摘要：原油工艺管道因其输送的原油介质、大直径、带有保温层、以及结构复杂等原因，无法采用射线、普通超声波等传统方法进行内腐蚀的快速排查。在对内检测技术分析的基础上，研制了超声管道内检测器功能样机，对内检测器的关键技术，如机械结构、超声检测仪、定位技术等进行了分析，提出了设计方案，经试验管道检测证明，腐蚀缺陷检测精度较高，内外定位较准确，应用前景很好。
关键词：原油管道；腐蚀；检测技术
由于原油工艺管道直径大、三通弯头多、埋地或架空形式复杂，以及部分区段带有保温层，再加上石油介质对射线衰减较大，因而无法采用传统的射线检测法或管道内检测法对其进行内腐蚀的检测，目前普遍采用的检测方法为测厚法和外观检查法，但这两种方法都难以有效检出内腐蚀的准确部位和腐蚀程度。
一、管道腐蚀内检测技术
管道内检测技术有漏磁法、超声法、涡流法、电磁声法等。漏磁法是利用永久磁铁磁化管道内壁，管道腐蚀处将有磁场泄漏，传感器检测泄漏磁信号，并对信号进行处理得到管道腐蚀情况。漏磁法适合于壁厚12 mm 以下的油气管道，具有检测能耗小、数据处理复杂、主要进行定性检测等特点，检测精度与管道壁厚有关，厚度越大精度越低，一般认为精度为±0.2 t左右，t 为管壁厚度。超声法是利用超声探伤原理，由多探头组成探头阵列，通过输送介质耦合从管道内向管道壁发射超声波，根据回波的时间、大小，检测出探头与管道内壁的距离、管道剩余壁厚、管道腐蚀缺陷情况等。超声法对被检测管道壁厚没有限制，但需要耦合介质，所以限制了在天然气管道中的应用，现在已有利用橡胶滚轮耦合的超声波气管内检测器。超声法的检测能耗比漏磁法大，数据处理较明确、清晰，检测精度可达0.5 mm，是定量检测。综合分析漏磁法和超声法各有优缺点，对于陆地石油管道超声波检测技术将有广阔的应用前景。
二、管道腐蚀超声波内检测器
1、机械机构。检测器机体是检测仪器的载体，它必须满足管道工艺和检测两方面的技术要求。
（1）管道工艺要求。通过性检测器在管道内部包括转弯、上坡、法兰连接等管段顺利通过是实现内检测的基本要求。通道功能样机设计采用万向节连接的多节圆筒机舱结构，检测器由探头阵列、超声检测仪单元、计算机单元、电源单元舱体组成，具有3D 的转弯能力。
（2）检测要求。机体要提供空间、支点以安装检测仪和传感器，其中关键是探头阵列设计、里程轮安装设计和运动速度控制机构。超声检测是利用回波信号进行检测，要得到信噪比高的回波信号，对超声探头的指向性就要求很高，但是，腐蚀使管道内壁粗糙，出现很多随机的突变界面，声反射情况复杂，管道周向和轴向的缺陷检测对超声波的方向性要求也是相互矛盾的，而且运动中的检测也要求探头和管道内壁之间的距离稳定，同时要实现对管道内壁全覆盖扫描就需要大量的超声探头,全覆盖直径426 mm 的管道需要10 mm 的探头至少128个，所以，在扫描检测中探头阵列的设计就成为技术难点，设计采用带皮碗的刚性探头环，20个宽频液浸超声探头(19个测量，1个温补)组成探头阵列，探头由耐腐蚀的材料制成，能够耐高压。里程轮是测量检测器运动距离的传感器，要求紧密地压在管道内壁以防止打滑。运动速度控制采用调泄流调驱动压差方式。探头的腐蚀检测探头阵列设计如图所示。
2、超声检测仪器
（1）检测仪器整体结构。仪器的整体结构有:主从结构和分布式网络结构。主从结构采用主处理器加检测单元两层结构，通信方式采用PCI 总线、USB 接口或并行接口，该方式结构简单、检测控制和数据存储集中，但多通道扩展有局限性。分布式网络结构采用工业以太网、1394 接口或其他总线通信方式组成检测网络,并行检测，分散信号处理，分散数据存储，可提高多通道扩展性、实时性、数据存储量和可靠性，但通信信号的同步控制、检测数据融合、通道标定等技术有待进一步开发。超声探头在同步电路的触发下向被测管壁发射超声波，接收的超声回波信号经信号处理单元传输给单片机1，同时，里程轮和编码器测得的定位信号以及外标志定位仪给出的校正信号也传输给单片机2，两个单片机分别通过各自的接口把采集的数据传给嵌入式计算机系统，并采用统一的编码格式进行压缩存储，完成在线检测任务。取出检测数据后，利用离线的检测数据分析成像系统对存储的数据进行处理，完成管道内检测数据处理、扫描成像、检测报告等功能。
（2）超声检测单元。超声检测单元实现超声波发射、接受、信号调理等功能，主要采用多通道分组巡检方式，使各通道避免相互干扰，提高回波信号的信噪比。模拟式检测速度快，滤波、信号处理由硬件电路实现，但抗噪能力、信号处理能力不强、误检率较高。数字式检测抗噪能力、信号处理能力强，A 扫描数据可存储，但检测速度有局限性。FPGA、DSP、并行处理等技术的发展为混合式超声波检测单元的实现提供了有力的技术支持。
（3）数据采集、信号处理及存储内检测器数据采集包括两部分:一部分是管道壁厚、直径的数据采集，信号处理单元主要包括同步电路、超声波的发射/接收电路、模拟信号处理电路、多通道高速选通电路、前置放大滤波电路、计数电路等部分;另一部分是内检测器行程的定位数据采集，它采集里程轮数据、转角数据和外定位数据。对于外标志定位仪，当内检测器经过它时会收到超低频信号，触发里程轮数据清零重新计数。这两部分数据都由下位机(单片机)通过USB 口和并口传到上位机(嵌入式计算机)，要求两部分采集的数据严格同步，同步控制采用同步触发时序平均方法。信号处理部分选用嵌入式单板计算机，它集成度高，能够满足管道检测的要求。数据存储可采用硬盘、固态电子盘、U 盘等方式。考虑到实验研究的情况，采用硬盘和CF 卡固态电子盘等存储设备来完成数据的存储。
管道内检测是一个系统工程，它包括管线测绘、检测方案确定、管道系统改造、管道清理、管道检测、检测数据分析和管道安全性评价等。超声波检测是管道内检测的有效方法。管道内检测器是集机械、电子、计算机技术为一体的复杂的检测设备，它的开发将是一个反复的研制— 试验过程。
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论文作者:刘全喜
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月34期
论文发表时间:2019/7/23
标签：管道论文; 超声论文; 检测器论文; 超声波论文; 数据论文; 信号论文; 结构论文; 《知识-力量》2019年9月34期论文;