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输气管道内检测器设计及理论研究

刘保余

  管道内检测器是一种对长输管道进行在线无损检测的有效设备,随着西气东输、川气东送等工程相继投入使用,我国长输天然气管道的安全成为影响国计民生的重要因素,因此,开展在线输气管道内检测器研究意义重大。由于天然气的可压缩性和干燥性,内检测器的平稳运移系统的研究和检测磁路的设计,成为实现输气管道检测和达到输气管道检测精度要求的关键。本文从上述两个关键问题为切入点,对输气管道内检测器的驱动运移、检测系统等主要部分进行了理论分析和实验研究。建立了不同驱动皮碗结构在不同管路状态下运移的动力学方程,设计制作了运移装置模拟实验台,对输气管道内检测器检测系统进行了设计和优化,建立了现场模拟试验系统,对现场实验样机进行了检测实验,通过研究认为: 使用漏磁检测技术对输气管道缺陷进行内检测是可行的,通过分析输气管道缺陷形成的机理和缺陷信号的特征,对干燥高压气体环境下的检测系统进行研究和设计,解决了管壁内、外缺陷的识别问题,优选并验证了磁化器和传感器的提离值,对周向励磁检测技术进行了理论探讨和数值模拟并提出了非均匀磁场内缺陷信号的判读和修正办法;经现场试验验证,该技术对漏磁信号的采集和对缺陷的识别能够满足输气管道的要求,可以检出直径大于2mm、深度大于1.5mm或直径大于3mm,深度大于1mm的以上的管道缺陷;提出并验证了输气管道内检测最佳的检测速度区间,管道缺陷的检出率随着检测器移动速度的增加而降低,当检测器移动速度大于4m/s时,其检出率急剧下降,由此可得出对输气管道进行内检测,速度控制是完成有效检测的关键。 建立了不同结构驱动器的运动动力学分析模型,深入研究了常规驱动皮碗、弹性底板驱动皮碗、伞型驱动皮碗等皮碗结构、压差与驱动器运移状态的关系,得到:常规和弹性底部皮碗驱动器在水平管路内运移时,皮碗的唇部结构、材料选择和管路障碍是影响检测器稳定运行的显著因素;在起伏管路内,皮碗唇部悬臂梁长度L对稳定运行的影响最显著;在底部刚度、推动压差、唇部悬臂梁长度L在一定范围内取值时,内检测器可以在水平管道内平稳运移,但难以实现在起伏管路内稳定运移;通过合理的改进驱动器唇部结构和底部刚度,可以实现在给定的压差和有限起伏高度内,内检测器在给定的速度范围内稳定运动的要求;采用新型伞状变刚度驱动皮碗,可以在更大起伏高度内实现内检测器稳定运行的目的。 设计制造了可供现场模拟检测实验用的试验台和Ф1016输气管道内检测器原型机,进行了工业输气条件下的现场模拟试验。现场试验表明:检测器的运移速度控制是输气管道内检测的关键,通过合理设计驱动皮碗的结构可以实现检测器在起伏20度以内的输气管道的平稳运行;通过对所采集的模拟缺陷信号的统计分析,验证了缺陷与漏磁信号之间的定量关系,内外伤识别的可行性,检出率与速度的关系以及磁路设计的合理性,为输气管道内检测器的设计提供理论依据和设计模板。……   
[关键词]:输气管道;内检测器;驱动皮碗;漏磁检测;模型试验;现场试验
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国石油大学2010年