CN109932419A - 一种原油输送管道内腐蚀检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原油输送管道内腐蚀检测装置及其方法，里程计数轮紧贴管内壁设置，电路控制和数据存储装置上设置有速度控制器，驱动皮碗表面通过液体产生的压力差形成驱动力使检测装置在管道内向前推进，通过改变驱动面积和安装数量，实现稳定驱动力和控制检测装置运移速度，电路控制和数据存储装置连接数据分析单元，利用电路控制和数据存储装置存储的检测电磁信号分析管道内腐蚀状况。本发明适用于小直径管道的检测，检测信号稳定，腐蚀缺陷易量化，在弯头较多的管道适用性强。

Description

一种原油输送管道内腐蚀检测装置及其方法

技术领域

本发明属于管道内腐蚀检测技术领域，具体涉及一种原油输送管道内腐蚀检测装置及其方法。

背景技术

管道内检测技术是用于判断管道内腐蚀缺陷状况并使之量化的管道完整性检测工具，按照检测方式可以分为：漏磁通型、超声波型、涡流型、电磁声波型等。其中，漏磁检测是目前较为成熟且工业化最为广泛的管道内检测技术，但该项技术目前只适应于检测管径大于200mm管道内腐蚀检测，对于油田90％的管径小于200mm的原油输送管道没有有效的管道内腐蚀检测技术。

电磁涡流检测技术，主要用于检测零件表面的裂纹和坑型缺陷，不需要耦合，对管道内环境要求较低，管输介质不影响检测。

与本发明相关的公开报道有：

1、“在线管道缺陷常用检测方法分析探头在金属表面移动”(《管道技术与设备》2009年第6期)一文中分析了涡流检测在检测灵敏度方面，涡流主要分布在金属材料的表面附近，涡流检测适用于导体表面缺陷或者近表面缺陷,对于表面缺陷,涡流法检测的灵敏度高于漏磁法。

2、“油气管道内检测常用方法”(《Equipment Manufacturing Technology》

No.1，2015)介绍了远场涡流技术具有信号强，信息量大，可以实现多个表面深度的测量，检测速度快等优点，但是强信号的相互干扰、高能耗等缺点，也成为影响该技术发展的局限性。

3、“管道内表面缺陷的涡流检测方法”(《仪表技术与传感器》(2014年第10期)介绍了通过提高检测线圈分辨率的涡流检测方法，利用ANSYS仿真技术，开发了线圈探头实验装置，并利用该装置实现了45#钢板的检测。

4、“远场涡流技术在管道检测中的应用”(《军械工程学院学报》2000年12期增刊)，介绍了远场涡流技术原理在管道无损检测中的应用实验研究,初步探讨了检测信号与管壁厚度和激励频率的关系。

虽然已有涡流检测技术报道，但应用与管道内腐蚀检测技术因检测区域狭小，在检验材料需作全面扫查时，检验速度较慢。涡流探伤至今还是处于当量比较检测阶段，对缺陷做出准确的定性定量判断尚待开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种原油输送管道内腐蚀检测装置及其方法，能对原油输送管道内腐蚀缺陷定性和定量、精确定位管道内腐蚀情况。

本发明采用以下技术方案：

一种原油输送管道内腐蚀检测装置，包括依次连接的探头电池组、电磁发射与涡流检测装置、电路控制和数据存储装置、里程计数轮和驱动皮碗，里程计数轮紧贴管内壁设置，电路控制和数据存储装置上设置有速度控制器，驱动皮碗表面通过液体产生的压力差形成驱动力使检测装置在管道内向前推进，通过改变驱动面积和安装数量，实现稳定驱动力和控制检测装置运移速度，电路控制和数据存储装置连接数据分析单元，利用电路控制和数据存储装置存储的检测电磁信号分析管道内腐蚀状况。

具体的，探头电池组的前端依次连接有定位电池组和装置定位器，装置定位器与管道地面上部设置的装置位置接收器无线连接用于辅助定位。

进一步的，装置定位器和装置位置接收器之间的信号频率为30Hz。

进一步的，定位电池组和探头电池组分别使用多个12V、1.8Ah电池串联组成，具有检测装置能耗1～2倍的能耗余量。

具体的，电磁发射与涡流检测装置包括激励线圈、检测线圈和接收传感器，激励线圈依次与近管道内表面、接收线圈、接收传感器形成闭合的电磁回路，在管道内表面产生电感应涡流，相同频率磁场在管道中传输。

进一步的，激励线圈、检测线圈和接收传感器密封于钢制容器中。

具体的，电路控制和数据存储装置包括信号发生器、功率放大电路、前置放大器、信号调理电路和数据采集卡，信号发生器产生的脉冲信号经功率放大器放大后输入至电磁发射与涡流检测装置；电磁发射与涡流检测装置产生检测低频电磁波，通过前置放大器、信号调理电路处理后存储于数据采集卡，数据采集卡与数据分析单元连接，用于将产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值比对得管道内出缺陷特征。

具体的，里程计数轮由磁铁和霍尔元件传感器组成，包括3个，间隔设置在管壁上。

进一步的，装置定位器、定位电池组、探头电池组、电磁发射与涡流检测装置、电路控制和数据存储装置和里程计数轮之间均通过柔性连接结构的万向节连接。

本发明的另一技术方案是，一种原油输送管道内腐蚀检测方法，管道内腐蚀检测装置在管道运行过程中，里程计数轮紧贴管内壁，探头电池组产生脉冲信号经功率放大器放大后，输入到电磁发射与涡流检测装置，电磁发射与涡流检测装置产生检测低频电磁波，通过前置放大器和信号调理电路进行处理，当管壁有腐蚀缺陷时，在材料表面缺陷处形成漏磁场，磁感应传感器获取漏磁场信号，存储于数据采集卡，里程计数轮每转动一周就记一个里程数确定检测装置的腐蚀缺陷位置；

当里程计数轮打滑，产生定位误差，通过装置定位器发射30Hz低频信号器给地面上间隔设置的装置位置接收器，实现对管道内腐蚀检测装置运行过程中的定时定位，并与检测装置定位的里程信息结合进行数据分析确定管道缺陷位置。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种原油输送管道内腐蚀检测装置，通过安装速度控制装置，调节装置在管道中的运行速度，较少管道缺陷漏检和涡流检测信号完整的情况，通过计算机上的数据分析单元将产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值分析出缺陷特征，通过基于电磁涡流技术原理形成的原油管道内腐蚀检测装置，有利于及早发现原油输送管道内腐蚀状况，开展针对性防腐治理措施。

进一步的，设置定位电池组和装置定位器，若管壁存在油污，致使里程计数轮打滑，产生定位误差，通过本发明的装置定位器，通过发射30Hz低频信号器与地面上每隔一段距离安放一个该信号发生器的定位接收器，实现对管道内腐蚀检测器运行过程中的定时定位，将此信息与检测器定位的里程轮计数器的信息结合进行数据分析可以精确管道缺陷位置。

进一步的，通过安装基于30Hz的低频信号发生器的定位装置，实现了对管道检测装置在运行过程中的定时定位，提高管道腐蚀缺陷定位分析精度，监测了管道内腐蚀运行状况。

进一步的，设置电磁发射与涡流检测装置使得信号更稳定，接收便利。

进一步的，通过安装电路控制和数据存储装置，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，以压缩编码方式进行检测数据压缩后存储，保证了检测数据的完整性。

进一步的，通过安装高容量电池组，保证了检测装置的装置定位器、电磁波发射和涡流检测装置等能耗需要。

进一步的，使用多个12V、1.8Ah电池组能够提供足够的能量，保证完成预定的测量距离。

进一步的，万向节可以满足360°无方向的转弯。用于管道内腐蚀检测系统中各部分的柔性连接，保证整个装置在管道中弯曲段顺畅运行。

综上所述，本发明适用于小直径管道的检测，检测信号稳定，腐蚀缺陷易量化，在弯头较多的管道适用性强。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作流程图。

其中：1.装置定位器；2.电磁发射与涡流检测装置；3.电路控制和数据存储装置；4.定位电池组；5.里程计数轮；6.万向节；7.速度控制器；8.驱动皮碗；9.装置位置接收器；10.数据分析单元；11.探头电池组。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种原油输送管道内腐蚀检测装置，基于电磁涡流检测技术原理，用于检测原油输送管道内表面的裂纹、坑型缺陷。通过安装聚氨脂材质的速度控制板，确保检测装置运行平稳，减少管道内表面缺陷漏检的情况；通过安装基于30Hz低频信号的装置定位器，提高管道腐蚀缺陷的定位精度；通过安装32G高速SD卡数据存储单元，用于存储检测装置的检测数据和里程计数轮的里程计数，提高对管道内腐蚀缺陷的分析和定位；通过计算机上的数据分析单元将产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值分析出缺陷特征。通过基于电磁涡流技术原理形成的原油管道内腐蚀检测系统，有利于及早发现原油输送管道内腐蚀状况，开展针对性防腐治理措施。

请参阅图1，本发明一种原油输送管道内腐蚀检测装置，包括基于发射30Hz低频信号发射器的装置定位器1、电磁发射与涡流检测装置2、电路控制和数据存储装置3、定位电池组4、里程计数轮5、万向节6、速度控制器7、驱动皮碗8、基于接收30Hz低频信号接收器的装置位置接收器9、数据分析单元10、探头电池组11。装置定位器1通过万向节6依次与定位电池组4、探头电池组11、电磁发射与涡流检测装置2、电路控制和数据存储装置3和里程计数轮5连接，速度控制器7设置在电路控制和数据存储装置3上，驱动皮碗8与里程计数轮5连接，装置定位器1与装置位置接收器9无线连接，通过装置位置接收器9与数据分析单元10连接，驱动皮碗8表面通过液体产生的压力差形成驱动力使检测装置在管道内向前推进，通过改变驱动面积和安装数量，达到稳定驱动力和控制检测装置运移速度的目的。

装置定位器1由30Hz的低频信号发射器构成，保证产生的30Hz的低频信号无衰减发射出去，能使管道地面上部的30Hz低频信号的定位接收器接收，以确定检测装置在管道中的位置。

电磁发射与涡流检测装置2由激励线圈、检测线圈、接收传感器集成在一起，密封于具有耐压、散热功能钢制容器中，检测装置在运行过程中，电磁发射与涡流检测装置2中的激励线圈、近管道内表面、接收线圈、接收传感器形成闭合的电磁回路，在管道内表面产生电感应涡流，相同频率磁场在管道中传输。

电路控制和数据存储装置3由信号发生器、功率放大电路、前置放大器、信号调理电路和数据采集卡组成。通过控制电流不变，使信号发生器产生的所需要的脉冲信号，经功率放大器放大到所需要的功率后输入到电磁发射与涡流检测装置2；电磁发射与涡流检测装置2产生的检测低频电磁波，通过前置放大器、信号调理电路处理后存储于32G高速SD数据采集卡。

信号发生器采用AD9854；功率放大器采用LM6321；前置放大器采用AD603；信号调理电路采用OP2277；信号采集卡采用AD9238。

里程计数轮5由磁铁和霍尔元件传感器组成，包括3个，用于进行同步计量，提高定位精度，满足定位要求。

万向节6为柔性连接结构，采用不锈钢弹簧制成，完全可以满足360°无方向的转弯。用于管道内腐蚀检测系统中各部分的柔性连接，保证整个装置在管道中弯曲段顺畅运行。

速度控制器7能够将检测装置在管道中的运移速度控制在检测数据和图像采集的最佳区间，提高检测数据的分辨率。

在装置的前侧、中间和后面都安装聚氨脂材质的速度控制板7，能够保证测量体系在所测管道中居中，有利于测量体系平稳运行。

驱动皮碗8用于将管输动力(如油、水)转换为检测装置前进动力，使检测装置以合理的运移速度开展管道内腐蚀检测。

定位电池组4和探头电池组11分别使用多个12V、1.8Ah电池组成，用于维持检测装置的电磁场发生、感应磁场接收和产生、定位装置信号产生和数据存储。电池的数量满足检测管道长度的装置定位器、电磁波发射和涡流检测装置能耗需要，并且具有能耗1～2倍的能耗余量。

数据分析单元10利用电路控制和数据存储装置存储检测电磁信号，应用计算机上的数据分析单元进行信号处理，分析管道内表面腐蚀、缺陷特征。

本发明的装置的工作原理及主要特点为：

靠原油(或水)压力和速度控制装置在管道中稳定运行的管道内腐蚀缺陷检测装置通过低频电磁波在待测管道产生电感应涡流，同时涡流产生相同频率磁场，磁感应线会被约束在管道中。管道内表面有腐蚀缺陷，磁阻变大，使磁路中的磁通发生畸变，在材料表面缺陷处形成漏磁场，由接收传感器、检测线圈获取的漏磁场信号，通过对产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值分析出缺陷特征。

根据基于电磁涡流技术原理形成的原油管道内腐蚀检测装置，有利于及早发现原油输送管道腐蚀状况，开展针对性防腐治理措施。

通过液体在驱动皮碗8表面产生的压力差形成驱动力在管道内向前推进，由于管内液体压力的变化使检测装置运行不稳定，使检测的准确性受到影响，在检测装置上安装速度控制器，通过改变驱动面积和安装数量，达到稳定驱动力和控制检测装置运移速度的目的。

在管道内腐蚀检测装置本体上安装一个30Hz的低频信号发生器作为装置定位装置1，在地面每隔一段距离安装一个接收装置定位装置1信号的装置位置接收器9，通过对30Hz低频信号的发射和接收完成对管道内腐蚀检测装置的定时定位，结合里程计数轮内的数据信息，可以提高对缺陷的准确定位。

管道内腐蚀检测装置通过对组成部件的小型化，特别是通过对电磁波发射和涡流检测装置2的结构优化达到了适应于管径小于200mm的小直径管道内腐蚀检测，填补了技术空白，检测管径最小达到76mm，基本覆盖了油田输油管道。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，管道内腐蚀检测装置在管道运行过程中，探头电池组11通过信号发生器产生的脉冲信号经功率放大器放大后，输入到电磁发射与涡流检测装置2，电磁发射与涡流检测装置2产生的检测低频电磁波通过前置放大器和信号调理电路处理后存储于32G高速SD数据采集卡。

当管壁没有腐蚀缺陷时，磁感应线在管道内磁通平行于材料表面，被检材料表面几乎没有磁场；如果被磁化材料有缺陷，其磁导率很小、磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，其感应线会发生变化，部分磁通直接通过缺陷或从材料内部绕过缺陷，还有部分磁通会泄露到材料表面的空间中，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场。

利用磁感应传感器(如霍尔传感器)获取漏磁场信号，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，以压缩编码方式进行检测数据压缩后存储32G高速SD卡。

里程计数轮5用于实现检测装置位置、腐蚀缺陷的内定位，里程计数轮5紧贴管内壁，当检测装置行走时，里程计数轮5每转动一周，检测装置就记下一个里程数，以此来确定检测装置的腐蚀缺陷位置。若管壁存在油污，致使里程计数轮打滑，产生定位误差，通过本发明的装置定位器1，通过发射30Hz低频信号器与地面上每隔一段距离安放一个该信号发生器的定位接收器，实现对管道内腐蚀检测装置运行过程中的定时定位，将此信息与检测装置定位的里程计数轮5计数器的信息结合进行数据分析可以精确管道缺陷位置。

为了能够适应小于200mm的小直径管道内腐蚀检测，本发明在引入涡流检测技术的同时，通过对各组件小型化研究，实现了在原油输送管道内腐蚀检测。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，包括依次连接的探头电池组(11)、电磁发射与涡流检测装置(2)、电路控制和数据存储装置(3)、里程计数轮(5)和驱动皮碗(8)，里程计数轮(5)紧贴管内壁设置，电路控制和数据存储装置(3)上设置有速度控制器(7)，驱动皮碗(8)表面通过液体产生的压力差形成驱动力使检测装置在管道内向前推进，通过改变驱动面积和安装数量，实现稳定驱动力和控制检测装置运移速度，电路控制和数据存储装置(3)连接数据分析单元(10)，利用电路控制和数据存储装置(3)存储的检测电磁信号分析管道内腐蚀状况。

2.根据权利要求1所述的原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，探头电池组(11)的前端依次连接有定位电池组(4)和装置定位器(1)，装置定位器(1)与管道地面上部设置的装置位置接收器(9)无线连接用于辅助定位。

3.根据权利要求2所述的原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，装置定位器(1)和装置位置接收器(9)之间的信号频率为30Hz。

4.根据权利要求2所述的原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，定位电池组(4)和探头电池组(11)分别使用多个12V、1.8Ah电池串联组成，具有检测装置能耗1～2倍的能耗余量。

5.根据权利要求1所述的原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，电磁发射与涡流检测装置(2)包括激励线圈、检测线圈和接收传感器，激励线圈依次与近管道内表面、接收线圈、接收传感器形成闭合的电磁回路，在管道内表面产生电感应涡流，相同频率磁场在管道中传输。

6.根据权利要求5所述的原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，激励线圈、检测线圈和接收传感器密封于钢制容器中。

7.根据权利要求1所述的原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，电路控制和数据存储装置(3)包括信号发生器、功率放大电路、前置放大器、信号调理电路和数据采集卡，信号发生器产生的脉冲信号经功率放大器放大后输入至电磁发射与涡流检测装置(2)；电磁发射与涡流检测装置(2)产生检测低频电磁波，通过前置放大器、信号调理电路处理后存储于数据采集卡，数据采集卡与数据分析单元(10)连接，用于将产生的感应电流与激励电流之间的相位差和感应线圈中的感应电压幅值比对得管道内出缺陷特征。

8.根据权利要求1所述的原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，里程计数轮(5)由磁铁和霍尔元件传感器组成，包括3个，间隔设置在管壁上。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的原油输送管道内腐蚀检测装置，其特征在于，装置定位器(1)、定位电池组(4)、探头电池组(11)、电磁发射与涡流检测装置(2)、电路控制和数据存储装置(3)和里程计数轮(5)之间均通过柔性连接结构的万向节(6)连接。

10.一种根据权利要求9所述原油输送管道内腐蚀检测装置的检测方法，其特征在于，管道内腐蚀检测装置在管道运行过程中，里程计数轮紧贴管内壁，探头电池组产生脉冲信号经功率放大器放大后，输入到电磁发射与涡流检测装置，电磁发射与涡流检测装置产生检测低频电磁波，通过前置放大器和信号调理电路进行处理，当管壁有腐蚀缺陷时，在材料表面缺陷处形成漏磁场，磁感应传感器获取漏磁场信号，存储于数据采集卡，里程计数轮每转动一周就记一个里程数确定检测装置的腐蚀缺陷位置；

当里程计数轮打滑，产生定位误差，通过装置定位器发射30Hz低频信号器给地面上间隔设置的装置位置接收器，实现对管道内腐蚀检测装置运行过程中的定时定位，并与检测装置定位的里程信息结合进行数据分析确定管道缺陷位置。