路 陽(yáng) 洪 鶴

（1.中國(guó)石油天然氣第六建設(shè)有限公司，桂林 541004；2.撫順遠(yuǎn)宏石化設(shè)備科技開(kāi)發(fā)制造有限公司，撫順 113008）

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛的油氣長(zhǎng)輸管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)有漏磁檢測(cè)（Magnetic Fluxleakage Leakage，MFL）技術(shù)、超聲波檢測(cè)（Ultrasonic Testing， UT）技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)以及渦流檢測(cè)技術(shù)等[1]。旋轉(zhuǎn)式探測(cè)儀試驗(yàn)平臺(tái)是漏磁檢測(cè)技術(shù)必備試驗(yàn)平臺(tái)。將磁塊放到平臺(tái)上，磁塊自身會(huì)形成一個(gè)平行于管道軸線方向的強(qiáng)磁場(chǎng)。通過(guò)探測(cè)儀探頭與磁塊摩擦得到數(shù)據(jù)，若磁塊完好沒(méi)有缺陷，則磁場(chǎng)不會(huì)發(fā)生變化。一旦磁塊出現(xiàn)損傷缺陷，磁場(chǎng)會(huì)在該處發(fā)生波動(dòng)，通過(guò)濾波器、放大器等信號(hào)處理器后由計(jì)算機(jī)軟件分析變化信號(hào)，并與參考樣板對(duì)比，確定管道的缺陷信息參數(shù)。

常規(guī)的漏磁檢測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)有兩種：一種是固定磁塊，將探測(cè)儀與托盤設(shè)計(jì)成一體，旋轉(zhuǎn)托盤，使探頭與磁塊摩擦得到數(shù)據(jù)；另一種是固定托盤和探測(cè)儀，磁塊旋轉(zhuǎn)，使探頭與磁塊摩擦得到數(shù)據(jù)[2]。以上兩種試驗(yàn)平臺(tái)裝置體積大、重量大，不利于操作，且轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中設(shè)備振動(dòng)較大，同時(shí)磁塊裸露在環(huán)境中，受外界干擾明顯，得到的漏磁數(shù)據(jù)上下波動(dòng)較大，不能準(zhǔn)確反映磁塊的真實(shí)情況。由于管道所處的季節(jié)、地質(zhì)環(huán)境的不同，溫度、海平面高度、風(fēng)向、地震等因素會(huì)影響探測(cè)儀器的檢測(cè)精度與靈敏度，也會(huì)造成檢測(cè)結(jié)果的誤差，甚至?xí)?duì)檢測(cè)器造成損傷[3]。同時(shí)，根據(jù)檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷最后的數(shù)據(jù)，而目前的檢測(cè)診斷和分析只是停留在二維角度，還沒(méi)有立體層面的檢測(cè)分析，不能直觀觀察試樣缺陷的類型與補(bǔ)救措施，檢查結(jié)果分析不夠準(zhǔn)確。

1 結(jié)構(gòu)特征

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種帶有減振裝置、轉(zhuǎn)盤為轉(zhuǎn)動(dòng)臂式結(jié)構(gòu)的漏磁旋轉(zhuǎn)式探測(cè)儀試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)臂前端的探頭，使探頭與磁塊接觸摩擦產(chǎn)生漏磁，從而得到數(shù)據(jù)，如圖1 所示。

1.1 整體結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)式探測(cè)儀試驗(yàn)平臺(tái)包括支撐柱、圍板和探頭[4]。支撐柱的上端設(shè)置有減振橡膠墊，減振橡膠墊的上端設(shè)置有下蓋板，下蓋板的上端與圍板的下端固定，圍板的上端固定有上蓋板，下蓋板的下端固定有變頻電機(jī)，變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)軸穿過(guò)了下蓋板并且在圍板的內(nèi)部固定有連接軸套，連接軸套的一側(cè)固定連接有轉(zhuǎn)動(dòng)臂主件，連接軸套的另一側(cè)固定連接有配重塊放置倉(cāng)，轉(zhuǎn)動(dòng)臂主件連接有探頭。圍板的上端和下端的結(jié)構(gòu)設(shè)置有圍板上連接面和圍板下連接面，上蓋板和下蓋板分別通過(guò)螺栓連接并封閉在圍板上連接面和圍板下連接面上，圍板上連接面和圍板下連接面與圍板之間焊接有多個(gè)加強(qiáng)板。相鄰支撐柱之間連接有橫柱，支撐柱的下端設(shè)有多個(gè)膨脹螺栓孔。轉(zhuǎn)動(dòng)臂主件遠(yuǎn)離連接軸套的一側(cè)的內(nèi)部為中空狀，一個(gè)調(diào)節(jié)連桿插入到了轉(zhuǎn)動(dòng)臂主件內(nèi)，調(diào)節(jié)連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)臂主件皆設(shè)有多個(gè)位置相匹配的螺栓孔，螺栓孔插入有調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)連桿遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)臂主件的一端與探頭固定連接[5]。

1.2 減震結(jié)構(gòu)

減振橡膠墊為外周的中間部位直徑小于上下部位直徑的結(jié)構(gòu)，中部設(shè)有豎通孔，支撐柱的上端固定有上凸柱，下蓋板的下端固定有下凸柱，上凸柱和下凸柱插在豎通孔的內(nèi)部，上凸柱和下凸柱不接觸[6]。減振橡膠墊的作用為吸收變頻電機(jī)和探頭旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)，防止振動(dòng)使平臺(tái)變形，減小振動(dòng)的影響，且上蓋板為透明的材料。

1.3 探頭耐磨損設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證探頭的耐磨性能和工作時(shí)長(zhǎng)，測(cè)試旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)平臺(tái)的測(cè)試效果，將鑲嵌氧化鋯陶瓷片耐磨層的探頭安裝在旋轉(zhuǎn)臂主件上旋轉(zhuǎn)與試塊摩擦進(jìn)行磨損量試驗(yàn)。把漏磁塊安裝固定在試驗(yàn)平臺(tái)上，磁塊材料選用與輸油管道材料相同的Q235鋼，設(shè)定最大檢測(cè)里程為420 km，檢測(cè)速度為1.6 m·s-1，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到探頭損壞為止。由表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，探頭在不同檢測(cè)里程下的磨損量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算表明，鑲嵌有氧化鋯陶瓷片耐磨層的探頭平均磨損量為1.2 μm·km-1，能夠適應(yīng)長(zhǎng)輸油管道耐磨性能要求。與傳統(tǒng)的漏磁檢測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)相比，本設(shè)計(jì)具有安裝調(diào)節(jié)方便、旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)、減震性好以及探頭使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

表1 探頭耐磨性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.4 設(shè)計(jì)電機(jī)與控制器電路

電機(jī)與控制器連接電路，如圖2所示。電機(jī)和控制器選用撫順煤礦機(jī)電公司的YB系列隔爆型可逆式減速電機(jī)，功率200 W，螺旋齒輪驅(qū)動(dòng)。在變速啟動(dòng)過(guò)程中，變速器發(fā)揮重要作用，能夠使電機(jī)的啟動(dòng)更加平緩，能夠平穩(wěn)啟動(dòng)電流，減小燒壞控制卡的可能性。旋轉(zhuǎn)控制器接口J1的4腳起到了連接控制器的作用COM，5腳起到了控制器和電機(jī)的連接作用CW端[7-8]。當(dāng)COM和CW連接相通時(shí)，能夠起到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的減速作用。通過(guò)不同顏色來(lái)區(qū)分電機(jī)6芯電纜對(duì)電機(jī)進(jìn)行連接[9]。凸輪分割器選用轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，凸輪分割器和齒輪箱之間通過(guò)皮帶進(jìn)行連接。

1.5 耐磨探頭動(dòng)態(tài)試驗(yàn)信號(hào)采樣平臺(tái)設(shè)計(jì)

耐磨探頭動(dòng)態(tài)試驗(yàn)信號(hào)采樣平臺(tái)設(shè)計(jì)，如圖3所示。t0作為旋轉(zhuǎn)起點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)觸發(fā)信號(hào)ROTARY_MOVE到發(fā)出，中間有2 s的延時(shí)。通過(guò)第2觀測(cè)點(diǎn)t1時(shí)，CD4013B的輸出端Q2的觸發(fā)信號(hào)能夠使輸入端D2的信號(hào)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過(guò)S1的信號(hào)變成高壓信號(hào)。通過(guò)輸入R1的信號(hào)為低壓電流，通過(guò)第2個(gè)延時(shí)，在t2時(shí)CD4013B的輸出端Q1的信號(hào)變?yōu)楦邏弘娏鳎藭r(shí)電機(jī)可以啟動(dòng)。在t3時(shí)，隨著CD4013B的輸入端S2的通過(guò)低壓電流的信號(hào)，輸入接口R2的傳遞信號(hào)成為高壓電流，所以輸出端Q2的信號(hào)能夠變成低壓電流信號(hào)。在輸入接口S1的信號(hào)和輸入端R1的信號(hào)都為低壓電流，因此輸出端Q1此時(shí)的信號(hào)仍然保存不變，依然是高壓電流，此時(shí)電機(jī)保存運(yùn)轉(zhuǎn)。在t4時(shí)，光電信號(hào)此時(shí)發(fā)出指令，輸入端C1的信號(hào)此時(shí)完成從低壓到高壓的電流轉(zhuǎn)變。由于輸入端D1的信號(hào)為低壓電流，經(jīng)過(guò)延時(shí)，在t5時(shí)刻輸出端Q1的這種信號(hào)轉(zhuǎn)變成為低壓電流，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，形成一周的旋轉(zhuǎn)過(guò)程[10-13]。

2 性能特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)

漏磁旋轉(zhuǎn)探測(cè)儀試驗(yàn)平臺(tái)在中間電機(jī)的帶動(dòng)下，使帶探頭的轉(zhuǎn)臂進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。試塊安裝在平臺(tái)上方，與探頭進(jìn)行摩擦運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而檢測(cè)試塊的性能。

2.1 性能特點(diǎn)

（1）旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)平臺(tái)主體材料采用304不銹鋼，保證不與試塊發(fā)生磁反應(yīng)而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

（2）設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)平臺(tái)體積小、質(zhì)量輕，易安裝，試件、探頭等好更換，檢測(cè)可靠且操作簡(jiǎn)單；

（3）電機(jī)為變頻電機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、穩(wěn)定；

（4）減振橡膠墊的作用為吸收變頻電機(jī)和探頭旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生的振動(dòng)，防止振動(dòng)使平臺(tái)變形，減小振動(dòng)的影響且上蓋板為透明的材料。

2.2 技術(shù)參數(shù)

漏磁旋轉(zhuǎn)探測(cè)儀試驗(yàn)平臺(tái)主要的技術(shù)參數(shù)為設(shè)計(jì)壓強(qiáng)、工作溫度和工作范圍，具體如表2所示。

表2 主要技術(shù)參數(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)管道漏磁內(nèi)檢測(cè)器可靠性和壽命評(píng)估的需求，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)式探測(cè)儀試驗(yàn)平臺(tái)。該旋轉(zhuǎn)式探測(cè)儀試驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)安裝在擺臂上的探頭，擺臂旋轉(zhuǎn)使探頭與試件摩擦產(chǎn)生漏磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)，傳輸給計(jì)算機(jī)分析，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，解決了傳統(tǒng)平臺(tái)受外界環(huán)境干擾的問(wèn)題，且減震效果良好。除存在中空區(qū)域的缺陷異常點(diǎn)外，機(jī)械檢測(cè)球磁塊內(nèi)側(cè)和外側(cè)缺陷異常點(diǎn)的測(cè)量置信水平和準(zhǔn)確程度都較高。