X射線爬行器磁定位系統(tǒng)在管道檢測中的應用

寧孝文，張 健，張金光，康 華

（1.徐州東方工程檢測有限責任公司，江蘇徐州 221008；2.中油管道物資裝備總公司，河北廊坊 065000）

X射線爬行器磁定位系統(tǒng)在管道檢測中的應用

寧孝文1，張 健2，張金光1，康 華1

（1.徐州東方工程檢測有限責任公司，江蘇徐州 221008；2.中油管道物資裝備總公司，河北廊坊 065000）

原有的管道X射線爬行器應用γ射線源定位系統(tǒng)，而γ射線對人員和環(huán)境都會產生危害，因此我們對其進行了改造，采用磁定位系統(tǒng)取代γ射線定位系統(tǒng)。改裝的X射線爬行器在西氣東輸二線管道檢測中應用，證明改裝設備性能良好，控制技術達到γ射線源定位系統(tǒng)的技術指標。

放射源；磁定位；管道爬行器

0 引言

由于放射性同位素γ射線源對環(huán)境和人員產生很大危害，因而對其使用管制越來越嚴格。管道爬行器定位控制技術近年發(fā)展很快，目前已完全可以用磁定位控制技術替代γ射線源定位控制技術， 采用磁場取代γ射線透射管壁，其定位控制精度和穩(wěn)定性與使用γ射線源相當。

用管道爬行器磁定位系統(tǒng)替代γ射線源定位系統(tǒng)，有利于減輕人員勞動強度、消除γ射線源對人員、環(huán)境的危害，免除放射性同位素γ射線源在轉移、使用中煩瑣的注冊登記等手續(xù)，在促進安全生產和環(huán)境保護等方面具有重要意義。

1 磁定位控制系統(tǒng)

檢測施工單位管道X射線爬行器使用量大，使用環(huán)境復雜，為適應技術發(fā)展和對環(huán)境、人員保護及生產安全要求，對現(xiàn)有管道爬行器進行定位控制系統(tǒng)改造，將原有的 “γ射線源定位控制系統(tǒng)”改裝成 “磁定位控制系統(tǒng)”。

該項技術目前已成熟，并已投入現(xiàn)場應用。其原理是：在管道內運行的爬行器檢測管道外控制磁場的有無 （其磁場應達到一定強度），并對該磁場進行識別和放大整形后控制爬行器完成相應的動作。

其中的關鍵技術是：

（1）控制系統(tǒng)的定位精度。

（2）磁場穿透最大管壁厚度。

（3）控制磁場的強度和穩(wěn)定性。

（4）磁定位接收檢測電路的靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性。

（5）抗干擾能力。

磁定位接收器是整個系統(tǒng)的核心部分，直接關系到磁定位系統(tǒng)的抗干擾能力、靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性。其工作原理如圖1所示，供電電源電路如圖2所示。

磁傳感器建立在電磁感應原理基礎上，選用具有對低頻弱磁場放大作用的高導磁率的鈹莫合金做磁芯，繞制一定數(shù)量的線圈，采用靜電屏蔽和防潮處理。當磁場發(fā)生變化時，將使感應線圈產生感應電動勢。當感應線圈軸線平行于電磁場變化方向，即線圈軸線和磁場方向夾角為0°時，感應電壓為：

式中e——感應電動勢/V；

Φ——磁通量的變化/Wb；

t——時間/s；

f——磁場變化頻率/Hz；

N——線圈匝數(shù)/匝；

Ne——磁芯材料的磁導率/（H/m）；

Ho——磁場強度/T。

調整好管道爬行器的各項參數(shù)后，將其放入被檢管道中。操作人員在管道外部通過操作磁定位器，即可控制爬行器的前進、停止、曝光、等待及后退等動作。

2 磁定位系統(tǒng)的主要組成結構

磁定位能實現(xiàn)對管道內小體積目標物的遙測，其相關電子電路都容易實現(xiàn)，相關的電磁理論和眾多的磁場檢測方法為這種定位方法提供了很好的技術支持。就磁定位方法而言，又可分為靜磁場定位和交變磁場定位兩種，本文論述的磁標記定位法屬于交變磁場定位。此系統(tǒng)由兩部分組成：一是磁場發(fā)射器；二是磁場接收器 （也叫磁傳感器），它主要由感應線圈、磁芯、信號調理放大電路組成，其輸出信號為數(shù)字信號，特性較為平坦。用于長輸管道現(xiàn)場檢測的磁定位系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

磁場發(fā)射器的直流電動機通過減速器帶動永磁體，產生一個低頻 （f<10 Hz）的交變磁場，在此交變磁場的作用下，管壁母材內部生成一個渦流，在渦流的作用下，管壁的內表面附近空間出現(xiàn)一個微弱的交變磁場。當管道爬行器帶著磁傳感器行走到附近，由于磁感應器為感應線圈式，根據(jù)電磁感應原理，感應線圈先將交變的磁信號轉換為電信號，此感應電動勢很小，只有毫伏級 （mV），經過后級信號處理電路在強大的背景噪音中提取有用的電信號，再經過信號放大，控制一個開關信號的輸出，進入可變程序控制器PLC輸入端，進而控制爬行器的各項功能。試驗結果表明：磁傳感器能準確測量到交變磁場信號，具有分辨率、穩(wěn)定性和精度高以及測量范圍寬的優(yōu)點。磁傳感器還適用于非導磁環(huán)境，具有通用性。

使用磁定位來控制爬行器，與放射源的定位在形式上是一致的。都需要有在管道外部引導的定位器、管道內爬行器上的信號接收單元和對接收到的信號進行處理放大和整形的單元、為爬行器提供其可以識別的精確的定位信號。定位器是一個具有穩(wěn)定角頻率的恒定磁場源，從管道外部可控地向管內爬行器傳遞恒定磁場的設備，其動能和磁場的提供來源于該設備內部的高能電池、恒速電機以及永久強磁鐵。

3 應用效果

2008年10月在西氣東輸二線管道西段進行了長200 km、直徑1 219 mm管道的無損檢測作業(yè)，定位精度為±5 mm，達到了管道X射線爬行器的定位要求。2009年在國外工程中亞管道烏茲別克斯坦段A線和B線D 1 016 mm長輸管道的無損檢測中投入使用，設備運行情況良好。到目前為止，在D 323.7～1 219 mm的長輸管道無損檢測作業(yè)中拍攝了大量現(xiàn)場照片，質量優(yōu)良，未發(fā)現(xiàn)因定位不準出現(xiàn)底片白頭或底片黑度不均的情況。

4 結束語

磁定位控制技術適用于各種管徑的管道爬行器改造，其成本遠小于γ射線源定位控制系統(tǒng)，而且排除了γ射線源對人員和環(huán)境的危害及其在生產中的不安全因素，免除了γ射線源在轉移和使用中煩瑣的注冊登記手續(xù)，因而可以預見爬行器磁定位控制系統(tǒng)將逐步取代γ射線源定位控制技術，磁定位系統(tǒng)的應用必將給各個檢測單位帶來更好的經濟效益和社會效益。

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[4]柳楊，張森，李淑霞，等.管道爬行器的技術革新[J].石油工程建設，2009，（4）：76-77.

Application of Magnetic Locating System of X-ray Crawler in Pipeline Examination

NING Xiao-wen（Xuzhou Oriental Engineering Testing Company,Xuzhou 221008,China）,ZHANG Jian,ZHANG Jin-guang,et al.

The original X-ray crawler utilizes γ-ray locating system which has harm to personnel and environment,therefore the magnetic locating system was used to replace γ-ray locating system.The X-ray crawler with improved locating system has been applied in the Second West to East Pipeline and proved that the improved equipment has good functions and its technical specifications reach the level of γ-ray locating system.

radioactive source;locating system;pipeline crawler

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.018

寧孝文 （1958-），男，四川萬縣人，工程師，現(xiàn)從事無損檢測工作。

2011-04-01；

2011-11-28