CN104764801A - 管道内壁漏磁腐蚀径检测器 - Google Patents

Abstract

一种管道内壁漏磁腐蚀径检测器，它包括电池节、计算机节、漏磁检测探头节、定位节、里程轮节，技术要点是：所述漏磁检测探头节包括有一沿轴向设置且两端带安装法兰的漏磁节骨架，在两端法兰之间沿周向均布有探头支架，在探头支架内设置有一体式探头；该一体式探头结构包括：两个并列设置的探头，该探头为在一条形轭铁的上部两侧分别设置有一对极性相反的磁铁，该磁铁向上依次设有衬铁、耐磨体及不锈钢基体喷焊碳化钨硬质涂层，在条形轭铁中间上部位置上设有传感器盒，传感器浇灌在传感器盒内；里程轮节为自耦摆臂式里程轮结构，里程轮的周向均匀分布有通孔，电感传感器安装在转臂上，该电感传感器的感应端直对着里程轮的周向通孔。该结构特别适合安装在DN219小口径管道的漏磁检测器上。

Description

管道内壁漏磁腐蚀径检测器

技术领域

本发明属于管道检测技术领域，具体地说是一种主要用于长距离管道的管道内壁漏磁腐蚀径检测器。

背景技术

管道输送能力代表着一个国家的工业发展水平，国内管道铺设现在以1-2万公里/年的速度在发展，到2015年，我国油气管道总长度将达到14万公里。

油气管道作为石油和天然气的传输设施，其安全性能至关重要。油气管道长时间运行会因腐蚀、机械破坏、地质破坏及管材自身缺陷等发生失效，严重时将导致火灾、爆炸、中毒，影响周边环境及人民群众的生命安全，同时造成输送能源的极大浪费及事故处理的高昂成本。油气管道大多埋于地下且输送距离较长，利用漏磁腐蚀检测器对管道进行在线检测，为准确评估管道的安全性能提供依据，对保障管道连续输送、防止管道破坏事件的发生具有重要意义。

目前的DN219管道漏磁腐蚀检测器主要由电池节、计算机节、漏磁检测探头节、定位节、里程轮节组成。其中漏磁检测探头节是核心单元，探头节机械结构设计的合理性直接影响到采集数据的可靠性和有效性。

传统漏磁检测探头节由磁铁、主探头、辅助探头三部分组成。主探头内封装磁敏传感器，检测管道内壁缺陷引起的磁场变化；辅助探头内封装涡流传感器，分辨管道内外缺陷。主探头及辅助探头均采用悬臂式结构，一般由探头臂、探头壳、支撑弹簧、辅助弹簧等组成，结构复杂，单个探头径向空间至少需在100mm以上，而针对DN219管道，管道内径最大为210mm，无法周向阵列悬臂式结构的探头。

传统的探头节采用分体式结构，磁铁、主探头、辅助探头轴向分开布置，占用轴向空间至少需600mm以上，不适用于空间较小的DN219管道内检测器上。而DN219管道为海底管道的主流尺寸，海底管道的安全性级别又高于陆地管道。因而急需开发适用于小口径管道的腐蚀缺陷检测器用新型检测探头节。

其中里程轮节的功能是判定缺陷在管线轴向所处的具体位置。里程轮节的计数是否准确，直接影响缺陷数据读取后对后期管道修复工作的可操作性。

传统的里程轮节均采用周向均布三个里程轮的方法，布置三个里程轮是因为检测器在管道里以0.5米/秒到5米/秒的速度行进，且受介质的流量波动，及管路的高低起伏，速度难以控制，所以里程轮会造成打滑现象，导致计数误差，为了消除这种误差，安装三个里程轮，采用三个里程轮转数的平均值作为期望值。而在DN219管道中，由于空间狭小，如果仍然采用周向布置三个里程轮的方法，将必须把里程轮的直径变小，里程轮直径越小，打滑现象越明显，导致计数误差明显增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种主要用于长距离管道检测、而且不留检测死角的管道内壁漏磁腐蚀径检测器。

本发明的目的是这样实现的：一种管道内壁漏磁腐蚀径检测器，它包括有电池节、计算机节、漏磁检测探头节、定位节、里程轮节，其特征是：所述电池节、计算机节、漏磁检测探头节、定位节、里程轮节依次设置，相邻两节之间通过定位联轴器连接；所述漏磁检测探头节包括有一沿轴向设置且两端带安装法兰的漏磁节骨架，在两端法兰之间沿周向均布有探头支架，在探头支架内设置有一体式探头；在每个探头支架两端设置能有在漏磁节骨架上的法兰槽内滑动的上限位柱，而在探头支架两端的下部还设置有能在漏磁节骨架上所对应孔内上下滑动的弹簧导杆；所述的一体式探头为双探头模块化安装结构，该结构包括：两个并列设置的探头，该探头为在一条形轭铁的上部两侧分别设置有一对极性相反的磁铁，该磁铁向上依次设有衬铁、耐磨体及不锈钢基体喷焊碳化钨硬质涂层，在条形轭铁中间上部位置上设有传感器盒，传感器浇灌在传感器盒内，该传感器盒通过上部的耐磨体限位压紧；里程轮节为自耦摆臂式里程轮节，它包括：转臂A与转臂B通过轮轴形成转动副，轮轴A铰接在转臂B上，里程轮A通过轴承设置在轮轴A上，轮轴B铰接在转臂A的另一端，里程轮B通过轴承设置在轮轴B上转动，转臂A与转臂B的长度比为1.68，行走轮A通过螺丝安装在里程轮A上，行走轮B通过螺丝安装在里程轮B上，转臂A与转臂B两端分别连接拉簧；里程轮A与里程轮B的周向均匀分布有通孔，电感传感器安装在转臂A上，该电感传感器的感应端直对着里程轮的周向通孔；转臂B通过承接套与定位联轴器连接。

如上所述的传感器为磁敏传感器和涡流传感器。

轭铁的上部两侧分别设置有一对极性相反的磁铁为梯形磁铁。

本发明还包括有：沿周向均布的双探头模块化安装结构共七瓣，瓣与瓣之间两端各设置有带拉环的环形复位弹簧，该环形复位弹簧之间固定设置有弹簧导杆。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明所述的新型漏磁检测探头节，采用一体式探头结构设计，把磁铁、磁敏传感器、涡流传感器集中布置，占轴向空间仅160mm；采用双探头模块化设计，径向支撑弹簧、环向复位弹簧设计，单个探头占径向空间仅55mm。采用上述设计的本新型漏磁检测探头结构紧凑，与管道内壁耦合能力强，通过性良好，对传感器收集管道内壁缺陷数据的可靠性和有效性提供有力支撑。

本发明所述的里程轮结构，创新性的采用自耦摆臂式设计，摆臂由两个转臂组成，转臂重合端以轮轴A联结，转臂的零两端通过两根拉簧联结，里程轮A通过轴承安装在轮轴A上，里程轮B通过轴承安装在轮轴B上，轮轴B固定在转臂A的另一端，这样就形成以里程轮A及里程轮B为支撑点，转臂A通过拉簧与转臂B形成自耦式摆臂结构。把传统的周向里程轮布置转化成了轴向里程轮布置，采用此种设计，可以最大限度增加行走轮的直径，减小打滑发生的可能性。

附图说明

图1是本发明的管道内壁漏磁腐蚀检测器结构示意图；

图2是图1一体式探头结构示意图；

图3是本发明的双探头结构示意图；

图4是本发明的径向支撑弹簧连接结构示意图；

图5是本发明漏磁检测探头节的环形复位弹簧结构示意图；

图6是本发明的里程轮节主视结构示意图；

图7是图6的里程轮节俯视图；

图8是有缺陷的漏磁检测原理图；

图9是无缺陷的漏磁检测原理图。

图中：J1.里程轮节，J2.定位节，J3.漏磁检测探头节，J4.计算机节，J5.电池节；

下面将结合附图并通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求为准。

具体实施方式

根据图1至图7对本发明进行详细描述。图中所述的电池节J5、计算机节J4、漏磁检测探头节J3、定位节J2、里程轮节J1依次设置，相邻两节之间通过定位联轴器连接；所述漏磁检测探头节J3包括有一沿轴向设置且两端带安装法兰的漏磁节骨架11，在两端法兰之间沿周向均布有探头支架10，在探头支架10内设置有一体式探头；在每个探头支架两端设置能有在漏磁节骨架11上的法兰槽内滑动的上限位柱9，而在探头支架两端的下部还设置有能在漏磁节骨架上所对应孔内上下滑动的弹簧导杆8；所述的一体式探头为双探头模块化安装结构，该结构包括：两个并列设置的探头，该探头为在一条形轭铁1的上部两侧分别设置有一对极性相反的梯形磁铁2，该梯形磁铁向上依次设有衬铁3、耐磨体4及不锈钢基体喷焊碳化钨硬质涂层，上述部件通过螺栓6结合在一起；在条形轭铁1中间上部位置上设有传感器盒5，磁敏传感器和涡流传感器浇灌在传感器盒5内，该传感器盒5通过上部的耐磨体4限位压紧。

本发明所述的径向支撑弹簧设计，具体布置方式为：上述的双探头模块化安装结构，通过弹簧导杆8在漏磁节骨架11的孔内上下滑动，径向支撑弹簧12提供径向扩张力，上限位铜柱9在漏磁骨架11的法兰槽内滑动，起上限位作用，防止双探头模块化安装结构向外脱离漏磁骨架11（见图4）。本发明所述的环形复位弹簧设计，布置方式为：上述的双探头模块化安装结构共7瓣，瓣与瓣之间两端各通过一个带拉环的环形复位弹簧13联结，环形复位弹簧13之间用弹簧导杆8固定，具体固定方式为相邻的环形复位弹簧13之间的拉环中心重合，弹簧导杆8穿过两个拉环后拧入探头支架的螺纹孔内。环形复位弹簧的作用是抵消瓣与瓣之间由于径向位置变化导致的磁铁之间的吸力，同时有效扩大径向扩张力（见图5）。

里程轮节J1为自耦摆臂式里程轮节，它包括：转臂A15与转臂B14通过轮轴形成转动副，轮轴A16铰接在转臂B14上，里程轮A17通过轴承设置在轮轴A16上，轮轴B19铰接在转臂A15的另一端，里程轮B20通过轴承设置在轮轴B19上转动，转臂A15与转臂B14的长度比为1.68，行走轮A18通过螺丝安装在里程轮A17上，行走轮B21通过螺丝安装在里程轮B20上，转臂A15与转臂B14两端分别通过螺纹拉杆22连接拉簧23；里程轮A17与里程轮B20的周向均匀分布有30个通孔，电感传感器24安装在转臂A15上，该电感传感器24的感应端直对着里程轮的周向通孔；转臂B14通过承接套25与定位联轴器连接。

根据漏磁检测的基本原理，如图8-9所示，铁磁性材料在外加磁场下被磁化，若材料中无缺陷时，磁力线绝大部分通过铁磁性材料，材料的内部，磁力线分布均匀（如图8所示）；若材料表面及近表面存在裂纹等缺陷，材料中缺陷的磁导率远比铁磁性材料本身的小，缺陷处磁阻增大，从而使通过缺陷区域的磁场发生畸变，磁力线发生弯曲，一部分磁力线泄漏出材料表面，在缺陷位置形成泄漏磁场。采用磁敏元件（传感器）对缺陷漏磁场进行检测，形成电信号，对电信号进行处理及分析，可以得到缺陷的量化情况（如图9所示）。

在本发明中，见图2，磁铁2、衬铁3、轭铁1，共同组合成一U型磁体，衬铁3、轭铁1都采用导磁性优越的纯铁，U型磁体与管道形成一闭合磁路。在组合成的U型磁体中间位置，轭铁1上方放置一非导磁性材料制作的传感器盒5，传感器盒5内安装有磁敏传感器，采用树脂浇灌，不可拆卸，当管道内壁有缺陷时，闭合磁路磁场有磁通泄漏，传感器盒5内的磁敏传感器将把该磁通泄漏量转化成电信号进行存储。耐磨体4用螺栓6与U型磁体联结，耐磨体4为非导磁性不锈钢，表面喷焊碳化钨硬质图层，碳化钨硬度较高，耐磨性好，适宜作为长距离检测探头的耐磨材料与管道内壁摩擦。

DN219管道内壁漏磁腐蚀检测器用新型检测探头节由14个一体化探头组成，见图5，每两个探头镜像对称安装在一个探头支架10上，七个探头支架10沿漏磁节骨架11阵列一周，通过拧入探头支架10上的弹簧导杆8插入漏磁节骨架11的导向孔内，套在弹簧导杆8上的径向复位支撑弹簧12提供径向支撑力，实现以漏磁节骨架11为中心轴，作径向运动。上限位铜柱9在漏磁节骨架11的径向滑动槽内径向运动，起上限位作用，防止探头支架10受支撑弹簧12的径向力而向外脱离漏磁骨架11。探头支架10之间用特殊制作的带拉环的环形复位弹簧13两两联结，形成封闭力系，驱使探头支架向外径向扩张，有效抵消探头之间的磁铁吸力作用，环形复位弹簧13之间用弹簧导杆8固定，相邻的环形复位弹簧13之间的拉环中心重合，弹簧导杆8传过两个拉环后拧入探头支架10的螺纹孔内。

自由状态下，检测探头节外径在径向支撑弹簧12及环形复位弹簧13的共同作用下，径向向外扩张为最大直径213mm，当进入管道后，受管道内壁挤压，支撑弹簧12及环形复位弹簧13向内收缩，探头节直径根据管道内径尺寸变化，最小可以达到180mm。

整个新型检测探头共有14个一体化探头组成，每个一体化探头内安装6个用于漏磁通量检测的霍尔传感器及2个用于管道内外壁缺陷分辨的涡流传感器，共计112个传感器环形阵列一周。由于采取了双探头模块化安装结构，及该结构采用的径向支撑弹簧设计，及环形复位弹簧设计，结构紧凑，径向缩放自如，能很好的与管道内壁进行耦合。有效减小由于振动及提离效应引起的传感器信号误差。

里程轮节进入管道后，行走轮A18与行走轮B21分别接触管道的上下面，迫使拉簧23拉伸，形成的收缩力让行走轮A18与行走轮B21紧紧贴合管道内壁，当检测器向前运动，行走轮沿管道内壁向前滚动，与行走轮固定在一起的里程轮同步旋转，里程轮周向均布有30个直径为4的小孔，小孔深度为1mm。这些小孔直对着直径为3mm的电感传感器24，传感器感应面与里程轮周向面的距离为0.85mm，而电感传感器24的最大提离距离只有1mm，当里程轮转动，周向的小孔正对电感传感器24时，传感器将检测不到加载信号，当里程轮小孔不再正对传感器时，传感器将检测到加载信号。按此规律，行走轮转动一圈，里程轮将给出30个信号，行走轮的周长除以30得出的长度，即是每个信号给出检测器向前推进的距离。该位移信号与上述的漏磁节收取的缺陷信号在同一时间轴上进行融合，即得出了管壁缺陷的位置信息。实验证明该种结构设计的里程轮节非常适合安装在DN219小口径管道的漏磁检测器上。

综上所述，实现了本发明的是发明目的。

Claims (4)

1.一种管道内壁漏磁腐蚀径检测器，它包括有电池节、计算机节、漏磁检测探头节、定位节、里程轮节，其特征是：所述电池节、计算机节、漏磁检测探头节、定位节、里程轮节依次设置，相邻两节之间通过定位联轴器连接；所述漏磁检测探头节包括有一沿轴向设置且两端带安装法兰的漏磁节骨架，在两端法兰之间沿周向均布有探头支架，在探头支架内设置有一体式探头；在每个探头支架两端设置能有在漏磁节骨架上的法兰槽内滑动的上限位柱，而在探头支架两端的下部还设置有能在漏磁节骨架上所对应孔内上下滑动的弹簧导杆；所述的一体式探头为双探头模块化安装结构，该结构包括：两个并列设置的探头，该探头为在一条形轭铁的上部两侧分别设置有一对极性相反的磁铁，该磁铁向上依次设有衬铁、耐磨体及不锈钢基体喷焊碳化钨硬质涂层，在条形轭铁中间上部位置上设有传感器盒，传感器浇灌在传感器盒内，该传感器盒通过上部的耐磨体限位压紧；里程轮节为自耦摆臂式里程轮节，它包括：转臂A与转臂B通过轮轴形成转动副，轮轴A铰接在转臂B上，里程轮A通过轴承设置在轮轴A上，轮轴B铰接在转臂A的另一端，里程轮B通过轴承设置在轮轴B上转动，转臂A与转臂B的长度比为1.68，行走轮A通过螺丝安装在里程轮A上，行走轮B通过螺丝安装在里程轮B上，转臂A与转臂B两端分别连接拉簧；里程轮A与里程轮B的周向均匀分布有通孔，电感传感器安装在转臂A上，该电感传感器的感应端直对着里程轮的周向通孔；转臂B通过承接套与定位联轴器连接。

2.根据权利要求1所述的管道内壁漏磁腐蚀径检测器，其特征是：所述的传感器为磁敏传感器和涡流传感器。

3.根据权利要求1所述的管道内壁漏磁腐蚀径检测器，其特征是：极性相反的磁铁为梯形磁铁。

4.根据权利要求1所述的管道内壁漏磁腐蚀径检测器，其特征是：沿周向均布的双探头模块化安装结构共七瓣，瓣与瓣之间两端各设置有带拉环的环形复位弹簧，该环形复位弹簧之间固定设置有弹簧导杆。