工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，包括探測裝置和磁化裝置；探測裝置包括探頭架和探頭；探頭內(nèi)部設(shè)置以復(fù)數(shù)個霍爾傳感器緊密連續(xù)排列組成的霍爾傳感器陣列；探頭安裝在探頭架上。其中，探頭架的中央為容納被測管道通過的圓形通孔；探頭沿圓形通孔的邊緣環(huán)繞排列，探頭環(huán)繞排列成的圓環(huán)直徑與被測鋼管直徑相適配；探頭內(nèi)部設(shè)置以復(fù)數(shù)個霍爾傳感器緊密連續(xù)排列組成的一組霍爾傳感器陣列；復(fù)數(shù)個所述探頭沿圓形通孔的邊緣環(huán)繞排列；全部探頭環(huán)繞排列成的圓環(huán)直徑與被測鋼管直徑相適配。本實用新型將管道壁厚變化轉(zhuǎn)化成管道外表面磁場強(qiáng)度變化，利用陣列化霍爾傳感器將管道表面的磁場變化全部轉(zhuǎn)化成壁厚信號。實現(xiàn)對鐵磁性管道全覆蓋壁厚監(jiān)測。
【專利說明】工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石油、天然氣、化工等系統(tǒng)中大量使用工業(yè)管道。工業(yè)管道由鋼管構(gòu)成。在鋼管軋制中，某些固有的制造工藝導(dǎo)致鋼管壁厚異常及管壁缺陷:例如，如果高速進(jìn)動中的心棒與外模不同心會造成鋼管壁厚異常及管壁缺陷問題；同樣，管道被使用一段時間后在一些地方壁厚也會減少。管道壁厚異常會造成管道爆裂等事故。我國很多油田在鉆探和開采過程中，由于管道質(zhì)量問題引發(fā)一次事故的直接損失就可能達(dá)到數(shù)億元。
[0003]應(yīng)用在石油領(lǐng)域的工業(yè)管道稱石油用管。國際上針對石油用管壁厚異常造成事故問題，最新的美國石油學(xué)會在API規(guī)范中強(qiáng)制規(guī)定:必須對石油用管的壁厚進(jìn)行全長、全覆蓋檢測。
[0004]由于現(xiàn)有的超聲和射線測厚儀表存在操作安全防護(hù)和信號耦合可靠性問題，同時受探頭數(shù)限制，很難實現(xiàn)對管道的全覆蓋檢測。
[0005]可靠全覆蓋檢測管壁厚度差異或壁厚損失，需要研究、設(shè)計和開發(fā)嶄新的技術(shù)和裝備。
[0006]目前，國內(nèi)外對于管道壁厚檢測技術(shù)主要有以下二種:
[0007](I)美國以NDC和OEM公司為代表，生產(chǎn)一種伽瑪射線壁厚檢測設(shè)備，使用放射性伽瑪射線管把一個旋轉(zhuǎn)射線光束穿過管子，根據(jù)射線穿透被測物時的強(qiáng)度衰減來進(jìn)行轉(zhuǎn)換測量厚度的，即測量被測鋼板所吸收的射線量，根據(jù)該射線的能量值，確定被測件的厚度。因為伽瑪射線對操作人員和附件其他人員健康的有嚴(yán)重危害，出于對安全的考慮，使用射線測厚設(shè)備要按照有關(guān)安全規(guī)章制度設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)。同時，這種放射性伽瑪射線方法不能檢測100%的管壁，它的覆蓋范圍是有限的區(qū)間，只能通過沿直線旋轉(zhuǎn)的射線檢測管道上狹窄的螺旋軌跡部分。
[0008](2)工業(yè)管道壁厚的另一種檢測方法是超聲法。使用旋轉(zhuǎn)的超聲換能器陣列檢測通過檢測設(shè)備的管道，經(jīng)常采用水浸式或噴淋水耦合超聲信號的方式。我國合肥中大檢測技術(shù)有限公司研發(fā)一種管道壁厚超聲測量裝置。通過水耦合器將水流傳送至旋轉(zhuǎn)的水倉內(nèi)；高能量超聲探頭組設(shè)置在水倉中，超聲波通過水倉發(fā)出的水柱可靠耦合到管道上。
[0009]這種管道壁厚超聲測量裝置檢測速度很低，需要使用昂貴的相控陣技術(shù)超聲探頭，探頭和管道之間需耦合劑(水或油)，并需要復(fù)雜的設(shè)置來檢查旋轉(zhuǎn)檢測裝置或旋轉(zhuǎn)管子，很難實現(xiàn)對管道的壁厚全覆蓋檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠以全覆蓋方式對工業(yè)管道壁厚進(jìn)行監(jiān)測的裝置。
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，包括探測裝置和磁化裝置；探測裝置包括探頭架和探頭；探頭內(nèi)部設(shè)置以復(fù)數(shù)個霍爾傳感器緊密連續(xù)排列組成的霍爾傳感器陣列；探頭安裝在探頭架上。
[0012]作為優(yōu)選，探頭架的中央為容納被測管道通過的圓形通孔；探頭沿圓形通孔的邊緣環(huán)繞排列，探頭環(huán)繞排列成的圓環(huán)直徑與被測鋼管直徑相適配。
[0013]作為優(yōu)選，所述探頭內(nèi)部設(shè)置以復(fù)數(shù)個霍爾傳感器緊密連續(xù)排列組成的一組霍爾傳感器陣列；復(fù)數(shù)個所述探頭沿圓形通孔的邊緣環(huán)繞排列；全部探頭環(huán)繞排列成的圓環(huán)直徑與被測鋼管直徑相適配。
[0014]作為優(yōu)選，探頭為2-8個
[0015]作為優(yōu)選，探頭架還包括探頭張合機(jī)構(gòu)；探頭張合機(jī)構(gòu)包括圓心彈簧和電磁吸合裝置；探頭的內(nèi)端與探頭架連接，探頭的外端與電磁吸合裝置連接；所述圓心彈簧壓迫探頭貼緊被測鋼管表面；電磁吸合裝置通電后即將探頭的外端向外周提起并張開。
[0016]作為優(yōu)選，還包括機(jī)架、滑槽和導(dǎo)軌，滑槽固定在機(jī)架的上部，導(dǎo)軌固定在機(jī)架的底部；探頭架插入滑槽及導(dǎo)軌構(gòu)成的空間內(nèi)；探頭架可在滑槽和導(dǎo)軌中抽拉更換。
[0017]作為優(yōu)選，磁化裝置包括磁化線圈和由磁性材料制成的聚磁圓環(huán)；磁化線圈為單一的磁化線圈；聚磁圓環(huán)與磁化線圈間隔設(shè)定的距離且與磁化線圈同軸；聚磁圓環(huán)通過以磁性材料構(gòu)成的磁路連接到磁化線圈；探頭位于磁化線圈與聚磁圓環(huán)之間；探頭與聚磁圓環(huán)的距離為50?lOCtam。
[0018]作為優(yōu)選，磁化裝置還包括線圈支架、底板、支持柱，線圈支架、底板、支持柱均由磁性材料制成；磁化線圈固定在線圈支架上，聚磁圓環(huán)固定在支持柱上端，支持柱下端固定在底板上；線圈支架、底板、支持柱構(gòu)成由磁化線圈連接到聚磁圓環(huán)的磁路。
[0019]作為優(yōu)選，磁化線圈的內(nèi)徑設(shè)有磁性材料制成的芯環(huán)，使磁化線圈成為帶鐵芯的磁化線圈；聚磁圓環(huán)由多層的同心圓環(huán)構(gòu)成，同心圓環(huán)由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各層同心圓環(huán)依各自半徑大小由外而內(nèi)層疊構(gòu)成一個整體的同心圓環(huán)。
[0020]作為優(yōu)選，磁性材料為軟鐵磁性材料。
[0021]本實用新型的有益效果是:
[0022]將管道壁厚變化轉(zhuǎn)化成管道外表面磁場強(qiáng)度變化，利用緊密連續(xù)的陣列化霍爾傳感器將管道全表面的磁場變化轉(zhuǎn)化成壁厚信號，并利用軟件將所檢測的大量數(shù)據(jù)，直觀地顯示管道壁厚圖形曲線和各點壁厚數(shù)據(jù)。實現(xiàn)對鐵磁性管道全覆蓋壁厚監(jiān)測。該裝置既能對鋼管的軋制線上高速通過的鋼管進(jìn)行全覆蓋壁厚監(jiān)測，也可用于工程現(xiàn)場對施工中的工業(yè)管道壁厚進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024]圖1是本實用新型工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是霍爾兀件檢測壁厚磁場/[目號的不意圖。
[0026]圖3是本實用新型工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置實施例的陣列化霍爾傳感器用于管道壁厚檢測示意圖。
[0027]圖4是本實用新型工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置實施例的霍爾傳感器陣列處于等待監(jiān)測狀態(tài)示意圖。[0028]圖中，1-底板，2-立板，3-管道，4-芯環(huán)，5-圓心彈簧，6_磁化線圖，7_連桿，8_探頭架，9-電磁吸合裝置，10-探頭，11-聚磁圓環(huán)，12-支持柱，13-滑輪，14-滑軌，15-磁場。
【具體實施方式】
[0029]一、工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)
[0030]圖1是工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，由短盲區(qū)磁化裝置和探測裝置組成。其中工業(yè)管道為鐵磁性材料制成的。
[0031]探測裝置由探頭架8和4個探頭10組成。探頭具體結(jié)構(gòu)如下:
[0032]每個霍爾傳感器的寬度為2.5毫米，假如設(shè)置4個探頭，根據(jù)管道外圓周長度S(毫米)不同，每個探頭內(nèi)部設(shè)置S/4X2.5個霍爾傳感器緊密連續(xù)排列組成一組霍爾傳感器陣列，其中各霍爾傳感器按并聯(lián)的方式與外電路連接。
[0033]對于更大口徑的管道?？刹捎?個探頭，每個探頭內(nèi)部設(shè)有S/8X2.5個霍爾傳感器緊密連續(xù)排列組成一組霍爾傳感器陣列。
[0034]探頭架8的中央為容納被測鋼管通過的圓形的檢測通孔。4個探頭10 (即四組霍爾傳感器陣列)沿圓形的檢測通孔的邊緣環(huán)繞排列成圓環(huán)狀設(shè)置在探頭架上，4個探頭所排列的圓周直徑與被測的管道3直徑相適配。
[0035]探頭架上設(shè)有探頭張合機(jī)構(gòu)。探頭10的內(nèi)端與探頭架連接，探頭10的外端與電磁吸合裝置9連接。當(dāng)電磁吸合裝置通電后即將探頭10的外端向外周提起，這時4個探頭10呈張開的等待檢測狀態(tài)。當(dāng)電磁吸合裝置斷電后，圓心彈簧5壓迫探頭10貼緊被測的鋼管3表面，這時4個探頭10呈閉合的檢測狀態(tài)。
[0036]為方便更換設(shè)有不同檢測通孔直徑的探頭架，探頭架8采用插入式裝卸機(jī)構(gòu)。其中滑槽通過連桿7與立板2的上部固定連接，滑軌14固定在機(jī)架的底部。探頭架8底部設(shè)有滑輪13，可方便地插入滑槽及滑軌構(gòu)成的空間內(nèi)。探頭架可在滑槽和滑軌中抽拉更換。
[0037]為克服目前雙線圈磁化器檢測盲區(qū)過長的缺點，本實施例采用由磁化線圈6和由磁性材料制成的聚磁圓環(huán)11構(gòu)成的短盲區(qū)磁化裝置。
[0038]磁化線圈6采用了單個的磁化線圈。
[0039]聚磁圓環(huán)與磁化線圈間隔設(shè)定的距離且與磁化線圈同軸；聚磁圓環(huán)通過以磁性材料構(gòu)成的磁路連接到磁化線圈。將探頭10設(shè)置在磁化線圈與聚磁圓環(huán)之間，但探頭更靠近聚磁圓環(huán)，以便縮短檢測盲區(qū)。在本實施例中，探頭與聚磁圓環(huán)的距離為50mm。
[0040]磁化線圈6固定在立板7上，聚磁圓環(huán)11由支持柱12支撐并固定在支持柱的上端，支持柱下端固定在底板I上。立板2、底板1、支持柱12全部用磁性材料制成的，并構(gòu)成由磁化線圈6連接到聚磁圓環(huán)11的磁路。
[0041 ] 磁化線圈的內(nèi)徑設(shè)有磁性材料制成的芯環(huán)4，使磁化線圈成為帶鐵芯的磁化線圈。
[0042]聚磁圓環(huán)由多層的同心圓環(huán)構(gòu)成，同心圓環(huán)由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各層同心圓環(huán)依各自半徑大小由外而內(nèi)層疊構(gòu)成一個整體的同心圓環(huán)。
[0043]在本實施例中，為使導(dǎo)磁性能更好，磁性材料均采用軟鐵磁性材料。
[0044]二、技術(shù)原理
[0045]本實施例的技術(shù)原理基于以下恒定磁場的邊界條件:
[0046]在磁導(dǎo)率為μ I的介質(zhì)內(nèi)磁場為BI，進(jìn)入磁導(dǎo)率為μ 2介質(zhì)內(nèi)后磁場為Β2，在兩種不同磁介質(zhì)的分界面兩側(cè)，在磁導(dǎo)率為μ I的介質(zhì)內(nèi)磁場為BI，進(jìn)入磁導(dǎo)率為μ 2介質(zhì)內(nèi)后磁場為Β2。在兩種不同磁介質(zhì)的分界面兩側(cè),磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量B2n和切向分量B2t,磁場強(qiáng)度的法向分量H2n和切向分量H2t，滿足下列的邊界條件:
[0047](I)磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量連續(xù)，而磁場強(qiáng)度的法向分量不連續(xù):
【權(quán)利要求】
1.工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，包括探測裝置和磁化裝置；其特征在于:所述探測裝置包括探頭架和探頭；所述探頭內(nèi)部設(shè)置以復(fù)數(shù)個霍爾傳感器排列組成的霍爾傳感器陣列；所述探頭安裝在探頭架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:所述探頭架的中央為容納被測管道通過的圓形通孔；所述探頭沿圓形通孔的邊緣環(huán)繞排列，探頭環(huán)繞排列成的圓環(huán)直徑與被測鋼管直徑相適配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:所述探頭內(nèi)部設(shè)置以復(fù)數(shù)個霍爾傳感器緊密連續(xù)排列組成的一組霍爾傳感器陣列；復(fù)數(shù)個所述探頭沿圓形通孔的邊緣環(huán)繞排列；全部探頭環(huán)繞排列成的圓環(huán)直徑與被測鋼管直徑相適配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:所述探頭為2-8個。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:所述探頭架還包括探頭張合機(jī)構(gòu)；所述探頭張合機(jī)構(gòu)包括圓心彈簧和電磁吸合裝置；所述探頭的內(nèi)端與探頭架連接，探頭的外端與電磁吸合裝置連接；所述圓心彈簧壓迫探頭貼緊被測鋼管表面；所述電磁吸合裝置通電后即將探頭的外端向外周提起并張開。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:還包括機(jī)架、滑槽和導(dǎo)軌，所述滑槽固定在機(jī)架的上部，所述導(dǎo)軌固定在機(jī)架的底部；所述探頭架插入滑槽及導(dǎo)軌構(gòu)成的空間內(nèi)；探頭架可在滑槽和導(dǎo)軌中抽拉更換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:所述磁化裝置包括磁化線圈和由磁性材料制成的聚磁圓環(huán)；所述磁化線圈為單個的磁化線圈；所述聚磁圓環(huán)與磁化線圈間隔設(shè)定的距離且與磁化線圈同軸；所述聚磁圓環(huán)通過以磁性材料構(gòu)成的磁路連接到磁化線圈；所述探頭位于磁化線圈與聚磁圓環(huán)之間；所述探頭與聚磁圓環(huán)的距離為50?100mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:所述磁化裝置還包括線圈支架、底板、支持柱，所述線圈支架、底板、支持柱均由磁性材料制成；所述磁化線圈固定在線圈支架上，所述聚磁圓環(huán)固定在支持柱上端，支持柱下端固定在底板上；所述線圈支架、底板、支持柱構(gòu)成由磁化線圈連接到聚磁圓環(huán)的磁路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:所述磁化線圈的內(nèi)徑設(shè)有磁性材料制成的芯環(huán)，使磁化線圈成為帶鐵芯的磁化線圈；所述聚磁圓環(huán)由多層的同心圓環(huán)構(gòu)成，同心圓環(huán)由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各層同心圓環(huán)依各自半徑大小由外而內(nèi)層疊構(gòu)成一個整體的同心圓環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任何一項所述的工業(yè)管道壁厚全覆蓋監(jiān)測裝置，其特征在于:所述磁性材料為軟鐵磁性材料。
【文檔編號】G01B7/06GK203534512SQ201320474945
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】何箭, 陳彬, 何輔云, 何勝兵 申請人:合肥中大檢測技術(shù)有限公司