摘要：可以说，管道内检测设备研制项目技术含量高、需要多专业协同完成、项目沟通信息量大、投资大、工期较长。由于设备研制过程中影响工期的因素较多，项目整体进度控制较困难，管道内检测设备研制工期成为项目整体效益中最敏感的因素。本文主要探讨的就是关于管道内检测设备速度控制系统的相关研究与进展，仅供大家参考。
关键词：管道内检测设备；速度控制；系统；研究进展
引言：长输管道具有输送量大、不易受气候影响、连续输送能力强、运营成本低等优点，广泛用于油气等流体介质的输送。长输管道运营一段时间后，管内会出现结蜡、粉尘堆积、管壁腐蚀等现象，不但影响管道输送效率，甚至发生泄漏、爆炸等安全事故，因此需要定期对长输管道进行清管和内检测作业。
1.管内检测系统概述
清管和内检测作业需要利用清管器、管道内检测器等设备完成，借助介质压差驱动实现内检测设备的自运行。一般认为管道清管器、内检测器的运行速度与介质流速相同。为保证清管效果，要求清管器在输气管道内的运行速度范围为2-7 m/s，在输油管道内的运行速度范围为1-5 m/s，对内检测器要求其在油气管道内的运行速度不超过5 m/s。但近年来新修建的大口径长输管道，其介质流速远超过上述运行速度区间，致使现役管道内检测设备无法满足现场使用要求。因此必须降低内检测设备在管道内的运行速度。
管道内输送介质，尤其是天然气具有明显的压缩性，内检测设备在管道内运行时的速度不是稳定值，一般在流体速度上下波动。目前常采用降低管道输送量和压力，或者搭载速度控制系统的方式进行内检测设备速度调控，由于降低管道输送量和压力的方法会造成巨大的经济损失，因此常使用搭载速度控制系统的方法进行速度调控。
2.搭载速度控制系统的内检测设备调速方法
表1总结了目前使用的速度控制系统的调速方法•调速机构、工作原理及其优缺点。
从表1可看出，增加摩擦力减速的方法功耗低、成本较低，但其没有主动控制单元，调速机构运作的可控性差、效率低，而且此方法需要调速机构与管壁接触后才能起到增加摩擦力减速的目的，有可能损伤管道内涂层及管内壁。相比而言，开设泄流通道的方法由于设置了主动控制单元，其可控性、效率均优于前者，但由于增加了电机、减速器等装置，造成成本较高，传动链尺寸较长等问题。同时泄流阀利用程序控制进行开闭，一旦由于机械、电气原因导致泄流阀无法关闭，有可能造成设备泄流量过大而停止运行，因此，搭载速度控制系统的内检测设备，还需要研制配套的闭锁装置解决速度控制系统失效带来的问题。
目前国内外均有基于泄流阀结构的速度控制内检测设备在工业现场应用的报道，但公开资料中仅对速度控制系统的基本原理、基本构成进行了简单介绍，对泄流阀结构、泄流阀开口程度等因素对内检测。
3.泄流阀结构
3.1旁通转阀
泄流阀主要由固定罩、旋转罩两部分组成，利用电机经减速箱进行开、关动作驱动，固定罩、旋转罩开设数量相同、尺寸相同的泄流孔。旁通转阀有两种结构：端面型和圆柱型，端面型结构圆柱面尺寸较小，仅在端面法兰上开设泄流孔；圆柱型结构圆柱面尺寸较大，既在端面法兰上开设了泄流孔，又在圆柱面上开设了泄流孔。相同直径条件下，圆柱型结构具有更大的泄流面积，但由于圆柱型结构尺寸较大，在安装空间受限的情况下使用受限。
3.2直动阀
泄流阀主要由固定体、直动体两部分组成，固定体与直动体间的运行类似于活塞杆做往复直线运动。直动阀分为两种结构形式：气控型和弹簧型。气控型利用电磁阀切换通道改变直动体前后压差，实现直动体的开闭；弹簧型利用弹簧平衡设备前后端压差实现阀门开关动作。与旁通转阀结构相比，直动阀结构紧凑、简单，不需要电机、变速箱等传动件，功耗低，成本低，传动链尺寸短，便于安装在内检测设备骨架中心通道内。但该结构无法实现多级调速，调速区间有限。带制动阀的管道清管器见图2。
3.3闭锁装胃
据现场检测人员反应，国外管道检测公司如PII，Rosen等已在检测器上搭载速度控制系统及闭锁装置，据了解其闭锁装置、速度控制系统可能共用一套电源和电子控制系统。出于技术保密，公开资料未能检索出所用闭锁装置的结构及具体工作原理。
国内中油管道检测技术有限责任公司设计了一种管道内检测设备用闭锁装置，该装置主要由骨架、支撑杆、闭锁法兰、弹簧、卡扣、电机及控制电路、固定法兰等组成。该闭锁装置安装于内检测设备泄流通道处，其基本工作原理如下：一旦速度控制系统失效，控制电路会得到一个失效信号，指示电机旋转将卡扣脱离闭锁法兰，闭锁法兰在弹簧作用下管壁泄流通道，使内检测设备前后端再次建立起压差，驱动设备继续运行。该套闭锁装置所用控制电路及电源与速度控制系统完全独立，保障速度控制系统失效后闭锁装置不受影响。该闭锁装置一旦启动将无法再次打开，内检测设备将以介质流速运行，可能会使后期检测数据不准确。
3.4管道内检测设备速度控制检测器研发
通过对比分析泄流阀结构的优缺点，采用圆柱型泄流转阀结构研发了一套速度控制系统，根据前期已获取的专利，研发出一套独立电源供电的闭锁装置，该装置搭载于40英寸（CI英寸=25.4 mm）检测器上，并成功进行了工业现场试验。
4.结论
搭载速度控制系统可有效调节内检测设备的运行速度，并总结了速度控制内检测设备运行时的受力的情况，目前常用的泄流阀结构，速度控制系统失效后保证设备能继续运行的闭锁装置的结构及工作原理，虽然速度控制系统结构设计、理论推导取得了一定的成果，但该系统还存在以下问题：
（1）泄流阀泄流面积与调速能力之间的关系缺乏有效的理论模型，仍需进一步开展理论研究及试验研究；
（2）泄流阀结构、开口程度影响损失系数K，目前尚缺乏相关理论用于评估泄流阀结构与损失系数之间的关系；
（3）闭锁装置启动后内检测设备将失去调速能力，需进一步研究闭锁装置的结构和控制理论，使其能实现多次开、闭。
参考文献：
[1]张玉峰，姜生元，李建永，等.介质流压差驱动式管道机器人的驱动、调速原理分析及结构设计[f].吉林化工学院学报，2009.26：85-88.
[2]李锻能，袁江南，杨宜民.利用流体能量的管道机器人速度计算与控制[J].机械工程学报，2007.43（8）：17-21.
论文作者:梅文华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/10
标签：管道论文; 速度论文; 检测设备论文; 控制系统论文; 结构论文; 装置论文; 介质论文; 《基层建设》2017年第23期论文;