1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）管道技術(shù)與安全研究中心； 2.中亞管道哈薩克斯坦公

1 技術(shù)特性

1.1 掃描探傷儀進(jìn)入管道內(nèi)部

帶傳感器的掃描探傷儀重量為18 kg，其總尺寸為310×230×210 mm（在檢測(cè)模式下）。其通過檢修孔進(jìn)入管道內(nèi)部，導(dǎo)線從320×240 mm的接入孔接入（圖 1、圖 2）。

1.2 掃描探傷步驟

無需特殊清理，控制模塊（圖 3）控制掃描探傷儀沿著管道路徑移動(dòng)（圖 4），使用視頻光學(xué)系統(tǒng)（視覺和尺寸檢查）和具有干耦合點(diǎn)接觸的聲換能器的相控陣陣列（超聲導(dǎo)波、剪切水平波、 SH波），檢測(cè)管道元件的金屬母材和焊接接頭，生成初始診斷數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮鲉T控制面板。

1.3 掃描探傷儀工作模式

掃 描 探 傷 儀 的 內(nèi) 置 式 鋰 — 鐵 聚 合 物 蓄 電 池（200 W/h容量）可提供長(zhǎng)達(dá)8 h的自給式操作電力（最高行駛速度空載模式下5 m/min，檢測(cè)模式下0.3～0.7 m/min）。操作員（距離插入掃描探傷儀的位置最遠(yuǎn)為 1 500 m）通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)控制掃描探傷儀移動(dòng)，并實(shí)時(shí)獲取診斷信息，如圖 5所示。

2 關(guān)鍵模塊

2.1 傳感器

相控陣超聲波檢測(cè)單元基于具有干耦合點(diǎn)接觸（DPC）的超聲波換能器，允許通過換能器的陶瓷保護(hù)器和金屬表面之間的摩擦僅在管道壁中發(fā)送和接收超聲波而不需要耦合劑。一組32個(gè)DPC傳感器形成一個(gè)在所需方向上相控陣陣列（AA），并在管壁上形成引導(dǎo)的超聲波，頻率范圍為20 ～80 kHz（尋找高度超過管壁厚度10％的缺陷，有效檢測(cè)長(zhǎng)度可達(dá)4 000 mm），如圖 6所示。

2.2 視頻光學(xué)系統(tǒng)

掃描探傷儀的視頻光學(xué)系統(tǒng)提供在線視覺檢測(cè)，提供5 m/min視頻外觀檢查數(shù)據(jù)。視頻光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)500萬像素矩陣的高清攝像頭和一個(gè)180°拾取角度的攝像鏡頭，兩個(gè)LED射燈和垂直平面模塊，可同時(shí)在掃描探傷時(shí)驅(qū)動(dòng)和啟動(dòng)，如圖 7所示。其同時(shí)帶有兩個(gè)位于正面和背面的類似的視頻光學(xué)系統(tǒng)單元，在小直徑管道（小于DN 500 mm）內(nèi)，掃描探傷儀無法轉(zhuǎn)動(dòng)，則需要第二臺(tái)攝像機(jī)相對(duì)掃描探傷儀反向移動(dòng)。該模塊還包括甲烷濃度測(cè)量傳感器和投射激光器。

2.3 磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)

掃描探傷儀通過磁電機(jī)輪驅(qū)動(dòng)模塊沿任意路徑移動(dòng)，磁模塊基于稀土永磁體，具有高殘留感應(yīng)磁場(chǎng)，鐵磁表面產(chǎn)生61.22 kg (600 N)的拉力，傳感器內(nèi)置于模塊中，用于感應(yīng)“輪面”輪廓的磁場(chǎng)強(qiáng)度，允許從鐵磁表面記錄車輪分離扭矩，如圖 8所示。

三軸微電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)置于電機(jī)輪驅(qū)動(dòng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)路徑定位功能（三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定位），并控制掃描探傷儀在自動(dòng)模式下移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)模式如圖 9所示。

動(dòng)力驅(qū)動(dòng)平臺(tái)允許掃描探傷儀沿著各種元件（管道，彎頭， T形接頭，減徑管，關(guān)閉和控制閥）移 動(dòng)，適合于DN 400～1 420 mm管道。驅(qū)動(dòng)平臺(tái)采用二軸方案，允許三通T型接頭進(jìn)入，可避障，沿任意路徑移動(dòng)。

3 檢測(cè)圖像

操作員實(shí)時(shí)檢測(cè)如下工況，獲取管道掃描探傷圖像，如圖 10（1）～（5）所示。

（1）人工連續(xù)缺陷（磨削200×200 mm，深度4.0 mm）。

（2）人工不連續(xù)區(qū)域（中心鉆孔10.0 mm，深度4.7 mm）。

（3）人工不連續(xù)區(qū)域（縱向槽口，長(zhǎng)度為20.0 mm，深度為2.8 mm）。

（4）缺陷圖（經(jīng)過算法處理的檢驗(yàn)結(jié)果）。

（5）簇狀狹縫形缺陷（最大深度為3.0 mm）。

4 技術(shù)規(guī)格

掃描探傷儀技術(shù)規(guī)格如表 1所示。

5 結(jié)論

（1）掃描探傷儀針對(duì)站場(chǎng)管道的檢修作業(yè)，使用視頻和相控陣探傷方式，能夠檢測(cè)管道內(nèi)部運(yùn)行情況。

（2）針對(duì)站場(chǎng)工藝管道內(nèi)部復(fù)雜情況，掃描探傷儀可 實(shí) 現(xiàn) 管 體 和 焊 縫 的 自 由 掃 查 ， 不 受 三通、管徑、工藝支管的影響，達(dá)到全覆蓋掃描的目的。

（3）掃描探傷儀如何進(jìn)入管道內(nèi)部成為阻礙管道檢測(cè)的難題，主要是由于站場(chǎng)工藝管道需要進(jìn)行站場(chǎng)介質(zhì)置換。因此，研究外部控制技術(shù)、改為從站場(chǎng)收發(fā)球筒盲板進(jìn)入為最佳模式，這需要從屏蔽控制等方面進(jìn)行突破。