CN109425650A - 管道内部检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油领域中的管道内部检测装置及检测方法；管道内部检测装置包括可在待检测管道的内部行走的行走机构和用于对管道进行检测的检测机构，还包括用于控制行走结构行走速度的PID速度控制模块和用于检测行走机构行走速度的速度检测模块；速度检测模块与所述PID速度控制模块信号连接，PID速度控制模块与所述行走机构控制连接。使用时，将检测装置装入待检测管道，检测装置行走过程中，速度检测模块实时检测其行走速度；速度检测模块将测得的速度传递给PID速度控制模块，PID速度控制模块实时调节行走机构的行走速度，实现检测装置的匀速行走。相比于现有技术，在保证检测精度的同时，提高检测器的检测效率。

Description

管道内部检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及石油领域中的一种用于对管道内部进行检测的管道内部检测装置及检测方法。
背景技术
油气集输管道在使用过程中由于腐蚀、裂纹及损坏等原因，容易发生油气泄露，泄露出来的油气不仅会污染环境、造成经济损失，还有可能发生中毒、燃烧、爆炸等安全事故。因此，需要定期对管道进行检测，以确保管道的安全、可靠。目前，人们已经研究开发出超声法、漏磁法、管内电视摄像法等不同技术原理的管道内部检测器。
目前主要采用监测管道内检测器前后压差，调整油气井产量、调整管道内检测器与介质的接触截面积来控制管道内检测器运行速度，但在实际管道内检测过程中，由于油气井生产压力变化、流体流态变化、管道起伏、管道变形都会对管道内检测器前后压差带来影响，在监测到压差变化时再进行油气井产量调整，管道内检测器与介质的接触截面积调整，一方面耗时较长，另一方面调整精度难以满足实际需要，难以保持内检测器以稳定速度运行，从而影响管道检测精度，且利用输送的油气介质压力为动力推动管道内检测器进行管道内检测还会造成油气资源的浪费，因为在取出管道内检测器前要对管道进行泄压，需要对管道内油气进行放空处理。
公告号为CN2864676Y、公告日为2007.01.31的中国实用新型专利公开了一种用于检测长输管道的装置，包括依次排列设置的刚性探头环、超声密封仪器舱、数据采集处理仪器舱和蓄电池电源舱，相邻的两舱体之间用万向联接节联接，联结之后形成可在待检测管道内部行走的行走架，超声密封仪器舱用于对管道进行检测。使用时，将检测装置装入待检测管道，检测装置在电动爬机驱动下或者在长输管道内的油/水/气体介质的压力推动下快速行走；行走过程中，检测器全扫描检测出管道所有大于最小可检缺陷尺寸的内外壁腐蚀缺陷、管壁厚度和管截面尺寸。
不同种类检测器的检测原理不同，对于某一种类的检测器来说，其必须在一定的行走速度范围内才能达到较好的检测效果；若检测器的移动速度过快会，则容易出现漏检情况；若检测器的移动速度太慢，则又会影响检测效率。现有检测装置在管道中的行走速度较不稳定，容易影响检测精度。另外，待检测管道的内部经常存在杂质，若不清理杂质而直接进行检测的话，检测器的检测精度也会受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管道内部检测装置，用以解决现有的管道内部检测装置存在的行走速度不稳定，容易影响检测器的检测精度的问题；本发明的目的还在于提供一种用于对管道内部进行检测的管道内部检测方法。
为实现上述目的，本发明的管道内部检测装置的技术方案是：管道内部检测装置包括可在待检测管道的内部行走的行走机构和用于对管道进行检测的检测机构，还包括用于控制行走结构行走速度的PID速度控制模块和用于检测行走机构行走速度的速度检测模块；速度检测模块与所述PID速度控制模块信号连接，PID速度控制模块与所述行走机构控制连接。
所述PID速度控制模块包括STM32控制板，所述速度检测模块包括霍尔传感器；STM32控制板包括CPU和存储器；STM32控制板具有数字接口和GPIO接口；CPU具有速度设置接口；霍尔传感器通过数字接口与PID速度控制模块信号连接；CPU通过GPIO接口与行走机构控制连接。
所述行走机构包括筒状结构的壳体，壳体上安装有行走轮、用于驱动行走轮的直流无刷电机和用于控制直流无刷电机转动的电机驱动板，电机驱动板与GPIO控制连接；GPIO接口通过电机驱动板控制行走机构行走速度。
所述壳体上设有可沿壳体径向伸缩的伸缩结构，伸缩结构有环绕壳体轴线间隔设置的三个以上；各伸缩结构上均设有所述行走轮和直流无刷电机。
所述行走机构包括前后间隔设置的两行走部分和连接在两行走部分之间的检测部分，相邻的两个部分之间通过万向节连接。
所述检测部分包括筒状结构的检测壳体，检测壳体上设有检测器，检测壳体的侧壁上设有贯穿该侧壁的窗口。
所述的两行走部分中处于行走机构行走方向前侧的前行走部分的前端连接有用于对待检测管道进行清理的管道清理装置。
所述管道清理装置包括连接轴和穿装在连接轴上的皮碗，连接轴的一端与对应行走部分铰接，所述皮碗安装在连接轴的另一端。
所述检测器为漏磁检测器、电视摄像检测器或声波检测器。
本发明的管道内部检测方法的技术方案是： 在检测装置在待检测管道内部行走的过程中，以速度检测模块检测检测装置的行走速度，以PID速度控制模块对测得的速度进行PID计算并控制检测装置匀速行走。
本发明的有益效果是：使用时，将检测装置装入待检测管道，检测装置行走过程中，速度检测模块实时检测其行走速度；速度检测模块将测得的速度传递给PID速度控制模块，PID速度控制模块实时调节行走机构的行走速度，实现检测装置的匀速行走。相比于现有技术，在保证检测精度的同时，提高检测器的检测效率。
进一步的，PID速度控制模块包括STM32控制板，STM32控制板包括CPU和存储器，CPU具有速度设置接口；在将检测装置装入待检测管道之前，通过速度设置接口设定PID速度控制模块的调节范围，速度调节范围与检测器的类型相对应；以使带有不同种类检测器的检测装置在适合检测器检测的速度范围内行走。
进一步的，行走机构包括筒状结构的壳体，壳体上设有可沿壳体径向伸缩的伸缩结构，伸缩结构有环绕壳体轴线设置的三个以上；各伸缩结构的端部均设有所述行走轮和直流无刷电机。安装在伸缩结构上的行走轮随待检测管道内径的变化移动，行走轮能够更好的行走。
进一步的，行走机构上于行走机构的前端设有用于对待检测管道进行清理的管道清理装置；管道清理装置随行走机构行走，行走过程中对管道的内部进行清理，避免管道内的杂质影响检测精度。
附图说明
图1为本发明的管道内部检测装置的实施例1的结构示意图；
图2为图1中的行走机构的内部结构示意图；
图3为本发明的管道内部检测装置的速度控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的管道内部检测装置的实施例1，如图1至图3所示，包括可沿待检测管道的内壁行走的行走架，行走架包括由左到右首尾连接的前行走架2、检测架3和后行走架4；前行走架2的前侧和后侧分别设有前行走架前连接轴201和前行走架后连接轴219；检测架3的前侧和后侧分别设有检测架前连接轴301和检测架后连接轴303；后行走架4的前侧设有后行走架连接轴401。
前行走架前连接轴201通过万向节5连接有用于对待检测管道进行清理的皮碗组件1。皮碗组件1包括皮碗连接轴101和套装在皮碗连接轴101上的皮碗，皮碗包括前后间隔设置的前皮碗102和后皮碗103；皮碗连接轴101的后端通过万向节5与前行走架前连接轴201铰接；前皮碗102和后皮碗103为橡胶材质，各皮碗的直径均大于待检测管道的内径。
检测架前连接轴301通过万向节6与前行走架后连接轴219铰接，检测架后连接轴303通过万向节7与后行走架连接轴401铰接。检测架3在前行走架2和后行走架4的带动下移动。
检测架3上设有用于对管道内部进行检测的检测器，常用的检测器有漏磁检测器、电视摄像检测器或声波检测器。不同种类检测器的检测原理不同，行走架的行走速度对检测器的检测精度影响较大，不同类型的检测器具有适合检测的不同行走速度。
前、后行走架的结构相同，以前行走架2为例，对前、后行走架的结构进行说明；如图2，前行走架2包括管状结构的壳体202，壳体202的外壁上于壳体202轴向中部设有伸缩杆218，伸缩杆218有环绕壳体202轴线且等间隔设置的三个，各伸缩杆218上分别套装有弹簧；伸缩杆218的顶部由下至上依次安装有直流无刷电机208、转动轴承209和行走轮210，霍尔传感器206安装在转动轴承209内，并随转动轴承209一起转动。
壳体202的内部由螺栓固定安装有低能电源203、STM32控制面板204、电机驱动板205、高能电源207；壳体202的外壁上并列安装有低能电源开关211和高能电源开关212；STM32控制板204含CPU213、储存器214、电源接口215、数字接口216、GPIO通用接口217。
低能电源203为5V电源，通过开关电路与STM32控制板204连接；霍尔传感器206监测转动轴承209的电脉冲信号；电源接口215给霍尔传感器206提供5V用电；数字接口216通过杜邦线与霍尔传感器206连接，并将霍尔传感器206测得的电脉冲信号输入给CPU213；CPU213根据测得的电脉冲信号计算管道内部检测装置运行速度、里程，并结合CPU213上速度设置接口220所预设置的速度值，进行PID计算，调整输出频率，输出频率通过GPIO通用接口217输入至电机驱动板205；CPU213计算的速度、里程数据传输给储存器214。
高能电源207为48V电源，通过开关电路给电机驱动板205供电；电机驱动板205通过2.5平方电线与直流无刷电机208连接，电机驱动板205根据输出频率改变电流大小，从而改变直流无刷电机208的转动轴承209上的驱动轮210速度。
检测架3包括管状结构的轴线沿左右方向延伸的检测架壳体302，检测器安装在检测架壳体302的内部，检测架壳体302的侧壁上设有矩形窗口304，矩形窗口304有两个以上，各矩形窗口304在检测架壳体302侧壁上沿检测架壳体302轴向成排设置。
本实施例中，安装在检测架壳体302内的检测器可以是漏磁检测器、电视摄像检测器或者声波检测器。
漏磁检测器基于漏磁检测器检测到的管道漏磁场的变化特征，确定管道的完整性；依据漏磁检测器的功能特性，确定前行走架2、后行走架4的运行速度在0.5-1.6m/s范围内。
电视摄像检测器基于摄像头记录的管道内壁高清图像，确定管道的完整性；依据管内电视摄像检测器的功能特性，确定前行走架2、后行走架4的运行速度在1.5-2.5m/s范围内。
声波检测器基于反射声波衰减特征，确定管道的完整性；依据声波检测器的功能特性，确定前行走架2、后行走架4的运行速度在3.0-5.0m/s范围内。
使用时，前、后皮碗与待检测管道的内壁过盈配合，过盈量为3%-8%；前皮碗102和后皮碗103紧贴待检测管道的内壁，两皮碗运动，待检测管道内的液体、泥沙等杂质清理被皮碗清理掉，保持管道内壁的清洁，提高检测器的检测精度。在其他实施例中，也可以在后行走架4的后侧设置皮碗组件。
本实施例以管道内漏磁检测为例，对管道内部检测装置的工作过程加以说明：
1、应用计算机通过前行走架2内的速度设置接口220对STM32控制板204内的CPU213设定管道内部检测装置的稳定运行速度值在0.5-1.6m/s范围内。
2、打开待检测管道的泄压口，将待检测管道压力泄放至0MPa；打开待检测管道的盲板；按下前行走架2和后行走架4上的低能电源开关211和高能电源开关212；CPU213根据设定的速度值进行PID计算，通过GPIO通用接口对电机驱动板205输出频率，电机驱动板205根据GPIO通用接口217传输过来的频率确定电流大小，并传输给直流无刷电机208；直流无刷电机208带动转动轴承209转动，行走轮210运行；前行走架2和后行走架4同步行走。
3、前行走架2、后行走架4推动皮碗组件1前进，皮碗组件1的前皮碗102和后皮碗103紧贴管道内壁，清除管道内的液体、腐蚀产物等杂质，保持管道内壁清洁。检测架3内的漏磁检测仪检测管道被腐蚀情况。
4、霍尔传感器206监测电机转动轴承209电脉冲信号，并将其通过数字接口216传输给CPU213；CPU213根据测得的电脉冲信号计算管道内部检测装置运行速度、里程，并结合预设置的速度值，进行PID计算，从而调整输出频率，将调整后的输出频率通过GPIO通用接口217传输给电机驱动板205，电机驱动板205根据输出频率改变电流大小并将改变后电流传输给直流无刷电机208，从而改变直流无刷电机208的转动轴承209上的驱动轮210转动速度，以控制管道内部检测装置的运行速度。
5、漏磁检测器通过获取漏磁场信号分析管道漏磁场的变化特征，检测所通过管道的完整性。
管道内声波检测和管内电视摄像检测的步骤与管道内漏磁检测的步骤相同，不再赘述。相比于现有技术，实现检测装置在设定速度范围内的匀速移动，提高检测器的检测精度。
本发明的管道内部检测装置的实施例2，实施例2与上述实施例1的不同之处在于：所述行走架仅包括前行走架和检测架，前行走架可沿待检测管道的内壁主动行走，检测架上设有从动轮，检测架在前行走架的带动下行走。另外，检测架侧后侧也设有皮碗组件。
在其他实施例中，也可以用其他的清管装置代替皮碗组件；例如，带有钢丝刷的清管装置。
本发明的管道内部检测方法的实施例，在检测装置在待检测管道内部行走的过程中，以速度检测模块检测检测装置的行走速度，以PID速度控制模块对测得的速度进行PID计算并控制检测装置匀速行走。

Claims (10)

1.管道内部检测装置，包括可在待检测管道的内部行走的行走机构和用于对管道进行检测的检测机构，其特征在于：还包括用于控制行走结构行走速度的PID速度控制模块和用于检测行走机构行走速度的速度检测模块；速度检测模块与所述PID速度控制模块信号连接，PID速度控制模块与所述行走机构控制连接。
2.根据权利要求1所述的管道内部检测装置，其特征在于：所述PID速度控制模块包括STM32控制板，所述速度检测模块包括霍尔传感器；STM32控制板包括CPU和存储器；STM32控制板具有数字接口和GPIO接口；CPU具有速度设置接口；霍尔传感器通过数字接口与PID速度控制模块信号连接；CPU通过GPIO接口与行走机构控制连接。
3.根据权利要求2所述的管道内部检测装置，其特征在于：所述行走机构包括筒状结构的壳体，壳体上安装有行走轮、用于驱动行走轮的直流无刷电机和用于控制直流无刷电机转动的电机驱动板，电机驱动板与GPIO控制连接；GPIO接口通过电机驱动板控制行走机构行走速度。
4.根据权利要求3所述的管道内部检测装置，其特征在于：所述壳体上设有可沿壳体径向伸缩的伸缩结构，伸缩结构有环绕壳体轴线间隔设置的三个以上；各伸缩结构上均设有所述行走轮和直流无刷电机。
5.根据权利要求4所述的管道内部检测装置，其特征在于：所述行走机构包括前后间隔设置的两行走部分和连接在两行走部分之间的检测部分，相邻的两个部分之间通过万向节连接。
6.根据权利要求5所述的管道内部检测装置，其特征在于：所述检测部分包括筒状结构的检测壳体，检测壳体上设有检测器，检测壳体的侧壁上设有贯穿该侧壁的窗口。
7.根据权利要求6所述的管道内部检测装置，其特征在于：所述的两行走部分中处于行走机构行走方向前侧的前行走部分的前端连接有用于对待检测管道进行清理的管道清理装置。
8.根据权利要求7所述的管道内部检测装置，其特征在于：所述管道清理装置包括连接轴和穿装在连接轴上的皮碗，连接轴的一端与对应行走部分铰接，所述皮碗安装在连接轴的另一端。
9.根据权利要求6至8任一项所述的管道内部检测装置，其特征在于：所述检测器为漏磁检测器、电视摄像检测器或声波检测器。
10.管道内部检测方法，其特征在于：在检测装置在待检测管道内部行走的过程中，以速度检测模块检测检测装置的行走速度，以PID速度控制模块对测得的速度进行PID计算并控制检测装置匀速行走。
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