X射线管道爬行器的研制

1、X射线管道爬行器的研制摘要：以苏丹输油管道工程无损检测为实例，介绍了三用型X射线管道爬行器的根本原理与应用效果，介绍了详细的研制过程，包括硬件和软件设计过程中应该考虑的一些关键问题，并将辐射场反愧内定时等新方法应用于管道爬行器。通过大量的理论检验和技术数据比照，证明此爬行器具有经济、高效的特点。Suary:TakeSudaniltransprtatinpipelineEngineeringfrexaple,dearipingtheprieprinipleresultsfx-rayraleriththereusefulays.Anddetaildevelpentithsekeyfatrsinha

2、rdaresftaredesign,atthesaetieuseradigraphifieldfeedbak,innertiingapipelineralerithaltffattesttehnialdata,itissurethatthisralerhastheenifastprperty.一、前言随着我国石油工业的全面开展，对外承揽石油基建工程的增多，由我国承建的第一条国外大型输油管道苏丹输油管道工程于一九九八年开场建立，这条管道全长1500公里，直径28英寸直径711，工期一年，要求管道对接焊缝100%射线检测，总检测量将达15万道口以上。这是一项国际投标工程，假如仍然采用国内惯用的施工

3、手段，定向射线机双壁单影法检测，无论从施工速度、人员数量还是造价上，都完全不具备竞争才能。唯一可行的方法就是采用射线管道爬行器拍片，而由于壁厚及标准的原因射线管道爬行器在此难以适用，只有采用X射线管道爬行器，它采用内曝光，具有底片质量好、速度快等优点，但需要进口，价格昂贵，日常维护工作量大且维修困难。在这种情况下，我们研制出了X射线管道爬行器，并成功地大范围的在苏丹输油管道建立中投入了试运行，理论证明，操作维护简单，工作稳定可靠，定位精度满足使用要求，照相质量符合美国API1104-94标准，完全到达进口产品的使用效果，成功地取代了进口产品。二、国内外技术概况根据文献资料调查，国外对射线管道爬

4、行器的研究多年，技术相对较成熟，并已经有系列产品出售，主要国家有法国、英国、美国、比利时等。在国内根本处于研制阶段，未见大范围推广应用及产品出售。在国内，射线照相检测目前仍然主要依靠射线探伤机与射线探伤机在管道外面通过双壁透射进展，因双壁单影透照厚度增加必需增大管电压，焦距长又必需增加曝光时间，所以不但底片灵敏度欠佳，而且检测效率与内曝光相比也非常低下。目前，在国内有外国产品的代理商，一台进口射线管道爬行器的价格约100万元人民币，一般无现货，订货期最少三个月，不但价格昂贵，售后效劳问题也难以得到及时有效地解决。我们已经于1997年研制成功了首台射线管道爬行器，并已通过局级鉴定，到达了国内领先

5、的程度。此外，公司还有10年以上应用进口射线管道爬行器的经历，在此根底上开发研制射线管道爬行器已经不存在技术性障碍。在国外，长输管道100%射线检测早已普遍采用，国内也正向这个方向开展，因此，用目前的管外透照已难以满足检测工作量迅速递增的现状，假如参加国外工程施工就更是必须改良现有的检测手段，使其能满足检测效率上的需要。三、总体设计1、总体方案确实定在为期三个月的调研过程中，查阅了近期国外爬行器厂家的有关技术资料，对现有的进口X射线管道爬行器的性能、控制方法、适用范围、工作条件等进展了比照分析。并到国内有关探伤设备的消费厂家进展了考察，确定了如下方案：1.1主体主要分为三大局部：电动车含控制局

6、部、射线机局部、充电电源车(专为射线机供电)局部。整机电路方框图见图1。图略这种分体式设计有利于搬运及多功能的实现：当需要改为射线爬行器时，可以用射线电动发/收机构取代射线机和充电电源车局部。当需要作为救护车使用时，可以用救护车局部取代射线机和充电电源车局部。其中：电动车局部采用电池驱动的直流电动机带动减速机构制作；射线机局部采用专门研制的直流供电型周向射线机；充电电源车局部采用阀控密封免维护蓄电池串联组成。图1整机电路方框图图略1.2爬行器设计主要技术指标表1技术工程技术指标适用管道直径711运行速度15/in爬行间隔 8k爬坡才能10定位精度2.5工作温度-10+50X射线参数160kV/

7、3A累计可曝光时间80in2、设计2.1、根本原理射线管道爬行器主要由机械行走局部、射线发生局部、定位传感器、逻辑控制器、电源及管道外部的遥控定位用指令源等组成，它是一种自动化射线产生装置，由机械行走局部带动射线发生装置在管道内部行走，在管道外对接焊缝处贴X射线专用胶片和标记，通过管道外部遥控装置的配合，可以在管道内定位及曝光，从而对管道对接环焊缝进展X光透照，实现管道对接环焊缝的无损检测，另外，还可以通过遥控控制爬行器的前进、后退、休息等动作。2.2、硬件设计硬件设计包括：机械行走局部、射线发生局部、定位传感器、控制器(电路)局部、电源局部和自动救护车局部。机械局部：由电动车机体，充电电源车

8、机体，24V直流电动机，减速器，胶轮，轮轴及连接附件组成。整机连接见图2。图2X射线管道爬行器整机连接示意图图略充电电源车:选用1厚不锈钢板，经冲压焊接而成，要求本身有一定刚性不易变形，安装耐磨材料车轮，整体长度根据电池体积决定，不能过长，以免增大转弯半径和增加运输难度。电池接线方法见图3。图3电池接线示意图图略射线机局部：由我方提出设计及接口要求交由射线机专业消费厂家制作。详细要求是：直流高压直接供电，固定管电压160kV，管电流3A，取消A/D局部，改变高压包参数，提供故障反应信号，散热风扇按需自动翻开及自动延时关闭，以节省电力。控制台体积要小且与射线机头一体化安装，构造上采取防尘设计。定

9、位传感器局部：在我们1997年开发成功的射线爬行器研制过程中已根本得到解决。对于其中的抖动、误动问题可以在程序设计中进展容错处理，从而降低其设计复杂性。因运输途中振动很大，所以制作工艺要求较高，元器件严格挑选，并采取防振措施1。控制器(电路)局部：通过研制射线爬行器的经历，继续采用原可编程控制器FX0系列20点继电器输出型，具有体积孝供电方便、可靠性高的特点。电路布线方面尽量简单化、以方便维护，就近安排强电部件，将强电与弱电别离，以免造成对控制系统的干扰2。电动车供电：考虑到控制器供电方便和电动机供电时间的要求，电动车电源采用24V直流电源。使用一套100%充足电的38安时电池，行走速度18米

10、/分钟，平均工作电流4安培计算，可以连续爬行约7.6小时80%放电容量，爬行间隔 8208米。爬行间隔 远是一项重要特色，这样可以适应一台爬行器工作在几个工作面轮流工作和“二接一间隔检测的施工技术要求。射线机供电：射线管道爬行器供电方式有四种：a.燃油发电机供电b.直流逆变器供电.有线电缆供电d.纯直流高压供电。目前的开展趋势是纯直流高压供电方式，这种供电方式具有电源效率高、无噪音、重量轻、使用灵敏方便等优点。所以，从技术进步角度出发，选用纯直流高压供电为好，经综合考虑，直流电压选择120V，这样便于射线机和充电电源车的设计。自动救护车局部：利用汽车雨刷器12V直流电动机通过涡轮涡杆传动带动提

11、升臂制作，要求升降到位可以自停。此局部作为一个单独局部，当需要时再与任意一台普通爬行器的电动车相连接而组成自动救护车，并采用了“即插即用的控制方式，在转换为救护车时无需另外的转换开关加以控制。用于当因电源供应问题或驱动电机故障而不能运动的爬行器的救护，可以自动将故障爬行器拖出管道。此外，在充电电源车-射线机电动车之间的挂接环节上参考了国外的设计，作到了既方便挂接、运行灵敏又不影响定位精度。2.3、软件设计主要包括：运行过程程序化描绘和PL程序编制。运行过程程序化描绘，就是根据实际工作要求和现场积累的工作经历，作出用户需求分析，在控制器内部通过编制程序对外设进展时间上的操作安排，外设包括：定位传

12、感器、按键、指示灯、警报器、定时器、电动机继电器组、射线机、自动救护车等。程序设计采用梯形图语言编制流程图，利用手持式编程器调试。详细程序梯形图A4纸17页略在软件方面设计了定位传感器故障、定时器故障、射线机故障等容错才能，可在一定程度上自修复或保护退出管道，最大限度地防止了割管的发生。同时，我们还设计了一种首创的新技术，使爬行器在工作过程中的曝光时间可以通过管道外部遥控调整，为壁厚变化的管道检测提供了方便。此外，还预先设计了管内积水传感器、电流过流传感器等1配套程序，以利于以后的功能扩展；四、性能试验经实测其数据如表2所示：表2技术工程技术指标适用管道直径400-1200运行速度18/in最

13、大爬行间隔 10.8k最大爬坡才能15定位精度2.0最小转弯半径10DD为管道直径工作温度+72苏丹输油管道施工现场管道内部气温X射线参数160kV/3A可曝光累计时间82in电动车电压D24V射线机工作电压D120V射线机工作电流6A五、结论经过长达一年时间的试验运行，理论证明，各项技术性能指标已经到达了原设计的要求。成功地实现了以国产取代进口，节约了大量的外汇。效率与双壁单影透照相比至少进步8倍以上，下面表3为实测数据：表3名称工作时间(小时)日工作量(焊口)日本理学3001218ZP2爬行器6(前进)+6(回退)130与进口产品相比，价格优势明显，仅仅相当于进口产品的1/5，而且日常维护、维修方便，维修配件有保障，下面表4为实际数据：表4比照工程产品型号自研(ZP2)进口(IRIS10)重量130(千克)133(千克)长