葉 明

（勝利油田勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司，山東東營(yíng) 257073）

GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器技術(shù)及應(yīng)用

葉 明

（勝利油田勝利石油化工建設(shè)有限責(zé)任公司，山東東營(yíng) 257073）

文章介紹了自行研制的內(nèi)照法管道焊縫自動(dòng)爬行X射線探傷機(jī)的功能、組成結(jié)構(gòu)、工作原理、主要技術(shù)指標(biāo)、與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比較的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用情況等，指出該機(jī)具有適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)化程度高、定位方式靈活多樣、變頻調(diào)速控制和X射線機(jī)參數(shù)設(shè)置靈活、定位用同位素劑量小等優(yōu)點(diǎn)。

X射線探傷機(jī)；爬行器；內(nèi)照法；金屬管道

0 引言

目前，在國(guó)內(nèi)鋼質(zhì)管道施工中，多數(shù)采用X射線無(wú)損檢測(cè)來(lái)評(píng)定焊縫的質(zhì)量。而對(duì)鋼質(zhì)管道環(huán)焊縫的X射線探傷通常采用兩種方法：一種是外照法 （又稱為雙壁單投影照法），它是將X射線機(jī)置于管道外一側(cè)，將感光膠片置于另外一側(cè)，X射線穿過(guò)雙層管壁使膠片感光。存在的問(wèn)題是由于分段拍照，底片的各項(xiàng)性能指標(biāo)難以控制，焊縫缺陷投影有一定的幾何失真；同時(shí)，由于X射線輻射強(qiáng)度較高，人體防護(hù)困難，工作量大，效率較低。另一種是內(nèi)照法 （又稱中心照法），該方法是將周向X射線機(jī)置于管內(nèi)焊縫圓周圓心處，在管外環(huán)焊縫圓周表面布置膠片，X射線沿周向發(fā)射，直接穿透焊縫，將焊縫內(nèi)部情況正投影到底片上。因?yàn)閮?nèi)照法X射線輻射強(qiáng)度低，底片的各項(xiàng)性能指標(biāo)較統(tǒng)一，所以彌補(bǔ)了外照法的諸多不足。

上世紀(jì)90年代初，國(guó)內(nèi)外相繼推出了鋼管道內(nèi)照法拍片的X射線無(wú)損探傷設(shè)備，但各自都有些不足之處。例如，有的體積大，無(wú)法滿足中小口徑的管道探傷要求；有的定位方法單一；有的X射線輻射強(qiáng)度太高等。

為了解決上述問(wèn)題，勝利油田油建科威智能技術(shù)有限公司根據(jù)國(guó)家建設(shè)部的要求，開(kāi)展了 “管道焊縫自動(dòng)爬行X射線探傷機(jī)”的技術(shù)開(kāi)發(fā)研制工作。瞄準(zhǔn)國(guó)外前沿技術(shù)，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和模擬試驗(yàn)，不斷改進(jìn)和完善，研制出了適應(yīng)管徑范圍廣、定位方法靈活多樣、自動(dòng)化程度高、X射線輻射強(qiáng)度小的 “GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器”。

特別是GD-TS-159/200-AC型 “管道自動(dòng)爬行器”，它屬于超小型X射線探傷機(jī)，其X射線機(jī)外徑只有120 mm，是國(guó)內(nèi)較小管徑周向射線探傷的獨(dú)有技術(shù)，并獲得兩項(xiàng)國(guó)家專利，專利號(hào)分別為ZL 2 21 410.8和 ZL 99 11 2367.0。

1 GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器的功能、組成結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器的主要功能

GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器又可稱為管道自動(dòng)爬行X射線探傷機(jī)，其功能就是攜帶X射線探傷機(jī)在鋼管道內(nèi)對(duì)其對(duì)接環(huán)焊縫質(zhì)量進(jìn)行周向X射線無(wú)損檢測(cè)。

1.2 GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器的組成結(jié)構(gòu)

GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器由管內(nèi)作業(yè)部分和管外遙控部分組成。其中管內(nèi)作業(yè)部分是一臺(tái)機(jī)電一體化的作業(yè)小車，車上安裝著X射線機(jī)、PLC（可編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)、KV型無(wú)線遙控儀機(jī)載部件、定位用攝像系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)、變徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及蓄電池等主要部件。如用同位素定位，還需安裝同位素定位傳感器。

管外監(jiān)控部分包括KV型無(wú)線遙控儀的外部機(jī)、遙控器、圖像監(jiān)視器及蓄電池等部件。如采用同位素還需配備定位用的同位素源。

GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器的外型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3 GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器的工作原理

GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器的工作原理是：操作人員在管外通過(guò)KV型無(wú)線遙控儀的遙控器發(fā)出操作指令信號(hào)，如小車 “前進(jìn)”、 “后退”、 “停止”及 “工作”（X射線機(jī)啟動(dòng)高壓拍照）等指令，管內(nèi)作業(yè)小車的無(wú)線遙控儀機(jī)載部件接到指令信號(hào)后，經(jīng)處理傳送至PLC控制系統(tǒng)，PLC則按編程軟件控制相關(guān)部件，自動(dòng)把信號(hào)變成遙控指令的作業(yè)要求。

X射線無(wú)損探傷的工作程序是：操作人員先在待探傷的對(duì)接環(huán)焊縫的管外圓周按要求貼好底片，然后搖控管內(nèi)作業(yè)小車在管內(nèi)行走。同時(shí)，由管外監(jiān)視器來(lái)監(jiān)視作業(yè)小車的位置，當(dāng)監(jiān)視器屏幕上顯示出待探傷焊縫時(shí)，遙控小車在焊縫處準(zhǔn)確定位停車。此時(shí)，按下遙控器 “工作按鈕”，PLC即控制X射線機(jī)啟動(dòng)高壓，對(duì)焊縫外底片進(jìn)行360°周向曝光，一次即可完成一道焊縫的透照檢測(cè)。此項(xiàng)作業(yè)完成后，即可遙控小車?yán)^續(xù)前進(jìn)，再對(duì)下一道焊縫進(jìn)行投照檢查。如此重復(fù)作業(yè)，一次即可完成1 000 m左右的管道焊縫探傷作業(yè)。自動(dòng)爬行器的控制原理如圖2所示。

圖2 GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器控制原理框圖

2 GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器的規(guī)格型號(hào)及主要技術(shù)指標(biāo) （見(jiàn)表1）

3 GD-TS系列管道爬行器與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比較的技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)我們掌握的有關(guān)資料，GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品比較有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

3.1 適應(yīng)管徑范圍廣

GD-TS系列管道爬行器的4種規(guī)格型號(hào)的適用管徑為159～1 200 mm，基本覆蓋了國(guó)內(nèi)石油化工類大、中、小管徑的管道工程。特別是GD-TS-159/200-DC型管道自動(dòng)爬行器，其X射線機(jī)外徑只有120 mm。

表1 GD—TS系列管道自動(dòng)X射線爬行器的主要性能指標(biāo)

3.2 自動(dòng)化程度高

與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器的控制信號(hào)及圖像信息傳送采用了無(wú)線數(shù)字信息遙控傳送系統(tǒng)，而作業(yè)功能控制則采用了可編程邏輯控制 （PLC工業(yè)計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)。整機(jī)作業(yè)通過(guò)遙控器指令全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。管內(nèi)作業(yè)小車的拍照次數(shù)、遇障、遇水、電池欠壓或啟動(dòng)無(wú)高壓等信息均以狀態(tài)顯示碼顯示在操作面板上。如遇故障還有自動(dòng)保護(hù)、停車和自動(dòng)退出功能。因此，其自動(dòng)化程度優(yōu)于其他同類產(chǎn)品。

3.3 定位方式靈活多樣

與其他同類產(chǎn)品定位方式單一相比，GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器有無(wú)線遙控定位和同位素跟蹤定位2種方式供用戶選擇。

3.3.1 無(wú)線遙控定位

無(wú)線遙控定位方式可在監(jiān)視器上直接觀察到管內(nèi)作業(yè)小車和焊縫的位置，定位控制靈活，定位準(zhǔn)確可靠。而遙控用KV型遠(yuǎn)程無(wú)線遙控儀的發(fā)射功率為毫瓦級(jí)，因此對(duì)人體無(wú)任何傷害，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染，是一種綠色環(huán)?？刂品绞?。

3.3.2 同位素跟蹤定位

同位素跟蹤定位的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、可靠。由于GD-TS系列管道爬行器使用了高靈敏度同位素傳感器，因此，同位素源Cs137的活度為185 MBq（5 mCi），是國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品 740～3 700 MBq （20～100 mCi） 的 1/4～1/20。 這對(duì)于人身防護(hù)和保護(hù)環(huán)境是十分有利的。

3.4 驅(qū)動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)

在GD-TS系列管道爬行器的驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)的控制中，采用了脈寬調(diào)制無(wú)觸點(diǎn)換向行走控制系統(tǒng)，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了線性無(wú)級(jí)變頻調(diào)速，在爬行器前進(jìn)、后退行走轉(zhuǎn)換中，爬行器啟動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，速度由零逐漸加速到額定轉(zhuǎn)速，這樣可減少對(duì)系統(tǒng)中電子及機(jī)械零部件的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。目前在國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中，尚未見(jiàn)使用此項(xiàng)技術(shù)。

3.5 X射線機(jī)參數(shù)設(shè)置靈活

與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比較，GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器所用的X射線機(jī)在高壓電路中增加了電子升壓裝置，X射線機(jī)的工作電壓和曝光時(shí)間可通過(guò)爬行器面板以1 kV和0.1 mm的間隔連續(xù)可調(diào)，這樣可避免作業(yè)過(guò)程中因蓄電池電壓降低而影響曝光底片的黑度，使曝光底片的黑度值始終保持一致，以滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)要求。目前在國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品中，尚未見(jiàn)使用此項(xiàng)技術(shù)。

3.6 配備輔助救助設(shè)備

GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器均配備有GD-JZ管道爬行器救助車，如遇管內(nèi)異常情況或設(shè)備故障，管內(nèi)作業(yè)小車無(wú)法退出時(shí)，可用救助車將管內(nèi)作業(yè)小車救出來(lái)。這樣既不用管道割口又不損壞設(shè)備，可保證被測(cè)管道和爬行器完好無(wú)損。

3.7 具有良好的性能價(jià)格比

GD-TS系列管道爬行器所用的主要部件基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，造價(jià)較低，與國(guó)外同樣性能的進(jìn)口產(chǎn)品相比，其價(jià)格僅為進(jìn)口產(chǎn)品的1/3。

4 推廣應(yīng)用

GD-TS系列管道自動(dòng)爬行器自1999年通過(guò)國(guó)家建設(shè)部技術(shù)鑒定后，經(jīng)不斷改進(jìn)完善，已形成系列化產(chǎn)品和批量生產(chǎn)能力。到目前為止，已分別向大慶、新疆、勝利、大港油田和中石化集團(tuán)質(zhì)檢總站等兄弟單位提供47臺(tái)設(shè)備。各單位分別在西氣東輸管道、澀—寧—蘭輸氣管道、甬—滬—寧戰(zhàn)略儲(chǔ)備油管道、忠—武輸氣管道、荊—荊成品油管道、港—滄輸油管道、滄—淄輸氣管道、西南成品油管道、魯—皖管道、雙—蘭管道 （吐—哈管道）、春曉油田海上輸氣管道以及敖山—鎮(zhèn)海海底輸油管道等國(guó)家重點(diǎn)和大型工程中推廣應(yīng)用，檢測(cè)管道口徑159～1 016 mm。根據(jù)用戶反應(yīng)，使用效果很好，具體表現(xiàn)為：一是效率高，與傳統(tǒng)工藝相比可提高工效30倍以上；二是拍片質(zhì)量好，透照底片清晰度高，曝光均勻，符合國(guó)家JB 4730-1994標(biāo)準(zhǔn)；三是費(fèi)用低，內(nèi)照法比外照法單片成本降低60%左右；四是減少對(duì)人體輻射，采用內(nèi)照法，管壁起到屏蔽射線的作用，防護(hù)距離縮小，對(duì)人體輻射可減少80%以上。

Technique and Application of GD-TS Series Automatic Pipeline Crawler

YE Ming（Shengli Petrochemical Construction Co.,Ltd.,Dongying 257073， China）

The function,configuration,working principle,main technical specifications and application of the self-developed automatic crawler for pipeline welds internal X-ray irradiation detection are illustrated and compared with similar products at home and abroad.It is pointed out that the self-developed crawler has the advantages such as wide application range,high automatization level,agile and multiple positioning ways,variable frequency and speed regulation control,easy parameter setting of X-ray machine and small isotope dose for positioning.

X-ray detection machine;crawler;internal irradiation method；metal pipeline

TE973.6

B

1001－2206（2010）02－0117－03

葉明 （1964-），男，安徽穎上人，工程師，1997年畢業(yè)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)電子電力工程學(xué)院，現(xiàn)從事電子技術(shù)設(shè)計(jì)工作。

2010-01-08