CN110045024A - 一种输油管道缺陷超声探测装置 - Google Patents

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Abstract

一种输油管道缺陷超声探测装置，包括：清管节、缺陷检测节、电源节。清管节与缺陷检测节之间、缺陷检测节与电源节之间均采用万向节连接。清管节主要由两对花瓣式皮碗交错层叠，并辅以间隔皮碗支撑，皮碗受到压差的驱动，使得探测装置向油品传输方向推进。缺陷检测节包括三列沿圆周方向均布的多个超声传感器、探头信号处理系统和惯导系统。电源节包括数据存储系统和电池，数据存储系统对超声信号、惯导信号和里程信号进行存储，电池则对探头、惯导和里程轮提供电源。本发明的输油管道缺陷超声探测装置采用阵列探头，利用超声反射单脉冲距离检测法分析一次回波来检测缺陷，不仅能够实现管道内壁缺陷的全面检测，而且有效降低了缺陷数据处理量。

Description

一种输油管道缺陷超声探测装置
技术领域
本发明涉及管道超声波内检测领域，尤其涉及一种用于输油管道缺陷超声探测装置。
背景技术
管道是油气运输的重要运输工具，是保障能源输送的血脉。近年来，管道的完整性和安全性一直受到广泛的重视。我国油气管道大多数建于上世纪70和80年代，由于服役时间长，大部分管道存在安全隐患，且新铺设的管道也需进行安全性和完整性检测验收。因此，对于管道缺陷检测技术带来了挑战。
目前常见的管道缺陷检测技术主要有：超声波检测技术、漏磁检测技术、涡流检测技术和复合检测技术等，其中漏磁检测的应用最为广泛和成熟，但漏磁检测只适用于铁磁性材料的检测，且检测信号特征与缺陷的形状特征不符合一一对应的关系，在缺陷量化问题上尚有待进一步研究；涡流检测结果也易受到温度、传感器运动速度等各种因素的干扰；超声波检测相比与其他检测方法，具有检测精度高、成本低、对人体及环境无害等优点。
超声波缺陷探测装置的数据处理能力是整个缺陷探测器的关键性能指标，在通过脉冲反射法检测过程中，如果出现多个内壁反射回波，将导致无法准确确定壁厚和缺陷边界，而且壁厚检测数据量大，处理困难。因此，如何在保证超声检测精度的同时，降低数据处理量以提高缺陷检测效率是需要进一步改进的问题。
发明内容
本发明旨在一定程度上提高超声波缺陷探测灵敏度、降低数据处理量，提高检测效率。
基于此，本发明的目的在于提出一种输油管道缺陷超声探测装置，采用超声反射单脉冲距离检测法，通过分析一次回波来判定缺陷，有效降低缺陷数据量；并采用探头阵列方式，合理布置传感器数目，在保证探测效果的前提下，实现输油管道内壁腐蚀缺陷的检测。同时，探测装置也融合了清管器、惯导系统和里程轮系统，能够一次完成管道清管、缺陷检测和定位功能，提高管道检测效率。
本发明所采用的技术方案是：
一种输油管道缺陷超声探测装置，包括：清管节、缺陷检测节、电源节。清管节与缺陷检测节之间、缺陷检测节与电源节之间均采用万向节连接。所述的清管节主要由两对花瓣式皮碗交错层叠，并辅以间隔皮碗支撑，皮碗受到压差的驱动，使得所述输油管道缺陷超声探测装置向油品传输方向推进。同时，花瓣式皮碗的变形量可达35％，具有良好的变径能力，能有效降低卡堵风险。
所述的缺陷检测节包括三列沿圆周方向均匀分布的多个超声传感器、探头信号处理系统以及惯导系统。探头阵列采用三列60路超声传感器，对管道进行全覆盖探测。探头信号处理采用STM32单片机控制脉冲生成器，产生高压脉冲，并由高压开关控制探头阵列传感器工作。电源节包括数据存储系统和电池，数据存储系统采用FPGA对超声信号、惯导信号和里程信号进行存储，电池则对探头、惯导和里程轮提供电源。
所述的惯导系统主要包括陀螺仪和高分辨率加速度计，其直接固连在缺陷检测节中，分别用于测量装置的角运动和线运动，信号将储存在数据存储系统中。
所述的里程轮通过连杆和支座安装在电池节末端，结合超声波测距和惯导系统数据确定缺陷在管道上的位置。
本发明的优点：
(1)采用阵列探头和超声反射单脉冲距离检测法，通过分析一次回波来判定缺陷，有效降低了缺陷数据量，并实现对内壁缺陷的全面探测。
(2)根据超声波测距数据确定缺陷深度，并结合里程轮数据和惯导数据确定缺陷的位置，提高了缺陷定位的精度。
(3)清管器部分结构形式简单，采用花瓣式皮碗使其具有良好的变径能力，降低卡堵的风险。同时采用万向节连接检测装置，也能灵活通过变径管道及复杂结构管道。
(4)本发明输油管道缺陷超声探测装置融合了清管器、惯导系统和里程轮系统，能够一次完成管道清管、缺陷检测、定位功能，提高了管道检测效率。
附图说明
图1是一种输油管道缺陷超声探测装置的结构示意图。
图2是探头信号处理电路框图。
图3是数据采集与存储流程框图。
图中：1.皮碗；2.万向节；3.阵列超声探头；4.探头信号处理系统；5.惯导系统；6.数据存储系统；7.电源；8.支座；9.连杆；10.里程轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种输油管道缺陷超声探测装置，包括：清管节、缺陷检测节、电源节。清管节与缺陷检测节之间、缺陷检测节与电源节之间均采用万向节(2)连接。清管节主要由两对花瓣式皮碗(1)交错层叠，并辅以间隔皮碗支撑，皮碗受到压差的驱动，使得所述输油管道缺陷超声探测装置向油品传输方向推进。缺陷检测节(2)包括三列沿圆周方向均布的多个超声传感器(3)、探头信号处理系统(4)以及惯导系统(5)，在清管的同时对管道进行全程监测。电源节包括数据存储系统(6)和电池(7)，数据存储系统(6)对超声信号、惯导信号和里程信号进行存储，电池(7)则对探头、惯导和里程轮(10)提供电源。
里程轮(10)通过连杆(9)和支座(8)固连在电池节末端，里程信号存储在数据存储系统(6)中，用以确定缺陷位置。
清管节采用两片花瓣式皮碗交错层叠，该皮碗变形量可高达35％，能灵活通过变径管道，在压差的驱动下带着整个装置向前推进。
清管节中的皮碗在正常工作状态下外径相对于管道内径有一定的过盈量，一般为2％～5％。探头阵列采用3列60路传感器，列与列之间的夹角为4°，同列相邻探头之间的夹角为12°。进一步地，探头超声波的中心频率设计为5MHz，由STM32单片机控制脉冲生成器，产生高压脉冲。
考虑到探头发散角影响，探头晶片直径设计为8mm。
超声反射单脉冲距离检测是由发射波与一次回波之间的时间差乘以超声波在介质中的声速，即可计算出探头距检测壁的距离。
超声测距的公式为：L＝C×T。
其中：L为测量的距离；C为超声波在介质中的传播速度；T为发射到接收时间数值的一半。管道缺陷深度公式为：t＝L-h。
其中：t为管道内壁缺陷深度；h为探头提离值。
如图2、图3所示，探头信号处理采用STM32单片机控制脉冲生成器，产生高压脉冲，并由高压开关控制探头阵列传感器工作。由探头探测到的回波信号首先送入探头信号处理系统中，经由放大处理电路，将回波信号放大，被放大的信号送入数据存储系统中采用FPGA转换成数字信号并存储到SD卡中。
如图3所示，惯导系统中的陀螺仪和高分辨率加速度计分别测量角运动和线运动信息，信号放大后通过总线驱动器传输到FPGA，然后将FPGA采集到的所有信号全部传输到SD卡中存储。当管道检测完毕时，取出SD卡中的数据在计算机上进一步分析处理，得到管道缺陷相关信息。

Claims (3)

1.一种输油管道缺陷超声探测装置，其特征在于，包括：清管节、缺陷检测节、电源节；清管节与缺陷检测节之间、缺陷检测节与电源节之间均采用万向节(2)连接；清管节主要由两对花瓣式皮碗(1)交错层叠，并辅以间隔皮碗支撑，皮碗受到压差的驱动，使得所述输油管道缺陷超声探测装置向油品传输方向推进；缺陷检测节包括三列沿圆周方向均布的多个超声传感器(3)、探头信号处理系统(4)以及惯导系统(5)，在清管的同时对管道进行全程监测；电源节包括数据存储系统(6)和电池(7)，数据存储系统对超声信号、惯导信号和里程信号进行存储，电池则对探头、惯导和里程轮提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种输油管道缺陷超声探测装置，其特征在于：惯导系统(5)包括陀螺仪和高分辨率加速度计，其直接固连在缺陷检测节中，分别用于测量装置的角运动信息和线运动信息。
3.根据权利要求1所述的一种输油管道缺陷超声探测装置，其特征在于：里程轮(10)通过连杆(9)和支座(8)安装在电池节末端，结合超声波测距和惯导系统数据确定缺陷在管道上的位置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110672726A (zh) * 2019-11-14 2020-01-10 哈尔滨理工大学 一种轴承滚动体缺陷检测设备
CN112628524A (zh) * 2020-12-31 2021-04-09 重庆安全技术职业学院 一种基于拐弯角的小径管道机器人高精度定位方法
CN112901896A (zh) * 2020-07-27 2021-06-04 达州帝泰克检测设备有限公司 速度均衡的管道内检测设备
CN113007491A (zh) * 2021-03-11 2021-06-22 中国石油大学(北京) 一种管道测径清管装置
CN113531404A (zh) * 2021-09-17 2021-10-22 东营金昱技术开发有限公司 一种石油开采用新型石油管防腐质量检查设备
CN113803566A (zh) * 2021-09-18 2021-12-17 中国石油大学(北京) 管道结构故障诊断装置及诊断方法
US11519807B2 (en) * 2019-12-13 2022-12-06 Halliburton Energy Services, Inc. Method and system to determine variations in a fluidic channel

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102330887A (zh) * 2010-12-08 2012-01-25 中国石油大学(北京) 一种管道声波检漏定位装置及清管器
CN107270960A (zh) * 2016-04-08 2017-10-20 中国石油天然气股份有限公司 清管器数据采集设备
CN209946076U (zh) * 2019-05-30 2020-01-14 西南石油大学 一种输油管道缺陷超声探测装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102330887A (zh) * 2010-12-08 2012-01-25 中国石油大学(北京) 一种管道声波检漏定位装置及清管器
CN107270960A (zh) * 2016-04-08 2017-10-20 中国石油天然气股份有限公司 清管器数据采集设备
CN209946076U (zh) * 2019-05-30 2020-01-14 西南石油大学 一种输油管道缺陷超声探测装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
戴波;张慧平;盛沙;董晋希;谢祖嵘;汤东梁;: "多通道超声系统在管道内检测中的应用", 控制工程, no. 04 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110672726A (zh) * 2019-11-14 2020-01-10 哈尔滨理工大学 一种轴承滚动体缺陷检测设备
US11519807B2 (en) * 2019-12-13 2022-12-06 Halliburton Energy Services, Inc. Method and system to determine variations in a fluidic channel
CN112901896A (zh) * 2020-07-27 2021-06-04 达州帝泰克检测设备有限公司 速度均衡的管道内检测设备
CN112628524A (zh) * 2020-12-31 2021-04-09 重庆安全技术职业学院 一种基于拐弯角的小径管道机器人高精度定位方法
CN113007491A (zh) * 2021-03-11 2021-06-22 中国石油大学(北京) 一种管道测径清管装置
CN113531404A (zh) * 2021-09-17 2021-10-22 东营金昱技术开发有限公司 一种石油开采用新型石油管防腐质量检查设备
CN113803566A (zh) * 2021-09-18 2021-12-17 中国石油大学(北京) 管道结构故障诊断装置及诊断方法
CN113803566B (zh) * 2021-09-18 2022-05-20 中国石油大学(北京) 管道结构故障诊断装置及诊断方法
US20230104546A1 (en) 2021-09-18 2023-04-06 China University Of Petroleum-Beijing Pipeline structural fault diagnosis apparatus and diagnosis method
US11747306B2 (en) 2021-09-18 2023-09-05 China University Of Petroleum - Beijing Pipeline structural fault diagnosis apparatus and diagnosis method

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