以监测到管壁圆周方向和设备前进方向上最小2cm的点，高度的逼近管道的真实形状。同时，本发明简单可靠，测量过程不需要人为控制，只需要放入管道、运行监测和取出设备、读取数据，即可通过计算机上的软件分析得到管道变形的测量结果。

附图说明

1--挠臂；2--角度传感器；3--里程轮；

4--里程轮传感器；5--惯性测量元件；6--控制舱。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明。

测量石油天然气管道内部形状的整个流程顺序如下：

1.将设备在运行中的管道旁路入口处放置，启动并调试传感器。将挠臂通过环形限位装置定位，对挠臂的角度传感器进行校准；静止整个设备10分钟以上，校准内部惯性测量元件。

2.松开所有运输保护和限位装置，将整个设备放入管道旁路中。封闭管道旁路，部分开启管道旁路阀门，用管道中的石油或天然气将管道中的空气排出，待气体排空后封闭气体排出口，完全开启管道旁路阀门，待管道内部压力升高至管道运行状态，则整个设备开始运行测量，设备开始在管道中运动。

3.工作人员到下一个管道运输站等待，等设备运行到运输站后，开启旁路阀门，待设备进入旁路管道后关闭管道阀门，通过溢流阀门排出管道内部石油或天然气，完全排空后完全开启旁路管道，取出整个设备，将设备清洗之后与计算机进行连接，通过计算机中的专用软件将所有运行数据读取并存储到计算机中。

4.对计算机中存储的数据进行分析和处理，将挠臂的角度传感器的角度值还原为挠臂接触点到设备的位置关系值，结合惯性测量元件的设备姿态值和里程轮数据，得出整个管道内壁的连续几何形状。

5.对管道内壁的几何形状数据进行处理，判定大于一定形变的管壁形状为需要进行保养和维护的几何变形，并通过里程记录数据确定变形的发生位置，最终将得出的变形大小和位置告知维护人员。

Claims (5)

1.一种石油天然气管道的内壁形状测量设备，其特征在于：由挠臂(1)、角度传感器(2)、里程轮(3)、里程轮传感器(4)、控制舱(6)和惯性测量元件(5)组成；整个设备的主体是一个空心圆柱筒体，控制舱(6)和惯性测量元件(5)放在筒体内部，前后由端盖固定并密封，筒体外部前后安装有用于设备平稳滑动和维持设备在管道中位置的支撑臂和支撑轮结构，120个挠臂(1)固定在筒体外侧中部，每根挠臂根部的转动轴侧面安装角度传感器(2)，里程轮(3)安装在筒体外部后方的支撑结构上，里程轮传感器(4)安装在里程轮(3)的支臂上，其里程轮传感器(4)的检测面朝向并靠近里程轮(3)的50个小磁铁安装面，挠臂(1)和里程轮传感器(4)的电路连线经过后端盖的密封插头进入控制舱(6)；角度传感器(2)测量测量挠臂(1)倾斜角度，惯性测量元件(5)测量设备姿态，里程轮传感器(4)测量里程数据，控制舱(6)将以上信息和数据记录下来；根据挠臂倾斜角度、设备姿态和里程数据，计算出管道内部壁面与挠臂接触点的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的一种石油天然气管道的内壁形状测量设备，其特征在于：挠臂(1)为弹性杆件，由扭转弹簧支撑，始终贴附在壁面上；挠臂的底部转轴放置磁铁，用于角度传感器(2)的角度测量。

3.根据权利要求1所述的一种石油天然气管道的内壁形状测量设备，其特征在于：角度传感器(2)密封在挠臂轴的侧面，不与挠臂轴接触，测量与挠臂轴固定的磁铁的转动角度；设备的挠臂和角度传感器总数为120，可以监测到管壁圆周方向和设备前进方向上最小2cm的点。

4.根据权利要求1所述的一种石油天然气管道的内壁形状测量设备，其特征在于：里程轮(3)始终贴附在壁面上，里程轮跟随整个设备的运动而与壁面发生相对转动,里程轮上有可以嵌入50个小磁铁的结构，使得里程轮每转动3.33mm即可产生一次对于里程轮传感器(4)的磁极变化。

5.根据权利要求1所述的一种石油天然气管道的内壁形状测量设备，其特征在于：控制舱(6)内装载着用于控制、检测整个系统状态和记录所有传感器信号的电路板，电路板上的控制电路能够以最高200Hz的速度对120个角度传感器和姿态传感器进行数据扫描和记录，同时能够接受里程轮传感器(4)最高1500Hz频率的脉冲信号中断输入。