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原油与天然气输送管道焊缝的无损检测
双击自动滚屏 发布者:chianweld 发布时间:12/28/2006 阅读:17287

 

 

原油与天然气输送管道焊缝的无损检测

 

 

管道输油已有近120多年的历史,输送石油与天然气的成本最低。目前,世界上石油天然气管道总长约200km,干线管径范围为4261220mm,工作压力为4.98.23MPa。我国1970年开始建设大直径输油管(520720mm),现在已有近万km的各类管道。管道运行的安全与其材质和焊缝状态有很大关系,故应对焊缝缺陷加以严格控制。目前,各国对管道焊缝缺陷的检验可归纳为:

1) 制造与安装过程检验,其中包括:

·制管过程检验,主要是检出各类焊接缺陷;

·陆地安装管道检验,主要是检测野外安装的焊接缺陷;

·海上铺管船铺管过程焊缝质量的检验。

2) 投产初期检验,是为了建立管道全面原始质量档案。

3) 运动管道位貌检验,主要检查因地质变化、河流或海流冲击、山体移动、机械碰撞等因素引起的管道变形、移位、弯曲与沉陷等。

4) 管道运行中的在役检验,主要检测管道服役或超期服役过程中产生的腐蚀与裂纹(如疲劳、应力腐蚀、硫化物应力腐蚀与氢致裂纹等)。

通过各阶段的检验,可以及时地发现缺陷,修复损坏段,以免引起灾难性事故,造成经济与生态环保上的损失。

1. 输送管道铺设过程的检测

1)阿拉斯加原油管道

19741977年间美国建成的阿拉斯加原油管道是北美高寒地带的大口径输油管,全长约8000km,野外焊缝为气体保护焊与焊条电弧焊。管道铺设过程中,采用管内自动爬行器X射线周向曝光进行照相检测,以提高底片清晰度、控制焊缝质量。制管过程中还采用自动超声检测方法检查焊缝中的平面缺陷。焊缝质量的统计结果见表1,出现的质量问题见表2

1  阿拉斯加原油管铺设过程中焊缝质量的统计结果

管道直径/mm

焊缝数量

双管间埋弧焊缝

野外焊缝

1976年统计焊缝返修率

1220

10万条

42000

65000

3789/3080012.3

    注:所有焊缝都不允许第二次返修。

 

2  阿拉斯加原油管焊缝射线检测抽查率与检测质量的统计

制管过程纵缝检测

双管埋弧焊环缝检测

现场安装环缝检测

出现的问题

100%超声检测+X射线检测复查

100X射线检测

100X射线检测

拍假片3955

 

2)科洛尼尔成品油管道

19621964年美国建成科洛尼尔成品油管道,全长4578km。焊缝质量检测方式如下:

1) 管径400mm以下的支线,采用可移式制管机现场制成螺旋管。利用两台自动超声检测机,一台装在制管机上实时监测焊缝质量,另一台检查成品管焊缝,成品率达97%~98%。

2) 干线管径为812914mm,采用埋弧焊完成的双管段焊缝,射线检测抽查率为20%~26%。

3) 野外对接环缝,采用管道爬行器周向曝光X射线检测抽查,CO2气体保护焊焊缝抽查率为30%。其它焊缝抽查率为10%~15%。但是,对于跨越河流、公路干线、居民区及高压部位的管段要做100%的射线检测。

1970年初科洛尼尔成品油管道发生一次主干线管道破裂事故,裂纹近2.44m,泄漏了近万桶的燃料油(相当于4770m3油品)造成了河流污染(Colleen地段)。

3)阿意输气管道

1983年建成的阿意输气管道起源阿尔及利亚到达意大利。全长2506km,陆上管径为1220mm,中间有175km穿过地中海,其管径为500mm,海底管道采用三条并联方式,水深达600m1973年先在墨西哥海峡进行水深350m、管径273mm海底管道的试铺设,环缝焊完后经X射线检测,转入铺管作业。1974年又在西西里海峡再次试铺了160km,水深为600m,管径分别为324mm406mm(壁厚15.8mm17.4mm)的海底管道。这些预铺作业为阿意海底管道铺设技术的完善与铺管船的设计打下了基础。1979年在新的铺管船上(Castoro VI)进行阿意管道水下整体铺设,采用CO2气体保护焊进行壁厚17.5mm20.6mm管道的焊接,焊后经超声检测和X射线检测,按照API标准验收焊缝质量。

4)北海管道铺设过程的质量检验

海底管道的铺设是在铺管船上进行的,船上的焊接与质量检验工位见图1。采用焊条电弧焊完成对接环缝,北海铺设的5条管线参数见表3。从管道的铺设过程中发现,影响铺管速度的主要关键是焊缝的缺陷返修率。铺设管线I时安装速度快,为了跟上铺设速度,采取焊缝射线检测后立即评定湿片的方式,这样每个环缝周期仅延长2min,几乎是实时地提供焊缝质量情况,如图2所示。在铺设管线V时,射线检测底片烘干后才进行评定,铺管速度也降低一些。

 

3  海底管道铺设的各种参数

管线

直径/min

壁厚/mm

焊缝数量

BS4515标准评定的返修率()

按工程临界评定ECA评定的返修率(%)

406.4

12.7

5254

22.8

168.2

15.8

429

12.3

219.0

15.8

442

16.6

168.2

12.7

937

508.0

15.8

6524

9.1

 

统计表明,焊缝中的缺陷多数是单个气孔,直径在2.03.7mm之间,其数量达到缺陷总量的40%~60%。按照英国BS4515标准的规定:凡是超过1.6mm的单个气孔应返修,因而使管线至管线Ⅲ的焊缝出现很高的返修率(见表3后两列)。后来经过材料断裂韧度测试并完成缺陷临界尺寸的工程评定(ECA),重新确定单个气孔允许界限为3mm,这使管线Ⅳ与Ⅴ的返修率下降了40%,如表3与图3所示。

2. 管道铺设过程中采用的检测技术与设备

1)射线检测用的爬行器

为提高管道环缝射线检测的灵敏度、清晰度和检测速度,在管道铺设过程中普遍地采用自动管道爬行器,如图4所示。爬行器上装有周向曝光的X射线机头、曝光启动器、测距仪以及驱动机构等具有程控功能的部件。这样,编程后可自动完成下列操作:

·带动X射线机头爬入管道并能自动地停在等待照相的环缝处;

·在选定的照相参数下一次完成环缝的射线检测(采用长胶片);

·透照结束后,自行移动到下一个焊缝位置,重复焊缝照相操作。

除程控爬行外,也可利用小剂量放射源定位器,由操作人员在管道外面控制爬行器位置,并完成下列操作:

·从管道外部停止爬行器运动;

·通过反向指令完成反向运动;

·跳过一个或几个环缝,到达选定的焊缝部位。

陆地上可由柴油发电机供电,海上铺管作业采用电池供电。海上应用的爬行器还具有以下特点:

·提供安全的反向电路,一旦爬行器控制失灵,则自动停止运动。于是,该电路会重新启动爬行器反向退出管道,此时在任何焊缝处都不停留,也没有曝光操作。

·爬行器停止30s后自动切断电源以延长其工作时间。

·控制电路双重备份,每套电路单独供电,以提高爬行器可靠性。典型爬行器的参数见表4

4  管道射线检测典型爬行器的典型参数(比利时AIB公司)

爬行器类型

200

225

300

管道内径/mm

250480

480

480

爬坡斜率

45°

45°

45°

弯曲程度

20×D

20×D

20×D

X光管电压/kV

80190

100225

150300

X光管电流/mA

05

04

05

一次充电可检

测焊缝数量

曝光时间/s

管电压/kV

管电流/mA

陆地作业

100

20

150

2

海上作业

75            140

60    30

200   200

3     3

海上作业

70       140

60    30

220   200

3     3

 

2)管道焊缝的自动超声检测

为了检出焊缝中的裂纹和未焊透等危害性缺陷,并与焊接作业同步,在管道铺设过程中采用自动超声检测技术日渐增多,并将成为厚壁管道(15mm)铺设的主要检验方法。典型的多通道超声检测系统见图5

3. 输送管道的运行检测

长途输送管道一旦投入运行后就将长期地承受地质变化、介质腐蚀、振动疲劳与应力变化等因素的作用,这有可能导致管道局部或区段的失效。例如,1994年西欧曾对3km管道历年的泄漏事故作过统计,发现当年产生11起严重的油品泄漏事故,19911994年间平均的年泄漏次数为13.8起。其中腐蚀与夹层起因约占30%,且多数与材质和焊接缺陷有关。因此,管道的运行检测已逐步地提到议程上来。例如,英国British Gas plc拥有高压气体输送管道1.7km,部分已运行20多年。70年代初开始研究不断出现的问题,并着手开发地面监测、水压试验与在役无损检测等技术。经对比后发现,分段水压试验使管段至少停运1天以上,以直径600mm的管道为例每天将损失几百万美元,取得的质量信息又很有限。采用无损检测技术效果较好,成本低,并能提供管道评定质量的定量数据。例如,按漏磁测量原理设计的探测设备,在管道内部检测管壁腐蚀有良好的效果。采用超声检测方法对裂纹的探测效果更好。该公司利用自行开发的设备,到1987年底检查了13种规格1.55km的管线。结果在390个管段区内近万km的管道中发现了1160处缺陷信号,各类缺陷的比例见表5

5  英国British Gas plc管道在役检验发现的各类缺陷比例

外壁腐蚀

内壁腐蚀

偏心变形

环缝缺陷

凸凹坑

修理填补金属

测位误差

准确率

76

2

7

2

1

12

±1.5m

88

 

德国PIPETRONIX GmbH公司也多次地进行了在役输送管道的工程检验,其结果见表6

6  PIPETRONIX公司检验的部分典型管道(到1996年)

   

检验内容

管径mm

检验长度km

   

挪威-荷兰 北海

磁粉检测管道腐蚀

1016

809.5

水下管道壁厚40mm

挪威 北海

局部管道变形

965

455

水下管线

墨西哥

磁粉检测管道腐蚀

610

1000

陆地管线

美国阿拉斯加

磁粉检测管道腐蚀

1219

1300

陆地管线

德国

超声检测裂纹

668

250

陆地管线

荷兰

超声检测裂纹

610

103

陆地管线

 

4. 在役管道检测的技术与设备

由于输送管道的运行检测是在地下或海底进行的,检测过程又不能妨碍管内油气的输送;并且管线跨度长,路途穿越不同的地形与地貌,干线与支线分布变化较多;因此要求其检测设备除具有检测功能外,还应具备长途行走、爬坡与拐弯、可记录自身周向与轴向坐标、能越过局部凸起的的障碍以及无明火操作等特殊功能。这种高难度的综合技术指标给管道运行检测技术的研究与设备的研制带来很大困难。尽管如此,经过多年的努力,输送管道的检测技术与设备目前已达到能够进行工程应用的阶段。例如,利用各种物理效应的传感器,其检测功能包括了管道泄漏测量、地面位貌监测、局部凸凹与几何形状检测以及腐蚀和裂纹的检测等。典型设备的功能与参数见表7

7  各种管道检测机器人的功能与参数

PIPETRONIX GmbH 智能管道机器人)

 

 

探测功能

行走速度和管道压力

灵敏度与测位误差

适用管径D/mm

Kopp

ScoutScan

双陀螺定向+测距仪

  管线在地貌上的位置与位移

203

CalScan

多个位置传感器

  局部凸凹变形

10MPa

2mm

±1m

1001524

LeakScan

LeakSpy

测压力差:测量2040kHz声发射

  气管道泄漏位置

  油管道泄漏位置

0.1L/s

5L/s

152

2031016

MagneScan

X HR

由永久磁铁磁化,采用高分辨率传感器测量漏磁

  定性测量:

  腐蚀情况

金属损失量

0.74m/s

19MPa  

深:5%δ

长:10mm

±0.5m

1521422

UItraScan

WM

纵波脉冲超声反射探头传感器数量:192480

  管壁厚度

腐蚀深度与范围

金属损失量

速度/压力

0.2~1m/s

12MPa

深:1mm

长:10mm

±0.2mm

2031422

UItraScan

CD

横波脉冲超声反射传感器数量512896个,100%管壁覆盖率

  应力腐蚀裂纹

      疲劳裂纹

      焊接缺陷

1.1m/s

2.2m/s

深:1mm

长:30mm

±0.1m

5581422

EddyScan

CD

160个脉冲涡流传感器

  输气管道内表面裂纹

0.31.6m/s

12MPa

深:1mm

长:25mm

±0.2m

508

注:1、拐弯处管道曲半径:R1.53D

    2、一次检验长度:100200km

 

4.1 管道检测机器人

管道检测机器人又称为智能管道猪。超声检测管道机器人的宏观结构如图6所示,它由4节厢体组成,每节采用多个直径稍大些的柔性聚氨脂环来保持本节与管道同心并便于越过局部障碍。

第一节中呈杯状的环为驱动环,它借助于管内油气的压差为机器人提供推进力,使其向前行走,行走速度在0.32m/s之间。这种驱动方式并不妨碍管道输送油气的功能。在第一节的顶端装有高灵敏度的接收机,接收地面发射点转发的卫星定位信号,以便标定机器人的位置。第一节内还装有电子摆及可充电的锂电池堆。电子摆能连续地测出机器人周向转动的极坐标信号,以确定其周向方位;锂电池堆作为整机电源,能提供机器人行走100km以上所需的电能。

第二节为数据处理、数据压缩与存储系统。由于检测距离长,数据量大,通常采用数据压缩技术来解决大数据量的存储问题。为了提高数据采集与压缩速度,往往使用分组传感器结构与高速并行计算机系统。大容量数据存储介质多数采用高密度数字磁带(DAT),第盘容量至少2GB,若装12盘可存24GB以上的数据。本节外部装有三个轮式里程计,可在管道内部测量机器人的行走距离。为了减小传感器轮因油膜与尺寸误差引起的打滑现象,系统对各里程计的数据进行比较处理后,只记最快的转动轮的数据。目前,智能管道机器人测量缺陷位置的误差可控制在±0.10.2m之间。

第三节装有多组多通道传感器的电子线路板(如超声波发射、接收与模数转换模块等)。

最后一节是传感器保持架,装有几百到近千个探测头。探测头沿管壁周向均匀分布,覆盖管道整个内壁。传感器尺寸越小,分布越密,缺陷分辨率越高,但信号数据量也越大。

各节间由活动铰链连接,能顺利通过1.53倍管径的管道弯曲段。节间的全密封电缆与厢体接头可保证温度在100以下,压力在1020MPa之间的密封与无火花外泄。

已开发出的管道机器人适合于直径范围1501420mm原油与天然气管道的检测,一次检测距离可达100200km,最大检测管壁厚度接近40mm,缺陷尺寸测量误差与地面工件的测量误差大致相同。

4.2 超声检测腐蚀管道机器人

管道机器人测量腐蚀的原理与超声波测量板厚的原理相似,其记录参数见图7。管壁腐蚀将引起声耦合层间距与壁厚的变化,相应地会改变超声脉冲在耦合层与管壁内的传播时间,从而构成了计算剩余壁厚与区分管壁内外腐蚀的基础。机器人在行走过程中对管道腐蚀信号、探头坐标信号与自身位置信号进行采集、处理与存储。其主要技术指标如下:

1)缺陷分辨率

缺陷分辨率即检测过程的采样密度,它与传感器的分布和机器人的行走速度有关。如果检验的管道直径为D,沿管内周向分布的探头数量为N,脉冲发射的重复频率为ƒr,机器人行走速度为s,则管道机器人的缺陷分辨率可按下式计算:

                         纵向分辨率s/ƒr                                      1

周向分辨率═πD/N                                     2

式中,π为圆周率。例如:管径为1219mm,采用448个探头周向等距分布,机器人行走速度为2m/s,脉冲发射重复频率为600Hz,则纵向与周向分辨率分别为3.3mm8.3mm

2)数据容量

管道机器人检测过程中需要采集的数据包括超声波信号、电子摆信号、里程计测距信号与地面卫星定位信号等,其数据量取决于采样密度与扫查面积。例如,检验100km直径为610mm的管道腐蚀,每个传感器每次发射测量两个回波(介面与底面),其数据总量约达20GB。再加上其它三种定位传感器的数据,将形成非常大的数据量。

3)硬件特点

对于上述大量数据的采集过程,管道机器人的计算机系统多半采用多机并行处理模式。与其对应的传感器系统则采取分组编制方式,每组多达64个传感器,由一个智能控制卡控制。卡上设置一个或多个微处理器,可实时地完成通道切换、数据压缩处理与存储。

4)腐蚀图像显示软件

一般每百km就有几万个缺陷区需要辩认。目前在UNIX操作系统上开发出的基于神经网络搜寻与分类软件NEUROPIPE可对缺陷进行以下四个步骤的分析与处理:

1) 数据几何位置的调整  根据里程计的信号把数据按环缝标志分块,以克服机器人行走速度变化引起的数据密度差的影响。

2) 搜寻可能的缺陷  通过寻找异常数据选出需要进一步辩认的数据区。

3) 缺陷分类  20种以上不同管线中选出具有代表性的缺陷对人工神经分类网络进行训练,使经过训练的神经能对腐蚀、夹层、凸凹不平等类缺陷及其组合性缺陷进行分类。

4) 缺陷的记录  将已确定的缺陷全部存入数据库。可根据相关的标准或用户的要求按照长度与深度选出每段中的严重缺陷。典型的管道腐蚀区图像见图8

 

4.3 超声检测裂纹管道机器人

超声检测裂纹管道机器人的组成与技术指标包括探头的数量与分布、波束方向与声程长度、信号的采集与处理以及缺陷显示与识别软件等。主要内容如下:

1)超声检测管道裂纹的原理

适用于管径609660mm的检测裂纹管道机器人,其传感器系统由安装在聚氨脂保持架上直径为15mm512个探头组成,可覆盖整个圆周并取得近8mm的单测横向分辨率。利用45°角横波对界面端角产生高灵敏度反射的特点,由直射与反射声程分别检测外表面与内表面裂纹,如图9所示。由图9可知,记录时间门应只包括内外表面的裂纹信号。为了从两侧检测到裂纹,把480个测量裂纹的探头分别装在16个滑道上,使240个探头按顺时针方向,另240个探头按逆时针方向相对于管壁表面法线倾斜18.9°,使两侧的横波折射角均为45°滑道还能保持探头耦合层的间距不变。在探头保持架上,每个滑道都有两个直探头进行耦合层监测与管壁厚度的测量,以标出环缝位置,达到根据环缝坐标计算缺陷相对位置的目的(有32个纵波直探头用于测厚)。

2)在线数据采集与压缩处理

为了简化数据采集与处理系统的结构,管道机器人的数据采集系统由16个可独立完成超声发射、接收与信号采集的单元电路模块组成。每个电路模块含有32个脉冲发射、信号接收通道和一个数据采集子模块。模块上每个通道接收的射频信号经检波、数摸转换后(采样频率≥40MHz)转为数字信号。通道间的分时切换由程序控制。每个单元模块与一个数据压缩计算机连接可实时完成内外表面裂纹信号的时域选择和阈值筛选(门宽与门槛高)及进行波幅与时间轨迹数据的提取处理,滤掉与裂纹信号无关的数据((ALOK),其过程如图10所示。如果机器人的行走速度为1m/s,探头发射脉冲重复频率为455Hz,则探头的周向与轴向数据采样的密度分别为8mm×2.2mm,经过上述压缩预处理后,机器人每行走1m的数据量可从2GB压缩到20MB。尽管如此,对于100km的行程其数据量仍会达到2TB以上,这使存储容量和存储速度都出现了困难。为此,有的管道机器人采用高速并行处理器Transputers把数据再压缩近100倍,使数据量进一步减少,如图11所示。

 

3)数据压缩与存储系统的计算机体系结构

数据压缩技术对于超声检测裂纹管道机器人来说非常重要,通常的数据采集与压缩处理系统如图12所示。该系统采用传感器模块化结构与对称布置使得并行处理技术得以简化。如前所述,每个模块32个通道的数字信号都送到与其对应的数据压缩计算机内(共16个),该计算机除进行数据压缩外还管理通道间的切换。每4个压缩计算机再与一个兼有压缩与存储功能的计算机相连,该机可驱动多达7SCSI接口并与大容量存储体连接,例如数字磁带或大容量硬盘。整个系统由网络主机控制,在该主机的协助下,可采用另一主机对系统进行编程与调试。

为了满足管道裂纹的检测,在上述的数据采集与压缩处理系统中,数据压缩与存储计算机系统具有下列功能:

1) 数据压缩计算机  每个数据压缩计算机由6个高速并行Transputers(T425T225)和一个ASIC处理器组成。每次启动后可以在70μs内平均处理30个时间波幅向量(ALOK)。主要完成的任务为:

·确定有效数据区时间门(由ASIC完成);

·通过均值处理计算动态门的阈值(2×T2ASIC);

·进行模式识别,如辩认焊缝轮廓(T2);

·从各探头信号中选出正常数据确定管壁厚度(T2);

·信号分类与判定超标缺陷(T41)。

解决相邻问题,如焊接轮廓是否延伸到其它块中(T42)。

为了在70μs内完成上述任务,采用了查表方法和优化了Occma(Transputers上使用的并行语言)C语言代码。

2) 存储计算机系统  存储计算机系统包括4Transputers14MB缓存和一个SCSI总线接口。主要完成以下任务:

·分选数据块;

·加入文件标题;

·合并相关数据(如里程计信号、地面距离标志、出错协议等);

·进一步压缩数据。

4)裂纹数据的离线评定

裂纹数据的离线评定软件主要通过选择与裂纹有关的信息达到评定检验结果的目的。主要内容为:

1) 数据预选  按预先确定的标准从在线存储的全部数据中自动清除与裂纹无关的信息。

2) 裂纹信号识别  在剩余的数据中,通过分析相邻探头的B扫描图形,对比左右两侧探头取得数据的异同点,再判断是否是几何形状反射,最后选出具有裂纹特征的信息。

3) 按照裂纹的严重程度划分焊缝等级  如根据裂纹的尺寸与位置(位于母材、热影响区、焊缝金属和内表面与外表面等)划分焊缝等级。

5)按照上述结构研制出的超声检测裂纹智能管道机器人在工程检测中取得了良好的效果。例如,深0.51mm、长200mm的裂纹可获得2040dB的信噪比,一般可以从34个相邻探头中发现缺陷信号,最多可由9个探头获得信号。由于系统的可靠性高,当裂纹深达1mm,长达30mm时,其漏检的可能性是很小的。

6)各种超声检测管道机器人数据量的比较

从前面的分析可以看出,测量腐蚀与检测裂纹的超声管道机器人每检测100km管道,其在线数据量与检测的管径和探头传感器的数量有关,典型参数见表8。由此可见,随着管径的增加,为保持缺陷分辨率不变需增加传感器的数量。在计算机数据压缩比不变的情况下,这会使数据量增大很多。因此,增强计算机系统的软硬件功能是提高管道机器人能力的最有效途径。

8  超声检测管道机器人检测的管径和在线数据量的对应关系

  

腐蚀测量管道机器人

裂纹探测管道机器人

管道直径/mm

508    610    1219

609864    9141422

探头数量/

192    256    448

512         896

在线数据量/GB

20    28    

24          64

注:经过压缩后存盘的数据容量。

 

13PIPETRONIX超声检测管道机器人进入输送管道,准备进行管道检测的过程。

4.4 其它类型的管道机器人

超声检测管道机器人的缺点是需要液体耦合层,这使它在输气管道的应用中遇到了困难。为此出现了测量表面裂纹与腐蚀的涡流与漏磁的管道机器人,其原理与结构简述如下。

1)测量腐蚀的高分辨率磁性管道机器人

测量漏磁场的管道机器人将许多磁铁与漏磁测量元件布满在管壁的圆周上,从而形成多通道的漏磁检测系统。其原理是永久磁铁通过导磁钢丝刷把磁场导入管壁内,形成闭合的磁环路,在缺陷处因管壁减薄,磁阻突然增加,于是产生漏磁场,由霍尔传感器测出其大小,即形成缺陷信号,如图14所示。目前,新开发的磁化装置比常规磁铁的磁化能力提高近1倍,新型高效的霍尔传感器也因尺寸小,检测灵敏度高(图15),使周向分布的传感器数量增加,从而提高了缺陷分辨率,并可分辨出缺陷位于管内侧还是外侧。几种磁性管道机器人测量腐蚀区精度的对比见表9

 

9  几种磁性管道机器人测量腐蚀区精度的对比

  

最大厚度/mm

腐蚀区最小直径

最小深度(%)

精确度(%)

MagneScan

25

3δ (壁厚)

15

15

MagneScan HR

25

2δ (壁厚)

10

10

MagneScan XHR

38

610mm

5

10

 

现代的磁性管道机器人可装设近850个传感器,采用新型导磁合金钢丝刷使其耐磨损寿命提高近40%,使一次检测长度可提高到805km。目前电池工作时间也可达92h508mm管径)与154h(1016mm管径)

2)涡流检测管道机器人

涡流检测管道机器人是以脉冲涡流检测技术为基础设计的,如图16所示。由图16e可知,在分离式线圈的接收线圈输出电压波形上存在两个特征点TU。经多次试验证明:T点电压的幅度代表裂纹,U点电压的幅值表示局部腐蚀。线圈的提离信号与裂纹和腐蚀信号相位差接近90°

目前,涡流检测管道机器人已达到实用阶段。其典型的硬件结构见图17。通过脉冲调制电路与3个功放模块组成发射系统,再由多路分时切换开关分别励磁160个传感器的线圈。缺陷信号经3个接收放大模块放大后分别送入计算机,完成数字信号的处理。数据由硬盘存储,容量达9.6GB。可检测直径为508mm的管道,一次检测长度达100km。行走速度在1.63m/s之间,裂纹的分辨率为:长×宽×深=25mm×0.3mm×1mm,缺陷位置的测量误差为±20mm

 

5.检测结果的评定

1)分析超过临界尺寸的缺陷区

1995年在加拿大采用了装有144霍尔传感器的磁性智能管道机器人,完成150km直径为914.4mm、壁厚为9.1mm输送管道的检测。检测过程中,管道机器人的行走速度基本保持在2.74m/s左右。检测结果见图18。按照管道失效应力计算出的临界腐蚀尺寸曲线与检测数据中确定的缺陷都会制在同一图中,于是可发现管道缺陷超标的严重程度。

2)运行管道腐蚀分布的特征

1995年德国采用超声智能管道机器人检测了运行20年以上的输油管线5.3km,其直径为508mm,记录了管内外金属表面锈蚀、凹坑、内部夹层和几何缺陷等。其中腐蚀性缺陷沿管道的周向分布见图19。从图中可见,腐蚀多半发生在靠地心点的管道区域中。检测管道机器人的参数见表10

10  管径508mm运行管道超声检测机器人 UitraScan WM的参数

长度

 

/m

质量

 

/kg

拐弯

半径

/R

介质

温度

/

存储磁带

数量类型

与容量

探头

 

数量

探头

频率

/MHz

重复

频率

/Hz

测量误差/mm

测厚

深度

腐蚀

深度

周向

尺寸

轴向

尺寸

纵向

位置

4.1

700

1.5D

545

2DAT

92

5

300

0.2

±0.5

8

3.3

±200

 

3)运行管道操作压力的计算

按照ANSI/ASME B31G规范的规定,根据在役检验测出的腐蚀区的长度、宽度和深度可计算管道能允许的最大操作压力。其公式如下:

如果按照管道的最大允许操作压力进行逆计算,则可以得出临界缺陷评定曲线。例如,把上述超声管道机器人的检测结果表示在图20上,可发现各超标的腐蚀缺陷区。

总之,目前采用无损检测技术与智能检测机器人(管道机器人)检查运行中的管道质量已取得良好的效果。未来随着管道检测设备的完善与成本的进一步降低,输送管道的运行检验会逐渐普及并将有更大的发展。

 

 
 
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