WO2019091205A1

WO2019091205A1 - 管道变形检测清管器

Info

Publication number: WO2019091205A1
Application number: PCT/CN2018/105296
Authority: WO
Inventors: 熊毅; 于达; 赵坤鹏
Original assignee: 中国石油大学(北京)
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2019-05-16
Also published as: US11306860B2; ZA202003456B; CN107907095B; CN107907095A; US20200278069A1

Abstract

一种管道变形检测清管器，包括：检测主体（2）和发泡体（3）；检测主体（2）设置在发泡体（3）中，且检测主体（2）包括压力传感元件（21）；压力传感元件（21）包括压力传感器（211）和压力耦合单元（212）；压力耦合单元（212）的内侧面与压力传感器（211）的受力面接触，压力耦合单元（212）的外侧面用于与待检测管道（1）的内壁接触。管道变形检测清管器实现待检测管道（1）整个圆周方向的变形检测，压力耦合单元（212）能够随着管道（1）变形而承受压力发生变形，解决了现有检测清管器在管道（1）中容易被卡住的问题。

Description

管道变形检测清管器

技术领域

本发明涉及油气管道检测技术领域，尤其涉及一种管道变形检测清管器。

背景技术

管道是石油、天然气等输送过程中的重要设施，其广泛地铺设于世界上各种陆地及海洋环境之中。在管道长期运输过程中，受地震、施工、雨雪天气等因素的影响，容易造成管道不同程度的变形，例如：管道凹陷、弯曲、下沉及椭圆变形等，进而导致油气运输的阻力变大，增加输送耗能，同时也会降低管道强度，造成严重的安全隐患。因此，必须定期对油气管道进行变形检测。

现有技术中，管道变形检测一般采用接触式检测清管器。接触式检测清管器包括两个皮碗以及两个皮碗中间的检测机构。两个皮碗用于与管道内壁密封，前后产生压力差，使清管器向前移动。检测机构包括刚性支架以及设置在刚性支架上的感应件，感应件抵顶在管道的内壁，检测管道是否存在变形。

但是，在管道变形较大时，接触式检测清管器容易被卡住而不能正常前进，进而影响油气的正常运输，甚至引起安全事故。

发明内容

本发明提供一种管道变形检测清管器，以克服现有检测清管器在大变形管道中容易被卡住的问题。

本发明提供一种管道变形检测清管器，包括：检测主体和发泡体；所述检测主体设置在所述发泡体中，且所述检测主体包括：压力传感元件；所述压力传感元件包括：压力传感器和压力耦合单元；所述压力耦合单元的内侧面与所述压力传感器的受力面接触，所述压力耦合单元的外侧面用于与待检测管道的内壁接触。

本发明提供的管道变形检测清管器，通过将检测主体设置在发泡体中，压力耦合单元的内侧面与压力传感器的受力面接触，压力耦合体的外侧面用于与待检测管道的内壁接触，以检测管道每一个径向截面的压力值，从而实现管道整个圆周方向的变形检测，压力耦合单元能够随着管道变形而承受压力发生变形，解决了现有检测清管器在大变形管道中容易被卡住的问题。

附图说明

图1为本发明实施例管道变形检测清管器的结构示意图；

图2为图1中检测主体的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的左视图；

图5为图2中支撑组件的结构示意图；

图6为图2中压力传感器的结构示意图；

图7为图6的A向结构示意图；

图8为图1中压力耦合单元一实施例的示意图；

图9为图1中压力耦合单元另一实施例的示意图。

附图标记说明：

1：待检测管道； 2：检测主体；

3：发泡体； 4：变形区域；

20：仓体； 201：外壳体；

202：底盖； 2021：螺栓；

203：拉杆； 2031：安装部；

204：密封胶套； 205：密封接头；

206：导线； 207：卡接环；

21：压力传感元件； 211：压力传感器；

2111：安装骨架； 2111a：压头；

2111b：连接柱； 2111c：边框；

2112：应变片； 212：压力耦合单元；

2121：压力耦合体； 2122：弹性件；

213：托盘； 22：支撑组件；

221：十字夹头； 2211：固定部；

2212：抵挡部； 2213：外螺纹部；

2214：夹持部； 222：旋紧螺母；

2221：内螺纹部； 2222：圆锥部；

223：支撑架； 224：固定环。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明实施例管道变形检测清管器的结构示意图；图2为图1中检测主体的结构示意图；图3为图2的俯视图；图4为图2的左视图；图5为图2中支撑组件的结构示意图；图6为图2中压力传感器的结构示意图；图7为图6的A向结构示意图；图8为图1中压力耦合单元一实施例的示意图；图9为图1中压力耦合单元另一实施例的示意图。

参照图1至图9，本实施例提供的管道变形检测清管器包括：检测主体2和发泡体3；检测主体2设置在发泡体3中，且检测主体2包括：压力传感元件21；压力传感元件21包括：压力传感器211和压力耦合单元212；压力耦合单元212的内侧面与压力传感器211的受力面接触，压力耦合单元212的外侧面用于与待检测管道1的内壁接触。

具体地，发泡体3可以是聚苯乙烯发泡体、聚氨酯发泡体、聚氯乙烯发泡体等。本发明优选采用聚氨酯材料经发泡成型，通过控制发泡后的密度调节发泡体的软硬程度，本领域技术人员可以根据实际应用的油气管道进行设计。发泡体3成圆柱形，与油气管道1的内径过盈配合以保证密封性，确保发泡体3前后能够存在足够的压力差，使清管器向前移动进行检测。发泡体3设置有轴向容纳腔，用于容纳检测主体2。

检测主体2容纳在发泡体3中，且检测主体2包括：压力传感元件21。压力传感元件21包括：压力传感器211和压力耦合单元212；压力传感器 211可以称重传感器、压电式传感器等。压力传感器211可以通过支撑杆、支撑架等结构与检测主体2的壳体连接，压力传感器211还可以通过可调节长度的支撑杆与检测主体2的壳体连接，以适用于不同粗细的油气管道。

在一些实施例中，参照图8，压力耦合单元212包括压力耦合体2121以及设置在压力耦合体2121内的弹性件2122。压力耦合体2121设置在发泡体3上，且压力耦合体2121的内侧面与压力传感器211的受力面接触，压力耦合体2121的外侧面用于与待检测管道1的内壁接触。压力耦合体2121的外侧面可以直接与待检测管道1的内壁接触，压力耦合体2121的外侧面还可以通过发泡体3与待检测管道1的内壁接触。压力耦合体2121可以是通过粘接、卡接等方式与发泡体3连接；压力耦合体2121还可以与发泡体3通过发泡工艺一次成型。压力耦合体2121可以是圆锥形、圆形、方形、长条形或者不规则形状等。此外，压力耦合体2121可以是与发泡体3相同的材料，例如，压力耦合体2121和发泡体3都是聚氨酯材料；压力耦合体2121可以是与发泡体3不同的材料，例如，压力耦合体2121为聚氯乙烯材料，发泡体3为聚氨酯材料。弹性件2122可以是弹簧、橡胶等弹性件，且弹性件2122可以是圆柱形、锥形或者不规则形状等。弹性件2122可以通过发泡工艺容纳在压力耦合体2121内。弹性件2122可以更敏感的感知、传递管道变形压力。

在另外一些实施例中，参照图9，压力耦合单元212为气囊，气囊的外壁与待检测管道1的内壁接触，气囊的内壁与压力传感器211的受力面接触。其中，气囊结构简单，本身具有弹性，可以敏感的感知和传递管道变形压力。气囊内的气体可以是惰性气体，气囊内的气体也可以是空气、氮气等其他气体，本发明实施例对此不做限定。

压力传感器211可以是环形，也可以设置多个，呈环形排布；压力耦合单元212可以是环形，也可以设置多个，与多个压力传感器211一一对应环形排布。

在检测过程中，发泡体3与待检测管道1过盈配合，实现密封，使得发泡体3的前后产生压力差，从而使得管道变形检测清管器向前移动。当压力传感元件21经过变形区域4时，通过发泡体3感知到管道变形后，将变形作用在发泡体3上的变形压力传递给压力耦合单元212，压力耦合单元212再将压力传递给压力传感器211，压力传感器211检测到压力变化信号，传递给后续的数据处理单元等进行处理。其中，相比于单纯发泡体结构的压力传递，弹性件2122可以更敏感的感知到管道变形压力，并传递给压力传感器211进行检测。压力耦合单元212能够随着管道变形而承受压力发生变形，即使管道变形较大，本发明实施例提供的管道变形检测清管器不易被卡住，解决了现有检测清管器在大变形管道中容易被卡住的问题。

本发明实施例提供的管道变形检测清管器，通过将检测主体设置在发泡体中，使压力耦合单元的内侧面与压力传感器的受力面接触，压力耦合单元的外侧面与待检测管道的内壁接触，以检测管道每一个径向截面的压力值，从而实现管道整个圆周方向的变形检测，压力耦合单元能够随着管道变形而承受压力发生变形，解决了现有检测清管器在大变形管道中容易被卡住的问题。

为了检测到管道每一个径向截面的压力值，在一些实施例中，压力耦合单元212为多个，多个压力耦合单元212沿待检测管道1的径向截面均匀间隔设置，具体地，压力耦合体2121为多个，且弹性件2122为多个，一个压力耦合体2121内可以设置一个弹性件2122，一个压力耦合体2121内也可以设置多个弹性件2122。在这种情况下，压力传感器211可以是环形，压力传感器211也可以为多个，相对应的沿管道的径向截面均匀间隔设置。例如，多个压力耦合体2121与多个压力传感器211一一对应接触，以准确的确定待检测管道1的变形位置。

在另一些实施例中，为了更准确的检测环形管道上的变形位置，压力耦合单元212为环形。具体地，压力耦合体2121为环形，弹性件2122可以设置多个，沿管道的径向截面均匀间隔设置，或者，弹性件2122为环形。此时，压力传感器211可以是相对应的环形，压力传感器211也可以为多个，沿管道的径向截面均匀间隔设置。例如，环形压力耦合体2121设置在发泡体3上，压力传感器211也可以为多个，沿管道的径向截面均匀间隔设置。压力耦合体2121的环形内侧面与多个压力传感器211的受力面接触，压力耦合体2121的环形外侧面用于与待检测管道1的内壁接触。当待检测管道1存在变形区域4时，环形压力耦合单元212可以感知到环形管道各个径向的压力变化，压力传感器211受力面承受的压力也发生变化，从而检测到压力变化信号，输出待检测管道变形信号。

一些实施例中，压力耦合单元212单独成型，且压力耦合单元212与发泡体3固定连接。参照图8，压力耦合单元212单独成型，弹性件2122可以通过发泡工艺容纳在压力耦合体2121内。压力耦合体2121可以与发泡体3的材料相同，也可以与发泡体3的材料不同。压力耦合体2121可以设置成圆锥形，大圆面的侧面与发泡体3固定连接，小圆面的侧面与压力传感器211接触；压力耦合体2121还可以是圆柱形、方形、长条形或者不规则的形状。压力耦合体2121与发泡体3固定连接，可以是粘接、卡接等。压力耦合单元212与发泡体3连接的接触面为压力感知区域，当待检测管道1的变形区域位于压力耦合单元212的压力感知区域时，压力耦合单元212感知到压力并传递给压力传感器211，压力传感器211可以明显的感知到一个突然变化的压力，从而检测到压力变化信号，输出待检测管道变形信号，使得变形检测更敏感。

在另一些实施例中，压力耦合单元212与发泡体3一体成型。具体地，压力耦合单元212与发泡体3通过发泡工艺一体成型。此时，压力耦合体2121与发泡体3一体成型，相当于，压力耦合单元212的压力感知区域是整个发泡体3与待检测管道1的接触面，可以完整的检测所有的管道变形，包括小区域的变形、大区域的变形。当待检测管道1出现一个变形区域时，随着发泡体3与变形区域的接触，压力传感器211逐渐感知到压力变化，输出连续的压力信号，在确定管道变形位置的同时，能够评价管道变形区域的大小以及管道区域变形的变化情况，有利于技术人员对管道变形进行评估及修整。

继续参照附图1至附图4，检测主体2还包括：仓体20和支撑组件22；支撑组件22的一端与仓体20固定连接，支撑组件22的另一端用于固定压力传感器211。

仓体20可以是柱形、锥形等。仓体20可以位于发泡体3的轴向正中心，与发泡体3同轴；或者，仓体20也可以位于发泡体3的轴向偏心位置。

在一些实施例中，支撑组件22可以是支撑杆，支撑杆的一端与仓体20固定连接，支撑杆的另一端用于固定压力传感器。具体地，支撑杆的一端可以直接与仓体20螺纹连接、卡接等；或者，仓体20上设置有固定结构，用于固定连接支撑杆的一端。支撑杆的另一端可以直接与压力传感器211固定连接，或者，支撑杆的另一端设置有安装支架，用于固定安装压力传感器211。

在另一些实施例中，支撑组件22可以是带锁定功能的可伸缩的支撑杆，可以调节支撑杆锁定在不同的长度，以适用于内径大小不同的油气管道。

检测主体2还可以包括数据采集单元、电源，数据采集单元与压力传感元件21通信连接，用于接收压力传感元件21检测到的压力信号，并将压力信号进行处理存储在数据存储单元中，在检测完一段管道后进行集中处理；或者，将压力信号进行处理发送给处理终端，由技术人员进行实时监测处理。电源为数据采集单元、压力传感元件21供电，可以是任何形式的电池。数据采集单元和电源可以设置在仓体20开设的容纳腔中，也可以设置单独的放置区域。

参照图6和图7，压力传感器211包括安装骨架2111和应变片2112；安装骨架2111包括压头2111a以及与压头2111a固定连接的边框2111c；边框2111c与支撑组件22固定连接；压头2111a的一侧与应变片2112连接，压头2111a的另一侧与支撑组件22固定。

具体地，压力传感器211包括安装骨架2111和应变片2112，安装骨架2111包括压头2111a和边框2111c，边框2111c可以是三角形边框、四边形边框等多边形边框，也可以是不规则形状边框。本实施例优选边框2111c为四边形边框，为了避免尖锐的边角损坏发泡体，边框2111c的弯角处呈弧形。压头2111a的一端与四边形边框的一条边固定连接，另一端朝向与该边相对的边延伸，呈悬空状态。优选地，压头2111a与边框2111c为一体成型的一体件。支撑组件22可以与四边形边框的一条边固定连接，或者，支撑组件22也可以与四边形边框的多条边连接。应变片2112可以是电阻式应变片、电感式应变片、电容式应变片等，本实施例优选电阻式应变片。

压头2111a的一侧与应变片2112连接，压头2111a的另一侧用于与压力耦合单元212的内侧面接触，压头2111a的另一侧可以直接与压力耦合单元212的内侧面接触。本实施例的压力传感元件还包括托盘213，托盘213的一侧面固定在压头2111a的另一侧，托盘213的另一侧面与压力耦合单元212的内侧面接触，托盘213承受压力耦合单元212所传递的变形压力，进而促使压头2111a产生挠度，通过应变片2112将压力信号转化为电信号。托盘213可以是圆形盘、椭圆形盘、多边形盘体或者不规则形状的盘体等。为了增强压力传递的敏感性，托盘213和应变片2112设置在压头2111a靠近悬空的一端。

进一步地，参照图5，支撑组件22包括十字夹头221、旋紧螺母222以及支撑架223；十字夹头221的一端与仓体20固定连接，十字夹头221的另一端与支撑架223的一端连接；旋紧螺母222将支撑架223锁紧在预设高度和角度；支撑架223的另一端与边框2111c固定连接。

具体地，支撑组件22包括十字夹头221、旋紧螺母222以及支撑架223。其中，十字夹头221包括：固定部2211、抵挡部2212、外螺纹部2213以及夹持部2214。固定部2211用于与仓体20固定连接，固定部2211可以与仓体20螺纹连接，也可以与仓体20卡接，例如，参照图2，仓体20的外表面设置有固定环224，固定环224上设置有卡接机构，与十字夹头221的固定部2211卡接。外螺纹部2213用于与旋紧螺母222连接。在固定部2211和外螺纹部2213设置有抵挡部2212，抵挡部2212用于抵挡固定部2211的卡接，同时抵挡外螺纹部2213与旋紧螺母222的连接。夹持部2214用于夹持支撑架223，夹持部2214可以是多个夹爪，例如，三个夹爪、四个夹爪等。旋紧螺母222包括内螺纹部2221和圆锥部2222，内螺纹部2221与十字夹头221的外螺纹部2213螺纹连接，圆锥部2222用于收拢锁紧夹持部2214，以使夹持部2214夹紧支撑架223。支撑架223的一端通过旋紧螺母222锁紧在十字夹头221，支撑架223的另一端与边框2111c固定连接。此外，为了调整支持架223的高度和角度，十字夹头221的固定部2211、抵挡部2212和外螺纹部2213开设有通孔。支撑架223的一端穿过旋紧螺母222的贯穿孔，依次经过十字夹头221的夹持部2214以及通孔，通过调节支撑架223的一端穿入通孔的长度调节支撑架223的高度，通过调节支撑架223被夹持部2214夹持的角度调节支撑架223的角度，旋紧螺母222通过内螺纹部2221与十字夹头221的外螺纹部2213 螺接、以及圆锥部2222与夹持部2214的配合，将支撑架223固定在预设的高度和角度，以应用于内壁直径大小不同的油气管道变形检测，提高通用性。

在上述实施例的基础上，为了减少管道变形检测清管器前进的阻力，发泡体3的一端形成为锥形，且压力传感元件21设置在远离锥形的一端。具体地，参照图1，发泡体3的一端形成为锥形，以减少管道变形检测清管器前进的阻力，本发明对锥形的锥度不作具体限定。发泡体3的另一端为圆柱形，且与油气管道1的内径过盈配合以保证密封性，确保发泡体3前后能够存在足够的压力差，使清管器向前移动进行检测。压力传感元件21设置在远离锥形的一端，以检测待检测管道1每一个径向截面的压力值。

当然，为了简单、快速的设置压力传感元件21的初始压力值，本实施例优选仓体20与发泡体3共轴。

更进一步地，本实施例仓体20包括：外壳体201以及与外壳体201密封连接的底盖202；外壳体201的容纳腔内设置有与压力传感元件21通信连接的数据采集元件。

具体地，外壳体201为圆柱筒形，开口端通过底盖202密封，外壳体201与底盖202间可以采用端面密封的形式，通过法兰螺栓2021的连接方式形成一个封闭的腔室。外壳体201与底盖202还可以是采用螺纹连接的形式连接，形成封闭的腔室，本发明对外壳体与底盖的密封形式不做具体限定。底盖202可以与发泡体3的另一端的端面平齐，即底盖202位于发泡体3的外侧，方便底盖的拆卸。

外壳体201的封闭容纳腔内还设置有数据采集元件，通过导线206与压力传感元件21通信连接。外壳体201远离底盖202的一端的底壁开设有导线孔，用于使导线穿过以与压力传感元件21连接。为了保证密封。外壳体201的底壁设置有密封接头205，密封接头205的一端与底壁连接，另一端连接有密封胶套204，在密封的同时，对导线206起引导作用。进一步地，仓体20的外侧壁设置有卡接环207，用于卡接固定导线。卡接环207可以设置一个，例如设置在仓体20的轴向中心，卡接环207还可以设置多个，沿仓体20的轴向间隔设置，例如，两个卡接环207分别设置仓体20的两端。

封闭容纳腔内还可以设置数据存储单元，与数据采集元件通信连接，用于存储采集到的数据；或者，封闭容纳腔内可以有数据传输单元，用于将采集到的数据实时传输给地面的处理终端。当然，封闭容纳腔内设置有电源，为数据采集元件及压力传感元件等供电。

此外，仓体20还可以包括拉杆203，拉杆203的一端与仓体20的底壁固定连接，可以是螺纹连接、卡接等，另一端设置有安装部2031，用于与搬运器、吊装器等连接，方便清管器的搬运、吊装以及牵引试验等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

一种管道变形检测清管器，其特征在于，包括：检测主体和发泡体；所述检测主体设置在所述发泡体中，且所述检测主体包括：压力传感元件；所述压力传感元件包括：压力传感器和压力耦合单元；所述压力耦合单元的内侧面与所述压力传感器的受力面接触，所述压力耦合单元的外侧面用于与待检测管道的内壁接触。
根据权利要求1所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述压力耦合单元为气囊。
根据权利要求1所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述压力耦合单元包括压力耦合体以及设置在所述压力耦合体内的弹性件；所述压力耦合体设置在所述发泡体上，且所述压力耦合体的内侧面与所述压力传感器的受力面接触，所述压力耦合体的外侧面用于与待检测管道的内壁接触。
根据权利要求3所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述压力耦合单元单独成型，且所述压力耦合体与所述发泡体固定连接；

或者，所述压力耦合单元与所述发泡体一体成型。
根据权利要求1所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述检测主体还包括：仓体和支撑组件；所述支撑组件的一端与所述仓体固定连接，所述支撑组件的另一端用于固定所述压力传感器。
根据权利要求5所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述压力传感器包括安装骨架和应变片；所述安装骨架包括压头以及与所述压头固定连接的边框；所述边框与所述支撑组件固定连接；所述压头的一侧与所述应变片连接，所述压头的另一侧用于与所述压力耦合单元的内侧面接触。
根据权利要求6所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述支撑组件包括十字夹头、旋紧螺母以及支撑架；

所述十字夹头的一端与所述仓体固定连接，所述十字夹头的另一端与所述支撑架的一端连接；所述旋紧螺母将所述支撑架锁紧在预设高度和角度；所述支撑架的另一端与所述边框固定连接。
根据权利要求1-7任一项所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述发泡体的一端形成为锥形，且所述压力传感元件设置在远离所述锥形的一端。
根据权利要求5-7任一项所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述仓体与所述发泡体共轴。
根据权利要求5-7任一项所述的管道变形检测清管器，其特征在于，所述仓体包括：外壳体以及与所述外壳体密封连接的底盖；所述外壳体的容纳腔内设置有与所述压力传感元件通信连接的数据采集元件。