1.中國石油大學（北京）管道技術與安全研究中心； 2.中亞管道哈薩克斯坦公

1 技術特性

1.1 掃描探傷儀進入管道內部

帶傳感器的掃描探傷儀重量為18 kg，其總尺寸為310×230×210 mm（在檢測模式下）。其通過檢修孔進入管道內部，導線從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（圖 4），使用視頻光學系統（視覺和尺寸檢查）和具有干耦合點接觸的聲換能器的相控陣陣列（超聲導波、剪切水平波、 SH波），檢測管道元件的金屬母材和焊接接頭，生成初始診斷數據，并將數據傳輸到操作員控制面板。

1.3 掃描探傷儀工作模式

掃 描 探 傷 儀 的 內 置 式 鋰 — 鐵 聚 合 物 蓄 電 池（200 W/h容量）可提供長達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為 1 500 m）通過Wi-Fi網絡實時控制掃描探傷儀移動，并實時獲取診斷信息，如圖 5所示。

2 關鍵模塊

2.1 傳感器

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

2.2 視頻光學系統

掃描探傷儀的視頻光學系統提供在線視覺檢測，提供5 m/min視頻外觀檢查數據。視頻光學系統包括一個500萬像素矩陣的高清攝像頭和一個180°拾取角度的攝像鏡頭，兩個LED射燈和垂直平面模塊，可同時在掃描探傷時驅動和啟動，如圖 7所示。其同時帶有兩個位于正面和背面的類似的視頻光學系統單元，在小直徑管道（小于DN 500 mm）內，掃描探傷儀無法轉動，則需要第二臺攝像機相對掃描探傷儀反向移動。該模塊還包括甲烷濃度測量傳感器和投射激光器。

2.3 磁電機驅動

掃描探傷儀通過磁電機輪驅動模塊沿任意路徑移動，磁模塊基于稀土永磁體，具有高殘留感應磁場，鐵磁表面產生61.22 kg (600 N)的拉力，傳感器內置于模塊中，用于感應“輪面”輪廓的磁場強度，允許從鐵磁表面記錄車輪分離扭矩，如圖 8所示。

三軸微電機系統內置于電機輪驅動模塊，從而實現路徑定位功能（三維拓撲結構定位），并控制掃描探傷儀在自動模式下移動，運動模式如圖 9所示。

動力驅動平臺允許掃描探傷儀沿著各種元件（管道，彎頭， T形接頭，減徑管，關閉和控制閥）移 動，適合于DN 400～1 420 mm管道。驅動平臺采用二軸方案，允許三通T型接頭進入，可避障，沿任意路徑移動。

3 檢測圖像

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

（1）人工連續缺陷（磨削200×200 mm，深度4.0 mm）。

（2）人工不連續區域（中心鉆孔10.0 mm，深度4.7 mm）。

（3）人工不連續區域（縱向槽口，長度為20.0 mm，深度為2.8 mm）。

（4）缺陷圖（經過算法處理的檢驗結果）。

（5）簇狀狹縫形缺陷（最大深度為3.0 mm）。

4 技術規格

掃描探傷儀技術規格如表 1所示。

5 結論

（1）掃描探傷儀針對站場管道的檢修作業，使用視頻和相控陣探傷方式，能夠檢測管道內部運行情況。

（2）針對站場工藝管道內部復雜情況，掃描探傷儀可 實 現 管 體 和 焊 縫 的 自 由 掃 查 ， 不 受 三通、管徑、工藝支管的影響，達到全覆蓋掃描的目的。

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