專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管道內(nèi)檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
海底輸油氣管道在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要作用的同時(shí)，又經(jīng)常發(fā)生觸目驚心的管道泄漏事故，且隨著海底管道數(shù)量的增加有愈演愈烈之勢(shì)。然而，很多嚴(yán)重的海底管道泄漏事故都是從不易發(fā)覺(jué)的微小泄漏或者不明顯的早期缺陷逐步發(fā)展而來(lái)的。如果能夠?qū)５坠艿赖钠?、彎曲、裸露或懸空等非正常狀態(tài)進(jìn)行定期檢查和安全評(píng)估，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)因腐蝕、老化、裂紋、變形引起的微小泄漏，盡早采取補(bǔ)救措施以清除管道運(yùn)行的潛在安全隱患，則能夠有效預(yù)防海底管道大的泄漏事故的發(fā)生，從而保障正常、安全地輸送油氣，避免嚴(yán)重的環(huán)境污染、巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。海底管道由于起步晚、服役環(huán)境特殊，檢測(cè)方法十分有限。傳統(tǒng)的負(fù)壓波法、音波法、實(shí)時(shí)模型法等方法僅能夠檢測(cè)大于總流量1%的原油泄漏和大于總流量5%的天然氣泄漏，在海底管道的泄漏檢測(cè)中尚未見(jiàn)有效應(yīng)用，因?yàn)槿绱舜蟮挠蜌庑孤┰诤Ｃ嫔弦涯馨l(fā)現(xiàn)。水面監(jiān)視法只能對(duì)淺水區(qū)較大泄漏有效，對(duì)小的泄漏則無(wú)能為力，并且檢測(cè)具有很大的滯后性。分段密封法要求管道停運(yùn)，它可以大致確定泄漏點(diǎn)的大小，但是不能確定漏點(diǎn)的具體位置。油檢測(cè)元件法、油溶壓力管檢漏法、檢漏電纜法依靠泄漏液體引起的敏感器件的物理參數(shù)變化確定有無(wú)泄漏，但無(wú)法確定漏點(diǎn)，且只能單次檢測(cè)，不能重復(fù)利用。聲學(xué)檢漏法通過(guò)ROV (有纜遙控式水下機(jī)器人)攜帶或潛水員手持水聽(tīng)器等對(duì)可疑漏點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)管線泄漏點(diǎn)發(fā)出的噪聲確定泄漏是否發(fā)生及漏點(diǎn)位置，難于實(shí)現(xiàn)全管線泄漏檢測(cè)?？傊壳暗臋z漏方法均不能實(shí)現(xiàn)對(duì)微小泄漏的全管線、準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。在海底管道位置檢測(cè)方面，比較經(jīng)濟(jì)的方法是利用慣性導(dǎo)航技術(shù)確定內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)位置，進(jìn)而確定管道位置。但是由于慣性測(cè)量元件本身存在漂移，慣性導(dǎo)航難以滿足長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)距離獨(dú)立工作的需求，通常需要外部輔助校正技術(shù)(如全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS)，才能保證定位精度。而埋入海底的雙層管道沿途沒(méi)有設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)，無(wú)法獲取管道沿途的GPS信息。對(duì)于海底管道地理坐標(biāo)位置及服役情況檢測(cè)，目前比較有效的方法是工程物探法，即綜合采用水下聲學(xué)探測(cè)方法，如側(cè)掃聲納、多波束測(cè)深儀、淺地層剖面儀等，水下攝像機(jī)，或海洋磁力儀等，完成水下及海底泥面以下管道埋藏狀況以及路由區(qū)域海底地質(zhì)狀況調(diào)查。其中，側(cè)掃聲納和多波束測(cè)深儀可用于調(diào)查暴露管道的出露高度或懸跨長(zhǎng)度；淺地層剖面儀可用于調(diào)查埋藏管道的埋深、上覆沉積物的類(lèi)型及厚度。水下攝像機(jī)檢測(cè)海底管道直觀性強(qiáng)，但是能見(jiàn)度很低。海洋磁力儀可用于檢測(cè)管道是否存在，但不能探測(cè)管道的空間狀態(tài)。這些方法都有各自不足，需要綜合 利用，聯(lián)合分析。這將導(dǎo)致檢測(cè)任務(wù)復(fù)雜、難度大、成本高、周期長(zhǎng)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)微小泄漏的檢測(cè)，提高了檢測(cè)精度、降低了檢測(cè)的難度和成本，并且縮短了檢測(cè)周期，詳見(jiàn)下文描述:一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)，包括:支撐架，所述支撐架內(nèi)部設(shè)置有電子密封艙，所述支撐架上設(shè)置有環(huán)形分布的支撐滾輪陣列、里程輪、壓力傳感器、溫度傳感器和聲音傳感器，所述里程輪、所述壓力傳感器、所述溫度傳感器和所述聲音傳感器通過(guò)水密電纜連接所述電子密封艙。所述支撐架包括:第 一滾輪支撐圓盤(pán)、第二滾輪支撐圓盤(pán)、第一電子密封艙支撐圓盤(pán)、第二電子密封艙支撐圓盤(pán)，還包括:用于固定四個(gè)支撐圓盤(pán)的支撐桿，所述第一滾輪支撐圓盤(pán)和所述第二滾輪支撐圓盤(pán)的尺寸一致，且中心開(kāi)設(shè)有孔用于通過(guò)流體；所述第一電子密封艙支撐圓盤(pán)和所述第二電子密封艙支撐圓盤(pán)的尺寸一致，且中心開(kāi)設(shè)有孔用于安裝所述電子密封艙；所述第一滾輪支撐圓盤(pán)和所述第二滾輪支撐圓盤(pán)上安裝有所述支撐滾輪陣列；所述第一電子密封艙支撐圓盤(pán)或所述第二電子密封艙支撐圓盤(pán)上至少安裝一個(gè)所述里程輪；所述第二滾輪支撐圓盤(pán)上安裝有所述壓力傳感器、所述溫度傳感器和所述聲音傳感器。所述第一滾輪支撐圓盤(pán)的孔上還設(shè)置有動(dòng)力圓盤(pán)，所述動(dòng)力圓盤(pán)包括:光圈座、驅(qū)動(dòng)圓環(huán)、旋片、伺服電機(jī)和傳遞齒輪，所述傳遞齒輪和所述伺服電機(jī)的軸固聯(lián)；所述光圈座中心處設(shè)有帶孔的凸臺(tái)，用于固定所述驅(qū)動(dòng)圓環(huán)，所述光圈座周?chē)O(shè)有旋片旋轉(zhuǎn)孔；所述驅(qū)動(dòng)圓環(huán)的中心開(kāi)設(shè)圓孔，用于固定在所述凸臺(tái)上，所述驅(qū)動(dòng)圓環(huán)設(shè)置有外齒輪用于配合所述傳遞齒輪，所述驅(qū)動(dòng)圓環(huán)上還開(kāi)設(shè)有條形孔；每個(gè)所述旋片上還設(shè)有一個(gè)撥桿和一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，所述旋片旋轉(zhuǎn)孔、所述撥桿、所述旋轉(zhuǎn)軸、所述條形孔數(shù)量相同，所述撥桿、所述旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)所述條形孔，所述旋轉(zhuǎn)軸與所述旋片旋轉(zhuǎn)孔配合。所述電子密封艙包括:容器筒，所述容器筒上設(shè)置有前蓋，所述前蓋內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，所述數(shù)據(jù)接口用于與上位機(jī)通訊，且通過(guò)外部堵頭密封；所述容器筒的底部設(shè)計(jì)有水密接頭用于連接所述里程輪、所述壓力傳感器、所述溫度傳感器和所述聲音傳感器；所述容器筒內(nèi)部設(shè)置有電池、控制器、數(shù)據(jù)采集模塊、電源管理模塊和存儲(chǔ)模塊；所述容器筒內(nèi)部設(shè)置有與所述數(shù)據(jù)接口相配合的數(shù)據(jù)接口板，在所述容器筒的軸線上設(shè)置有加速度傳感器和磁傳感器，所述加速度傳感器和所述磁傳感器的敏感軸與所述容器筒的軸線重合。一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)的控制方法，所述方法包括以下步驟:(I)在準(zhǔn)備巡檢的管道內(nèi)多次投放清管器清管，利用清管器發(fā)球筒將所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)射到輸油管道內(nèi)，沿途采集并存儲(chǔ)管道內(nèi)磁場(chǎng)信號(hào)、聲音信號(hào)、加速度信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)和里程輪信號(hào)；(2)所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)連接至上位機(jī)，下載各個(gè)傳感器采集的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理，獲取處理后信號(hào)；(3)計(jì)算任意時(shí)刻t時(shí)，所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)行駛過(guò)的里程Lt ；(4)計(jì)算任意時(shí)刻t時(shí)，所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)的軸線分別與當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膴A角 和Y，通過(guò)夾角獲取內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)軸線方向向量η3 ；
(5)根據(jù)內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)行駛過(guò)的里程Lt、內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)軸線方向向量n3和內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)初始位置S0獲取任意時(shí)刻內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)位置St ；(6)通過(guò)對(duì)比處理后的聲音信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)，判斷管道是否存在泄漏，并估計(jì)泄漏量的大小。所述計(jì)算任意時(shí)刻t時(shí)，所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)行駛過(guò)的里程Lt的步驟具體為:I)從處理后磁場(chǎng)信號(hào)中查找出現(xiàn)尖峰的時(shí)刻Ti,該時(shí)刻Ti作為內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)每個(gè)焊縫的時(shí)刻；2)預(yù)設(shè)時(shí)刻t，在所有尖峰時(shí)刻Ti中查找與時(shí)刻t相鄰的尖峰時(shí)刻Tn和Tn+1，使得Tn ( t〈Tn+1 ；3)計(jì)算內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)第η個(gè)焊縫時(shí)，即Tn時(shí)刻時(shí)，行駛過(guò)的里程
權(quán)利要求
1.一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)，包括:支撐架，其特征在于，所述支撐架內(nèi)部設(shè)置有電子密封艙，所述支撐架上設(shè)置有環(huán)形分布的支撐滾輪陣列、里程輪、壓力傳感器、溫度傳感器和聲音傳感器，所述里程輪、所述壓力傳感器、所述溫度傳感器和所述聲音傳感器通過(guò)水密電纜連接所述電子密封艙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐架包括:第一滾輪支撐圓盤(pán)、第二滾輪支撐圓盤(pán)、第一電子密封艙支撐圓盤(pán)、第二電子密封艙支撐圓盤(pán)，還包括:用于固定四個(gè)支撐圓盤(pán)的支撐桿， 所述第一滾輪支撐圓盤(pán)和所述第二滾輪支撐圓盤(pán)的尺寸一致，且中心開(kāi)設(shè)有孔用于通過(guò)流體；所述第一電子密封艙支撐圓盤(pán)和所述第二電子密封艙支撐圓盤(pán)的尺寸一致，且中心開(kāi)設(shè)有孔用于安裝所述電子密封艙；所述第一滾輪支撐圓盤(pán)和所述第二滾輪支撐圓盤(pán)上安裝有所述支撐滾輪陣列；所述第一電子密封艙支撐圓盤(pán)或所述第二電子密封艙支撐圓盤(pán)上至少安裝一個(gè)所述里程輪；所述第二滾輪支撐圓盤(pán)上安裝有所述壓力傳感器、所述溫度傳感器和所述聲音傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一滾輪支撐圓盤(pán)的孔上還設(shè)置有動(dòng)力圓盤(pán)，所述動(dòng)力圓盤(pán)包括:光圈座、驅(qū)動(dòng)圓環(huán)、旋片、伺服電機(jī)和傳遞齒輪，所述傳遞齒輪和所述伺服電機(jī)的軸固聯(lián)； 所述光圈座中心處設(shè)有帶孔的凸臺(tái)，用于固定所述驅(qū)動(dòng)圓環(huán)，所述光圈座周?chē)O(shè)有旋片旋轉(zhuǎn)孔；所述驅(qū)動(dòng)圓環(huán)的中心開(kāi)設(shè)圓孔，用于固定在所述凸臺(tái)上，所述驅(qū)動(dòng)圓環(huán)設(shè)置有外齒輪用于配合所述傳遞齒輪，所述驅(qū)動(dòng)圓環(huán)上還開(kāi)設(shè)有條形孔；每個(gè)所述旋片上還設(shè)有一個(gè)撥桿和一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，所述旋片旋轉(zhuǎn)孔、所述撥桿、所述旋轉(zhuǎn)軸、所述條形孔數(shù)量相同，所述撥桿、所述旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)所述條形孔，所述旋轉(zhuǎn)軸與所述旋片旋轉(zhuǎn)孔配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述電子密封艙包括:容器筒，所述容器筒上設(shè)置有前蓋，所述前蓋內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)接口，所述數(shù)據(jù)接口用于與上位機(jī)通訊，且通過(guò)外部堵頭密封； 所述容器筒的底部設(shè)計(jì)有水密接頭用于連接所述里程輪、所述壓力傳感器、所述溫度傳感器和所述聲音傳感器；所述容器筒內(nèi)部設(shè)置有電池、控制器、數(shù)據(jù)采集模塊、電源管理模塊和存儲(chǔ)模塊；所述容器筒內(nèi)部設(shè)置有與所述數(shù)據(jù)接口相配合的數(shù)據(jù)接口板，在所述容器筒的軸線上設(shè)置有加速度傳感器和磁傳感器，所述加速度傳感器和所述磁傳感器的敏感軸與所述容器筒的軸線重合。
5.一種用于權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)在準(zhǔn)備巡檢的管道內(nèi)多次投放清管器清管，利用清管器發(fā)球筒將所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)射到輸油管道內(nèi)，沿途采集并存儲(chǔ)管道內(nèi)磁場(chǎng)信號(hào)、聲音信號(hào)、加速度信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)和里程輪信號(hào)； (2)所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)連接至上位機(jī)，下載各個(gè)傳感器采集的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理，獲取處理后信號(hào)； (3)計(jì)算任意時(shí)刻t時(shí)，所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)行駛過(guò)的里程Lt； (4)計(jì)算任意時(shí)刻t 時(shí)，所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)的軸線分別與當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膴A角@和Y，通過(guò)夾角獲取內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)軸線方向向量n3 ；(5)根據(jù)所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)行駛過(guò)的里程Lt、所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)軸線方向向量113和內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)初始位置Stl獲取任意時(shí)刻內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)位置St ； (6)通過(guò)對(duì)比處理后的聲音信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)，判斷管道是否存在泄漏，并估計(jì)泄漏量的大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述計(jì)算任意時(shí)刻t時(shí)，所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)行駛過(guò)的里程Lt的步驟具體為: 1)從處理后磁場(chǎng)信號(hào)中查找出現(xiàn)尖峰的時(shí)刻Ti,所述時(shí)刻Ti作為所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)每個(gè)焊縫的時(shí)刻； 2)預(yù)設(shè)時(shí)刻t，在所有尖峰時(shí)刻Ti中查找與時(shí)刻t相鄰的尖峰時(shí)刻Tn和Tn+1，使得Tn ( t〈Tn+1 ； 3)計(jì)算所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)第η個(gè)焊縫時(shí)，即Tn時(shí)刻時(shí)，行駛過(guò)的里程
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)行駛過(guò)的里程Lt,內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)軸線方向向量n3和內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)初始位置Stl獲取任意時(shí)刻內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)位置St的步驟具體為: O按照管道走向的采樣周期將管道分隔成許多段，對(duì)應(yīng)的每段采樣時(shí)刻計(jì)為Ir所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)在每一周期內(nèi)的位移Sfh.n3J ； 其中，Lj為T(mén)j至Tj+1時(shí)間段內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)的里程，n3j為T(mén)j至Tj+1時(shí)間段內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)管段的方向向量113 ； 2)預(yù)設(shè)時(shí)刻t，在所有采樣時(shí)刻L中查找與時(shí)刻t相鄰的采樣時(shí)刻Tm和Tm+1，使得Tm ( t<Tm+1 ； 3)計(jì)算所述內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)在t時(shí)刻的位移
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于海底管道的內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，系統(tǒng)包括支撐架內(nèi)部設(shè)置有電子密封艙，支撐架上設(shè)置有環(huán)形分布的支撐滾輪陣列、里程輪、壓力傳感器、溫度傳感器和聲音傳感器。方法包括內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)連接至上位機(jī)，下載各個(gè)傳感器采集的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波降噪處理；計(jì)算任意時(shí)刻t時(shí)，內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)行駛過(guò)的里程、內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)的軸線分別與當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膴A角，通過(guò)夾角獲取內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)軸線方向向量；獲取任意時(shí)刻內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)位置；通過(guò)對(duì)比處理后的聲音信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)，判斷管道是否存在泄漏，并估計(jì)泄漏量的大小。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)微小泄漏的檢測(cè)，提高了檢測(cè)精度、降低了檢測(cè)的難度和成本，并且縮短了檢測(cè)周期。
文檔編號(hào)F17D5/06GK103244830SQ201310174830
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者靳世久, 黃新敬, 陳世利, 李健, 李一博 申請(qǐng)人:天津大學(xué)