油气管道通径检测器过弯性能分析.pdf

2 0 1 5年第 4 4卷 第 5期第 6 7页 石 油 矿场机 械 OI L F I EL D EQUI PME NT 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 5 0 5 0 0 6 7 - 0 5 油气管道通径检测器过弯性能分析 李晓龙 ， 张仕 民， 焦 泉 ， 张 康 ， 陈优 良 中国石油 大学 北京机械 与储 运工程学院 ， 北京 1 0 2 2 4 9 摘要 通径检测器在解决石油管道安全隐患方面发挥着重要作用。在检测弯管段时， 通径检测器存 在通过性差、 里程 累计误差以及误检测等问题。分别对通径检测器的弯道通过性能 以及过 弯时检 测臂 的特 性进 行 了分析 ， 得 出了能够顺 利过 弯的骨 架 最 大长 度 范 围值 。 总结得 出周 向检 测臂 在 过 弯过 程 中的倾 角变化规 律 ， 并在 此基础 上提 出 了一种 新型 的 弯道判 定 算法 ， 有 效地 避免 里程 累计 误 差 以及误检 测现 象的 出现 。 关键 词 油 气管道 ； 通径 检测 器 ； 过 弯特 性 ； 识别 算 法 中 图分类 号 T E 9 7 3 文 献标 识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 1 - 3 8 4 2 ． 2 0 1 5 ． 0 5 ． 0 l 5 Ana l y s i s f o r Cha r a c t e r o f Ca l i p e r Pi g Pa s s i n g Th r o u g h Cu r v i n g Pi p e l i n e L I Xi a o l o n g， ZHANG S h i mi n ， J I AO Qu a n， ZHANG Ka n g， CHEN Yo u l i a n g C o l l e g e 0 _，Me c h a n i c a l a n d T r a n s p o r t a t i o n E n gi n e e r i n g， C h i n a U n i v e r s i t y o J ’ Pe t r o l e u m Be i j i n g ， B e i j i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a Ab s t r a c t As a ne c e s s a r y t o ol us e d f or pi p e l i n e i n l i ne i ns pe c t i o n， c a l i p e r pi g pl a y s a n i mpo r t a n t r o l e i n s o l v i n g t h e p r ob l e m of po t e n t i a l d a n ge r o f p i pe l i ne ．Owi ng t o t he pr o bl e m o f b a d p a s s a b i l i t y， t he m i l e a ge a c c u m u l a t i o n e r r o r a nd e r r o r d e t e c t i on， i n t hi s p a pe r， t h e a bi l i t y a nd c ha r a c t e r a r e r e s pe c t i ve l y s t ud i e d whe n c a l i p e r pi g pa s s t hr ou gh c ur v i ng pi p e l i n e ．Thr ou gh a n a l y z i n g t h e p r oc e s s o f c a l i p e r p i g p a s s t hr ou gh t h e c ur v e pi p e l i n e， t he ma xi m a l l e n gt h o f t he c a l i pe r s ke l e t o n “” 卜 “ 一“ 一“ “ 一 “ 一 - - 卜“- - 卜 “- - 卜 “ _“ “ 一 “ 一 3 结 论 1 通过 3种 分注 工具 的数值 模 拟分 析及 室 内 对 比评价 ， 流线 型 环 形 降压 槽 式 分 注 工具 的投 捞 成 功率 最 高 、 节 流压 差 最 大 、 黏 损 率 最小 ， 具 有较 大 优 势 ， 可更 好地 提高 二类 油层 的动用 程度 。 2 该分 注 工具 也 可 用 于 其他 油 田 ， 具 有 广 阔 的发 展前 景 。 参考文献 [ 1 ] 王 文明． 测井参数 定量化 技术在榆 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t he c u r ve p i p e l i ne wa s a l s o c o nc l u de d ．On t h e ba s i s o f i t ， i n t hi s pa pe r， a n e w i d e nt i f i c a t i on a l g o r i t h m wh i c h wa s u s e d t o i d e n t i f y t h e c u r v i n g p i p e l i n e wa s p r o p o s e d a n d t h e j u d g me n t a l g o r i t h m e f f e c t i v e l y a vo i d e d t he phe no me no n of m i l e a g e a c c u m u l a t i o n e r r or s a nd de t e c t i o n e r r or s ． The s t ud y i n t h i s p a p e r h a s s o me g u i d i n g s i g n i f i c a n c e f o r t h e i n t e r n a l p i p e l i n e i n s p e c t i o n ． Ke y wo r ds o i l a n d g a s pi p e l i n e； c a l i pe r pi g； t he c h a r a c t e r o f p a s s t hr ou gh c ur v i ng pi p e l i ne ； i de nt i f i c a t i o n a l g o r i t h m 随着 中国油气探 明储 量 的增 长 以及全 国油气 整 体 供应需 求 的增 大 ， 油 气 管道 的建 设 得 到 飞速 的发 展 。国家“ 十二 五” 规 划纲要 在加 强能 源输 送通 道建 设 的 内容 中明确 指 出 ， “ 要优 化 能 源 开 发 布局 ， 完 善 石油储 备体 系 ， 加快 西 北 、 东 北 、 西 南 和海 上 进 口油 气战略通道建设 ， 完善 国内油气 主干管 网” 。目前 ， 我 国近 8 O 的原 油 、 2 0 的成 品油和 9 5 以上 的天 然气都是通过管道运输的， 管道一旦发生事故 ， 会直 接或 间接对 社会 经 济和 生态环 境造 成 巨大影 响 。鉴 于管道安 全事故危 害的严重性 、 维 护管道 安全 的重要 性 以 及管 道 内检 测 对 于 防止 管 道 事故 的有 效 性 ， 从 2 0 0 0 年起， 国家颁布了 中华人 民共和国石油天然气 管道保 护法 、 石油 天 然气 管道 安 全规 程 、 石 油 天 然气 管道 安全 监 督 与 管 理 暂行 规 定 等 相 关 法 律 法 规 ， 对 全 干 线 油 气 管 道 的 安 全 检 测 提 出 了 明 确 要求 。 管道完整性检测的方法有很多， 其 中管道 内检 测技 术是 最 经 济 、 有 效 的 技 术 之 一口 。 。按 其 检 测 原理 可 以分 为无 损检 测技 术 和接触 式检 测技 术 。其 中 ， 无 损检 测 主要 包 括漏 磁 检 测 、 超 声 波 检 测 、 电涡 流检测等技术 ， 该类检测器的特点是检测精度高 、 价 格 昂贵 、 后 期数 据处 理繁 琐 等 ， 可 以实 现细 小腐蚀 坑 以及 裂纹 的检 测 。接触 式检 测技 术主要 包 括通 径检 测器 ， 其 中根 据检测 臂 的不 同可 以分 为轮式 、 杆 式 以 及探针式 ， 该类 内检测器 的特点是检测精度相对较 低 、 经济性 高 、 后 期数 据 处 理 简 单 直 观 ， 主 要针 对 管 道 大缺 陷 以及 大 变形 的检 测 。鉴 于通 径检 测器 的以 上 特点 ， 其被 广泛 应 用 于 管 道 的基 线 检 测 以及 管道 大 变形 检测 领域 l 1 ] 。 对 于 通径 检 测 器 ， 其 过 弯道 性 能研 究 具 有 重要 意义 。首先， 弯道决定 了通径检测器的管道运行通 过性 能 ， 通 过性 差会 产生 卡堵 等现 象 。其次 ， 过 多的 弯道 将 引起管 道 里 程误 差 的 累积 。此 外 ， 由通 径 检 测器 的检 测原 理 可知 ， 其 通 过 弯 道 时 可 能会 产 生 误 检 测现 象 ， 即将 弯道误 识别 为管 道大 变形 ， 造 成不 必 要的开挖损失。鉴于以上分析 ， 本文将结合通径检 测器的检测原理 ， 对其过弯性能进行分析， 有效地避 免内检测器遇卡、 里程误差 累积以及管道大变形误 检测 等现 象 的产生 。 l 通径检测器 弯道通 过性分析 通 径检 测器 的基 本结 构主 要 由防撞 头 、 骨 架 、 皮 碗 、 里程轮 、 数据采集单元 、 数据处理单元 、 检测臂以 及 发射 机 等 组 成 l 1 引。其 结 构 尺 寸 除 了需 要 考 虑 强 度要 求 、 内部 数据采 集及 控 制系 统尺 寸外 ， 弯道 通 过性 能也 是一个 关键 因素之一 。 目前 国 内大部分 石 油天然气管道的弯道 中心线 曲率为 4 ～6 D D为 管道 外径 尺寸 ， 通 径检 测 器 的骨 架 结 构 如 图 1 a 所 示 ， 在进行 弯 道通过 性 分析 时可 以将其 简 化 为 图 1 b 所示 结构 。 防撞 法兰 刚性骨架 L 一g 一一 ． 一 l a 结构 不恿 b 简 化模 型 图 l 清 管器骨架 示意 图 2所示为管道通过性分析示意图。由几何关 系可 知 忽 略壁 厚影 响 0 一 0N M N 。 1 R 。 一 z R一 6 z 2 由式 1 ～ 2 可 以得 到式 3 a ⋯ 一2 ／ D--b b 2 R 3 式 中 a为通径 检 测 器 骨架 长 度 ； b为通 径 检 测 器 骨 架 直径 ； D 为管 道外 径 忽 略壁 厚影 响 ； R 为 弯道 处 管 道 中心线 曲率 半径 。 图 3 所 示为 弯道 处不 同角度 的管 道截 面轮 廓线 图 。在 图 3中 ， 将竖 直 平 面 定 义 为 O 。 截 面 。 以此 类 推 ， 分 别将 与竖 直平 面 夹 角 为 y的平 面定 义 为 y平 面 。 由图 2中可 以看 出 ， 当通 径 检 测 器 运 行 至 弯道 处 时 ， 所 有截 面 的轮廓 线均 相交 于 A、 B两 点 。 随着 a平面角度 的增大 ， 弯道处截 面轮廓线 的长度不断 第 4 4 卷第 5 期 李 晓龙 ， 等 油气 管道 通径 检测器过弯性能分析 4 结 论 l 检测臂角度测量 提取一对检测臂 角度值 a 、0 0 将一对测量值带入公式 5 、 6 进 行旋转 角度 口估算 ● ● 将口带入公式 7 、 8 进行角度差 、角度 和计算 l 测 量 值 一 计 算 值 I≤ 6 I 是 l 否 b 未安装有陀螺仪 图 9 弯道判断流程 1 本 文 针对通 径检 测器 在实 际检测 运行 过程 中存在的通过性差 、 易产生里程累积误差 以及误检 测等 问题 ， 分别 对通 径 检 测 器 的 过弯 通 过 性 以及 过 弯时 检测 臂特 性进 行 了 分 析 ， 提 出 了满 足 通 径 检测 器过 弯要 求 的最小结 构 尺寸 。 2 结合 通径检 测 器检测 臂过 弯时 角度 变化规 律， 提 出了一种新型的弯道识别算法， 极大地提高了 管道 弯道 处 的识别 准 确 率 ， 有 效 地避 免 了误 检 测 现 象 的发生 。 3 随着 国 内油 气 管 道 建设 步 伐 的 不 断 推进 ， 无论是新建管线的基线检测还是老管线的周期线检 测， 通径检测器都具有很大的市场应用价值。但是 ， 目前 对于 通径 检测器 在 管道 内部 固有特 征识 别方 面 研究 较少 ， 因此 本 文基 于 此 提 出 了通 径 检 测 器 弯 道 识别 算法 ， 有效 地实 现 了管道 内部 固有特 征 的识别 。 4 该 弯道识 别算法是本 文的创新技术 。但 是 ， 目前该 技术 是 以通 径 检 测 器 检测 臂 的运 动 规 律 为研究基础， 仅适应 于通径检测器检测过程 中的弯 道识 别 。本 文 提 出的识别 算法 仅是 通径 检测 器在 理 想运 行状 态下 的分 析 结 果 ， 因此 与实 际检 测 臂 的 运 行 规 律可 能会存 在差 别 。在今 后 的研究 中需 要考 虑 通径 检测 器 由于结 构尺 寸 以及 运行 速度 等 因素引起 的重心偏移影响。此外 ， 该算法未进行试验验证 ， 其 识别精度和准确性有待于检验和提高。以上问题将 是 下 一步研 究 工作 的重 点和难 点 。 参考文献 [ 1 ] 石永春 ， 刘 剑锋 ， 王文娟 ， 等． 管道 内检测技术 及发展趋 势[ J ] ． 工业安全与环保 ， 2 0 0 6 ， 3 2 8 4 6 4 8 ． [ 2 ] 田瑛 ， 甄建 超 ， 孙春 良， 等． 我 国油气管道建设历 程及发 展趋势[ J ] ． 石油规划设计 ， 2 0 1 1 ， 2 2 4 4 - 8 ． [ 3 ] 张剑波 ， 袁 超红 ， 等． 海 底管 道检测 与维 修技术 E J ] ． 石 油矿场机械 ， 2 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i d e Di a me t e r Of Co n d u i t US 6 8 9 5 6 8 1 B 2 E P ] ， 2 0 0 5 0 5 2 4 ． [ 1 5 ] C l a u d i o C a me r i n i ， J e a n P i e r r e v o n d e r We l d ， Mi g u e l Fr e i t a s， e t a 1 ．Fe e l er Pi g a Si mpl e W a y t o De t e c t a nd S i z e I n t e r n a l C o r r o s i o n [ C ] ／ ／I n t e r n a t i o n a l P i p e l i n e Co nf e r e nc e， Ca l g a r y， Al b e r t a， Ca na d a，Se pt e mbe r 2 9 Oc t ob e r， 20 08， p ap e r no． 6 46 26 ． [- 1 6 ] C l a u d i o C a me r i n i ， Mi g u e l F r e i t a s ． F e e l e r P i g A N e w T o o l f o r Mu l t i S i z e P i p e l i n e I n s p e c t i o n [ G] ． E C N DT 2 OO 6 一 TU．3 ．1 ． 4． [ 1 7 ]J e f f r e y S ， K e v i n W． P i p e l i n e C a l i p e r P I G US 5 0 8 8 3 3 6 [ P ] ． 1 9 9 1 0 9 0 4 ． [ 1 8 ]J e f f r e y S ， Ke v i n W． P i p e l i n e C a l i p e r P I G US 4 9 5 3 4 1 2 [ P ] ． 1 9 9 2 0 2 1 8 ． [ 1 9 ]D e n n i s R ． S mi t h ． B e n d D e t e c t o r P I G US 4 9 3 0 2 2 3 [ P ] ． 1 99 O O6 一 O 5 ． [ 2 O ] D w a n e 0 ． L a y mo n ， J a me s M． B e r r y ． B e n d D e t e c t o r F o r A P i p e l i n e P I G US 4 6 2 8 6 1 3 [ P ] ． 1 9 8 6 1 2 1 6 ． [ 2 1 ] D e n n i s R ． S mi t h ． B e n d D e t e c t o r P I G US 4 7 8 0 9 6 2 [ P ] ． 】 98 8 一 】1 一 O 】．