CN104569139B - 基于电场指纹法的管道无损检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于电场指纹法的管道无损检测装置，属于管路无损检测技术设备领域。包括待测管道（2）以及设置在待测管道（2）上的电压采集区（3），在电压采集区（3）内间距相同的设置有若干捕捉电极，在电压采集区（3）的两侧设置有电流输入单元，其特征在于：在所述的电压采集区（3）中，捕捉电极通过多组捕捉电极固定套（4）以非焊接的形式固定在待测管道（2）表面。本装置通过捕捉电极固定套以非焊接的形式将捕捉电极固定在待测管道的表面，在实现了电场指纹法精确检测的同时，真正做到了对待测管道的无损伤。

Description

基于电场指纹法的管道无损检测装置

技术领域

一种基于电场指纹法的管道无损检测装置，属于管路无损检测技术设备领域。

背景技术

目前，普遍采用电阻探针法和极化探针法在线监测管道的腐蚀情况，但这些方法只能进行间接均匀腐蚀检测，且对管壁有损伤，同时维修成本以及停车启动成本较高，且对危害性极大的局部腐蚀无能为力。利用电场指纹法进行管道腐蚀的检测，具有测量直接、精度及可靠性高、适应性强的优点，且对管壁无损伤。

电场指纹法的基本原理为：在待测管道的易腐蚀处焊接捕捉电极，焊接完成之后，在捕捉电极对待测管道施加大电流信号，在管道未发生腐蚀时采集捕捉电极的输出电压作为该待测管道的参考值。待设备运行一段时间以后，通过捕捉电极测量金属结构电压特征细微变化，将测得的电压特征与无缺陷结构时的参考值进行比较，由此判断因腐蚀引起的金属损失、裂纹或凹槽等缺陷。

在现有技术中普遍采用焊接的方式将捕捉电极焊接在待测管道的表面，通过焊接的方式，存在有如下缺陷：

1、焊接对焊接设备要求较高，根据不同的管道材料和电极材料，焊接设备要求不同，焊接工艺参数不同，一一探究比较困难；对于室内施工，一些管道所处位置狭小，焊接操作困难，甚至无法焊接，大大限制了技术的应用范围；相应的，对于野外施工，电源架设不方便，焊接设备笨重不能灵活施工，也大大限制了该项技术的推广使用。这些缺陷在给现场施工带来很大麻烦的同时提高了装置的安装成本。

2、采用焊接连接方式，将捕捉电极和待测管道焊接在一起，虽然程度比较小，但是本身是对待测管道的一种破坏，对于薄壁管道危害比较大，一定程度上违背了无损检测的原则。

3、电场指纹法的技术应用方向，主要为石油化工等管道检测，该技术的优点之一是装置不需要停产，但是焊接容易产生明火，不适合高危环境下操作。

4、采用焊接方式，不能保证每一个焊接接头完全一致，由此形成的焊接接触电阻就会不同，微小的电阻差异变化将会明显影响微电压信号的采集，限制了电压信号的高精度检测。

5、捕捉电极和待测结构焊接接头牢固性有待检测，同时焊接接头处容易形成应力集中，影响高压管道安全；同时焊接接头比较容易腐蚀，防腐蚀要求比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于电场指纹法的管道无损检测装置，通过本装置以免焊接的方式将捕捉电极固定在待测管道表面，真正做到了利用电场指纹法无损伤的对输送管道检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于电场指纹法的管道无损检测装置，包括待测管道以及设置在待测管道上的电压采集区，在电压采集区内间距相同的设置有若干捕捉电极，在电压采集区的两侧设置有电流输入单元，其特征在于：在所述的电压采集区中，捕捉电极通过多组捕捉电极固定套以非焊接的形式固定在待测管道表面。

优选的，所述的捕捉电极固定套包括用于固定所述捕捉电极的第一夹环以及第二夹环，第一夹环和第二夹环配合安装形成一闭合的圆环套设在所述待测管道的外圈。

优选的，所述的第一夹环为半圆环状，在第一夹环的表面开设有处于同一圆周线上的若干捕捉电极固定孔，捕捉电极固定孔为通孔且通过开设在其内的内螺纹固定捕捉电极；在第一夹环的两端水平延伸形成固定台，第二夹环通过该固定台与第一夹环配合安装。

优选的，在所述的第一夹环的两端水平延伸形成的固定台上开设有竖向定位槽，竖向定位槽为三角形且其角尖对准捕捉电极固定孔共处的圆周线上；

在第一夹环的侧面开设有一个或多个与捕捉电极固定孔相对应的横向定位槽，横向定位槽同为三角状，其角尖指向对应的捕捉电极固定孔的圆心。

优选的，在所述的第一夹环的内侧面上开设有与捕捉电极固定孔一一对应的观察槽，观察槽用于观察捕捉电极与待测管道接触程度。

优选的，所述的捕捉电极为一端封闭一端开口的中空结构，探针位于其开口端，在探针与封闭端之间设置有弹簧，在封闭端开设有与内腔相连通的引线孔，电压采集线穿过引线孔与探针的末端电气连接。

优选的，在所述探针的末端设置有圆形凸台，在捕捉电极开口处设置有防止探针弹出的环形挡圈。

优选的，所述的电流输入单元为套装在待测管道外圈的电极套。

优选的，所述的电极套包括一个金属环以及均匀设置在金属环外周圈的多个电极极柱，电极极柱与直流电源相连，金属环侧面设置有一个可闭合的缺口。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、本基于电场指纹法的管道无损检测装置，通过捕捉电极固定套以非焊接的形式将捕捉电极固定在待测管道的表面，在实现了电场指纹法精确检测的同时，真正做到了对待测管道的无损伤。

2、由于采用非焊接方式固定捕捉电极，因此避免了焊接条件以及供电的一系列限制，更方便野外施工，大大降低了施工成本。

3、在捕捉电极固定套的第一夹环上设置有横向定位槽和竖向定位槽，可以实现进行捕捉电极固定套的精确固定。

4、在捕捉电极固定套的第一夹环上设置有观察槽，在进行捕捉电极的固定时，可以确保捕捉电极与待测管道管壁的可靠接触。

5、在捕捉电极中设置有环形挡圈，在探针末端设置有圆形凸台，可以防止探针被弹簧弹出。

6、采用电极套对待测管道施加电流信号，由于电极套的周圈均作为电流接入点，因此两电极套之间所形成的电场线互成平行线，因此在整个电压采集区的电流分布均匀，因而在测量时可以大大较少测试误差，提高测量精度。

附图说明

图1为基于电场指纹法的管道无损检测装置结构示意图。

图2为基于电场指纹法的管道无损检测装置电极套结构示意图。

图3为基于电场指纹法的管道无损检测装置电场线分布示意图。

图4为现有技术电场线分布示意图。

图5为捕捉电极固定套结构示意图。

图6为捕捉电极固定套正视图。

图7为基于电场指纹法的管道无损检测装置第一夹环结构示意图。

图8为基于电场指纹法的管道无损检测装置第一夹环俯视图。

图9为基于电场指纹法的管道无损检测装置弹性电极结构示意图。

其中：1、电极套2、待测管道3、电压采集区4、捕捉电极固定套5、金属环6、电极极柱7、电场线8、第一夹环9、第二夹环10、捕捉电极固定孔11、观察槽12、横向定位槽13、竖向定位槽14、夹环固定孔15、电压采集线16、引线孔17、弹簧18、圆形凸台19、探针20、环形挡圈。

具体实施方式

图1~9是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~9对本发明做进一步说明。

如图1所示，基于电场指纹法的无损检测装置，包括一段待测管道2，在待测管道2表面通过并行设置的多组捕捉电极固定套4，每组捕捉电极固定套4在垂直于待测管道轴线的方向固定有多个捕捉电极，捕捉电极通过捕捉电极固定套4以非焊接的形式与待测管道2表面可靠接触。通过并排设置的多组捕捉电极固定套4在待测管道2表面形成一个电压采集区3，电压采集区3一般设置在待测管道2中容易受到腐蚀的位置。在实际应用中，通过设置每组捕捉电极固定套4上的捕捉电极的距离以及两组捕捉电极固定套4之间的距离，使电压采集区3内两相邻的捕捉电极之间的距离相同。

在电压采集区3两外端分别设置有一个电极套1，两侧的电极套1均与直流电源（图中未画出）相连，直流电源输出的电流信号通过两电极套1向待测管道2上，并流经电压采集区3。通过捕捉电极固定套4固定的所有捕捉电极同时与电压采集装置（图中未画出）相连，将其自身的电压信号送至电压采集装置。

如图2所示，电极套1包括一带有缺口的金属环5，在金属环5的外周圈均匀设置有若干竖直设置的电极极柱6，所有电极极柱6与上述的直流电源相连，通过电极极柱6实现对待测管道2电流信号的输入。金属环5的缺口两端可通过螺栓进行连接，使电极套1成为一闭环结构。在实际安装时，将两端的电极套1分别套设在电压采集区3的外端，然后通过螺栓进行紧固使金属环5紧贴在待测管道2的表面，由于金属环5具有一定的延展性，因此金属环5可与待测管道2紧密接触，因此可实现良好的导电特性，当待测管道2的外表面不规则时，也可在金属环5与待测管道2之间添加导电膏，以增加导电性能。在现场实际使用时，在将电极套1固定完成，并将导线连接完成之后，可在电极套1的外部使用防水材料进行缠裹，以增强电极套1的防水、防潮性能，提高野外作业的适应能力。

电场指纹法的基本原理是：在通过捕捉电极固定套4将完成之后，通过直流电源对待测管道2施加高电流信号，通过电压采集区3内的若干捕捉电极测量并记录下待测管道2初始结构的精确电压信号，作为该待测管道2的参考值。待设备运行一段时间以后，待测管道2的金属结构发生腐蚀，通过捕捉电极测量金属结构电压特征细微变化，将测得的电压特征与无缺陷结构时的参考值进行比较，由此判断因腐蚀引起的金属损失、裂纹或凹槽等缺陷。

由于相邻两捕捉电极之间的距离相同，结合电阻计算公式可知：相邻两捕捉电极之间电阻值相同，同时结合欧姆定律公式可知：当待测管道2未腐蚀时，在对待测管道2施加电流之后，相邻两捕捉电极之间的电压值相等。当待测管道2发生腐蚀之后，腐蚀处的两捕捉电极之间的电压发生变化。

在现有技术中，一般在电压采集区3外侧选取两点作为电流接入点。当通过两点式对待测管道2施加电流信号时，两电流接入点之间的电场线7呈现图4所示的纺锤状，因此在整个电压采集区3的电流分布不均匀，导致流经电压采集区3上各捕捉电极的电流值不相等，即相邻两捕捉电极之间的电压值不同，因此在测量时会出现测量偏差，导致测量精度下降。

在本基于电场指纹法的管道无损检测装置中，通过采用电极套1对待测管道2施加电流信号时，由于电极套1的周圈均作为电流接入点，因此两电极套1之间所形成的电场线7如图3所示互成平行线，因此在整个电压采集区3的电流分布均匀，流经电压采集区3上各捕捉电极的电流值相等，因而在测量时可以大大较少测试误差，提高测量精度。

如图5~6所示，捕捉电极固定套4包括同为半圆环状的第一夹环8以及第二夹环9，第一夹环8以及第二夹环9配合安装形成一闭合的圆环套设在待测管道2的外圈。第一夹环8以及第二夹环9半圆环的两端均向外水平延伸形成一固定台，在进行安装时，也通过螺栓将第一夹环8以及第二夹环9两侧的固定台分别连接，实现第一夹环8以及第二夹环9的配合安装。第一夹环8以及第二夹环9采用绝缘材料制成。

如图7~8所示，在半圆形的第一夹环8的表面开设有若干捕捉电极固定孔10，捕捉电极固定孔10为开设有内螺纹的通孔，捕捉电极通过捕捉电极固定孔10进行固定。设置在同一个第一夹环8上的相邻两捕捉电极固定孔10之间的间距相同，且所有捕捉电极固定孔10的圆心同处于一条圆周线上，优选同处于第一夹环8的竖直中心线上。在第一夹环8的内侧面上，开设有与捕捉电极固定孔10一一对应的观察槽11，在进行捕捉电极安装时，通过观察槽11可方便观察捕捉电极与待测管道2的接触程度。

如上所述，在第一夹环8的两端水平延伸形成固定台，在两端的固定台的边缘处各开设有竖向定位槽13，竖向定位槽13为三角状，其角尖与上述的所有捕捉电极固定孔10的圆心同处于一条圆周线上。在第一夹环8的侧面开设有一个或多个与捕捉电极固定孔10相对应的横向定位槽12，横向定位槽12同为三角状，其角尖指向相对应的捕捉电极固定孔10的圆心。在第一夹环8两端的固定台上，开设有夹环固定孔14，通过夹环固定孔14与第二夹环9配合安装。第一夹环8与第二夹环9之间也可以同其他方式连接，如卡扣。第二夹环9可采用与第一夹环8相同的结构，也可以将捕捉电极固定孔10、观察槽11以及横向定位槽12省略，也可采用与第一夹环8配合的其他结构。

在本基于电场指纹法的管道无损检测装置中，捕捉电极为螺钉状，其外圈开设有与所述捕捉电极固定孔10的内螺纹相配合的内螺纹。捕捉电极为一端封闭一端开口的中空结构，在捕捉电极的内腔中设置有探针19和弹簧17，弹簧17置于探针19末端与捕捉电极的封闭端之间。

探针19的末端凸出设置有圆形凸台18，在捕捉电极开口处设置有环形挡圈20，圆形凸台18与环形挡圈20配合以防止探针19被弹簧17弹出。在捕捉电极的封闭端开设有与其内腔相连通的引线孔16，电压采集线15一端与上述的电压采集装置相连，另一端经引线孔16进入捕捉电极的内腔中与探针19的末端电气连接。

具体工作过程及工作原理如下：

在对待测管道2进行腐蚀程度检测之前，首先在待测管道2上确定待检测的区域，待检测的区域确定之后，在该区域内绘制由多条横线和竖线交叉形成的栅格，横线和竖线的交点处即为捕捉电极的设置位置，即电压采集点，捕捉电极所在的区域即为电压采集区3。

在将电压采集区3以及捕捉电极的设置点确定之后，根据竖线的数量在待测管道上安装捕捉电极固定套4，在捕捉电极固定套4安装时，捕捉电极固定套4中第一夹环8上的竖向定位槽13对准本捕捉电极固定套4所在的竖线，同时横向定位槽12对准相应的横线。在将捕捉电极固定套4固定完成之后，通过捕捉电极固定孔10固定捕捉电极。

在固定捕捉电极时，将其旋入捕捉电极固定孔10当中，随着捕捉电极的不断旋入，探针19与待测管道2的管壁接触。此时，工作人员通过相应的观察槽11观察探针19的位置，当探针19与待测管道2的管壁可靠接触后，无需再继续旋入捕捉电极。按照上述流程依次将各捕捉电极固定套4以及捕捉电极固定完成之后，捕捉电极的设置工作结束。然后将所有捕捉电极中的电压采集线15与上述的电压采集装置相连。

然后在电压采集区3的两外端安装电极套1，并将电极套1上的电极极柱6与上述的直流电源相连接，通过电极极柱6将直流电源输出的电流信号加载在待测管道2上，然后通过采集捕捉电极输出的电压值，对待测管道2的腐蚀程度进行判断。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于电场指纹法的管道无损检测装置，包括待测管道（2）以及设置在待测管道（2）上的电压采集区（3），在电压采集区（3）内间距相同的设置有若干捕捉电极，在电压采集区（3）的两侧设置有电流输入单元，其特征在于：在所述的电压采集区（3）中，捕捉电极通过多组捕捉电极固定套（4）以非焊接的形式固定在待测管道（2）表面；

所述的电流输入单元为套装在待测管道（2）外圈的电极套（1）；所述的电极套（1）包括一个金属环（5）以及均匀设置在金属环（5）外周圈的多个电极极柱（6），电极极柱（6）与直流电源相连，金属环（5）侧面设置有一个可闭合的缺口。

2.根据权利要求1所述的基于电场指纹法的管道无损检测装置，其特征在于：所述的捕捉电极固定套（4）包括用于固定所述捕捉电极的第一夹环（8）以及第二夹环（9），第一夹环（8）和第二夹环（9）配合安装形成一闭合的圆环套设在所述待测管道（2）的外圈。

3.根据权利要求2所述的基于电场指纹法的管道无损检测装置，其特征在于：所述的第一夹环（8）为半圆环状，在第一夹环（8）的表面开设有处于同一圆周线上的若干捕捉电极固定孔（10），捕捉电极固定孔（10）为通孔且通过开设在其内的内螺纹固定捕捉电极；在第一夹环（8）的两端水平延伸形成固定台，第二夹环（9）通过该固定台与第一夹环（8）配合安装。

4.根据权利要求3所述的基于电场指纹法的管道无损检测装置，其特征在于：在所述的第一夹环（8）的两端水平延伸形成的固定台上开设有竖向定位槽（13），竖向定位槽（13）为三角形且其角尖对准捕捉电极固定孔（10）共处的圆周线上；

在第一夹环（8）的侧面开设有一个或多个与捕捉电极固定孔（10）相对应的横向定位槽（12），横向定位槽（12）同为三角状，其角尖指向对应的捕捉电极固定孔（10）的圆心。

5.根据权利要求3或4所述的基于电场指纹法的管道无损检测装置，其特征在于：在所述的第一夹环（8）的内侧面上开设有与捕捉电极固定孔（10）一一对应的观察槽（11），观察槽（11）用于观察捕捉电极与待测管道（2）接触程度。

6.根据权利要求1或3所述的基于电场指纹法的管道无损检测装置，其特征在于：所述的捕捉电极为一端封闭一端开口的中空结构，探针（19）位于其开口端，在探针（19）与封闭端之间设置有弹簧（17），在封闭端开设有与内腔相连通的引线孔（16），电压采集线（15）穿过引线孔（16）与探针（19）的末端电气连接。

7.根据权利要求6所述的基于电场指纹法的管道无损检测装置，其特征在于：在所述探针（19）的末端设置有圆形凸台（18），在捕捉电极开口处设置有防止探针（19）弹出的环形挡圈（20）。