工業管道壁厚全覆蓋監測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，包括探測裝置和磁化裝置；探測裝置包括探頭架和探頭；探頭內部設置以復數個霍爾傳感器緊密連續排列組成的霍爾傳感器陣列；探頭安裝在探頭架上。其中，探頭架的中央為容納被測管道通過的圓形通孔；探頭沿圓形通孔的邊緣環繞排列，探頭環繞排列成的圓環直徑與被測鋼管直徑相適配；探頭內部設置以復數個霍爾傳感器緊密連續排列組成的一組霍爾傳感器陣列；復數個所述探頭沿圓形通孔的邊緣環繞排列；全部探頭環繞排列成的圓環直徑與被測鋼管直徑相適配。本實用新型將管道壁厚變化轉化成管道外表面磁場強度變化，利用陣列化霍爾傳感器將管道表面的磁場變化全部轉化成壁厚信號。實現對鐵磁性管道全覆蓋壁厚監測。
【專利說明】工業管道壁厚全覆蓋監測裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種工業管道壁厚全覆蓋監測裝置。
【背景技術】
[0002]石油、天然氣、化工等系統中大量使用工業管道。工業管道由鋼管構成。在鋼管軋制中，某些固有的制造工藝導致鋼管壁厚異常及管壁缺陷:例如，如果高速進動中的心棒與外模不同心會造成鋼管壁厚異常及管壁缺陷問題；同樣，管道被使用一段時間后在一些地方壁厚也會減少。管道壁厚異常會造成管道爆裂等事故。我國很多油田在鉆探和開采過程中，由于管道質量問題引發一次事故的直接損失就可能達到數億元。
[0003]應用在石油領域的工業管道稱石油用管。國際上針對石油用管壁厚異常造成事故問題，最新的美國石油學會在API規范中強制規定:必須對石油用管的壁厚進行全長、全覆蓋檢測。
[0004]由于現有的超聲和射線測厚儀表存在操作安全防護和信號耦合可靠性問題，同時受探頭數限制，很難實現對管道的全覆蓋檢測。
[0005]可靠全覆蓋檢測管壁厚度差異或壁厚損失，需要研究、設計和開發嶄新的技術和裝備。
[0006]目前，國內外對于管道壁厚檢測技術主要有以下二種:
[0007](I)美國以NDC和OEM公司為代表，生產一種伽瑪射線壁厚檢測設備，使用放射性伽瑪射線管把一個旋轉射線光束穿過管子，根據射線穿透被測物時的強度衰減來進行轉換測量厚度的，即測量被測鋼板所吸收的射線量，根據該射線的能量值，確定被測件的厚度。因為伽瑪射線對操作人員和附件其他人員健康的有嚴重危害，出于對安全的考慮，使用射線測厚設備要按照有關安全規章制度設置相應的防護。同時，這種放射性伽瑪射線方法不能檢測100%的管壁，它的覆蓋范圍是有限的區間，只能通過沿直線旋轉的射線檢測管道上狹窄的螺旋軌跡部分。
[0008](2)工業管道壁厚的另一種檢測方法是超聲法。使用旋轉的超聲換能器陣列檢測通過檢測設備的管道，經常采用水浸式或噴淋水耦合超聲信號的方式。我國合肥中大檢測技術有限公司研發一種管道壁厚超聲測量裝置。通過水耦合器將水流傳送至旋轉的水倉內；高能量超聲探頭組設置在水倉中，超聲波通過水倉發出的水柱可靠耦合到管道上。
[0009]這種管道壁厚超聲測量裝置檢測速度很低，需要使用昂貴的相控陣技術超聲探頭，探頭和管道之間需耦合劑(水或油)，并需要復雜的設置來檢查旋轉檢測裝置或旋轉管子，很難實現對管道的壁厚全覆蓋檢測。
【發明內容】
[0010]本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠以全覆蓋方式對工業管道壁厚進行監測的裝置。
[0011]為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，包括探測裝置和磁化裝置；探測裝置包括探頭架和探頭；探頭內部設置以復數個霍爾傳感器緊密連續排列組成的霍爾傳感器陣列；探頭安裝在探頭架上。
[0012]作為優選，探頭架的中央為容納被測管道通過的圓形通孔；探頭沿圓形通孔的邊緣環繞排列，探頭環繞排列成的圓環直徑與被測鋼管直徑相適配。
[0013]作為優選，所述探頭內部設置以復數個霍爾傳感器緊密連續排列組成的一組霍爾傳感器陣列；復數個所述探頭沿圓形通孔的邊緣環繞排列；全部探頭環繞排列成的圓環直徑與被測鋼管直徑相適配。
[0014]作為優選，探頭為2-8個
[0015]作為優選，探頭架還包括探頭張合機構；探頭張合機構包括圓心彈簧和電磁吸合裝置；探頭的內端與探頭架連接，探頭的外端與電磁吸合裝置連接；所述圓心彈簧壓迫探頭貼緊被測鋼管表面；電磁吸合裝置通電后即將探頭的外端向外周提起并張開。
[0016]作為優選，還包括機架、滑槽和導軌，滑槽固定在機架的上部，導軌固定在機架的底部；探頭架插入滑槽及導軌構成的空間內；探頭架可在滑槽和導軌中抽拉更換。
[0017]作為優選，磁化裝置包括磁化線圈和由磁性材料制成的聚磁圓環；磁化線圈為單一的磁化線圈；聚磁圓環與磁化線圈間隔設定的距離且與磁化線圈同軸；聚磁圓環通過以磁性材料構成的磁路連接到磁化線圈；探頭位于磁化線圈與聚磁圓環之間；探頭與聚磁圓環的距離為50?lOCtam。
[0018]作為優選，磁化裝置還包括線圈支架、底板、支持柱，線圈支架、底板、支持柱均由磁性材料制成；磁化線圈固定在線圈支架上，聚磁圓環固定在支持柱上端，支持柱下端固定在底板上；線圈支架、底板、支持柱構成由磁化線圈連接到聚磁圓環的磁路。
[0019]作為優選，磁化線圈的內徑設有磁性材料制成的芯環，使磁化線圈成為帶鐵芯的磁化線圈；聚磁圓環由多層的同心圓環構成，同心圓環由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各層同心圓環依各自半徑大小由外而內層疊構成一個整體的同心圓環。
[0020]作為優選，磁性材料為軟鐵磁性材料。
[0021]本實用新型的有益效果是:
[0022]將管道壁厚變化轉化成管道外表面磁場強度變化，利用緊密連續的陣列化霍爾傳感器將管道全表面的磁場變化轉化成壁厚信號，并利用軟件將所檢測的大量數據，直觀地顯示管道壁厚圖形曲線和各點壁厚數據。實現對鐵磁性管道全覆蓋壁厚監測。該裝置既能對鋼管的軋制線上高速通過的鋼管進行全覆蓋壁厚監測，也可用于工程現場對施工中的工業管道壁厚進行嚴格監測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0024]圖1是本實用新型工業管道壁厚全覆蓋監測裝置實施例的結構示意圖。
[0025]圖2是霍爾兀件檢測壁厚磁場/[目號的不意圖。
[0026]圖3是本實用新型工業管道壁厚全覆蓋監測裝置實施例的陣列化霍爾傳感器用于管道壁厚檢測示意圖。
[0027]圖4是本實用新型工業管道壁厚全覆蓋監測裝置實施例的霍爾傳感器陣列處于等待監測狀態示意圖。[0028]圖中，1-底板，2-立板，3-管道，4-芯環，5-圓心彈簧，6_磁化線圖，7_連桿，8_探頭架，9-電磁吸合裝置，10-探頭，11-聚磁圓環，12-支持柱，13-滑輪，14-滑軌，15-磁場。
【具體實施方式】
[0029]一、工業管道壁厚全覆蓋監測裝置的結構
[0030]圖1是工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，由短盲區磁化裝置和探測裝置組成。其中工業管道為鐵磁性材料制成的。
[0031]探測裝置由探頭架8和4個探頭10組成。探頭具體結構如下:
[0032]每個霍爾傳感器的寬度為2.5毫米，假如設置4個探頭，根據管道外圓周長度S(毫米)不同，每個探頭內部設置S/4X2.5個霍爾傳感器緊密連續排列組成一組霍爾傳感器陣列，其中各霍爾傳感器按并聯的方式與外電路連接。
[0033]對于更大口徑的管道?？刹捎?個探頭，每個探頭內部設有S/8X2.5個霍爾傳感器緊密連續排列組成一組霍爾傳感器陣列。
[0034]探頭架8的中央為容納被測鋼管通過的圓形的檢測通孔。4個探頭10 (即四組霍爾傳感器陣列)沿圓形的檢測通孔的邊緣環繞排列成圓環狀設置在探頭架上，4個探頭所排列的圓周直徑與被測的管道3直徑相適配。
[0035]探頭架上設有探頭張合機構。探頭10的內端與探頭架連接，探頭10的外端與電磁吸合裝置9連接。當電磁吸合裝置通電后即將探頭10的外端向外周提起，這時4個探頭10呈張開的等待檢測狀態。當電磁吸合裝置斷電后，圓心彈簧5壓迫探頭10貼緊被測的鋼管3表面，這時4個探頭10呈閉合的檢測狀態。
[0036]為方便更換設有不同檢測通孔直徑的探頭架，探頭架8采用插入式裝卸機構。其中滑槽通過連桿7與立板2的上部固定連接，滑軌14固定在機架的底部。探頭架8底部設有滑輪13，可方便地插入滑槽及滑軌構成的空間內。探頭架可在滑槽和滑軌中抽拉更換。
[0037]為克服目前雙線圈磁化器檢測盲區過長的缺點，本實施例采用由磁化線圈6和由磁性材料制成的聚磁圓環11構成的短盲區磁化裝置。
[0038]磁化線圈6采用了單個的磁化線圈。
[0039]聚磁圓環與磁化線圈間隔設定的距離且與磁化線圈同軸；聚磁圓環通過以磁性材料構成的磁路連接到磁化線圈。將探頭10設置在磁化線圈與聚磁圓環之間，但探頭更靠近聚磁圓環，以便縮短檢測盲區。在本實施例中，探頭與聚磁圓環的距離為50mm。
[0040]磁化線圈6固定在立板7上，聚磁圓環11由支持柱12支撐并固定在支持柱的上端，支持柱下端固定在底板I上。立板2、底板1、支持柱12全部用磁性材料制成的，并構成由磁化線圈6連接到聚磁圓環11的磁路。
[0041 ] 磁化線圈的內徑設有磁性材料制成的芯環4，使磁化線圈成為帶鐵芯的磁化線圈。
[0042]聚磁圓環由多層的同心圓環構成，同心圓環由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各層同心圓環依各自半徑大小由外而內層疊構成一個整體的同心圓環。
[0043]在本實施例中，為使導磁性能更好，磁性材料均采用軟鐵磁性材料。
[0044]二、技術原理
[0045]本實施例的技術原理基于以下恒定磁場的邊界條件:
[0046]在磁導率為μ I的介質內磁場為BI，進入磁導率為μ 2介質內后磁場為Β2，在兩種不同磁介質的分界面兩側，在磁導率為μ I的介質內磁場為BI，進入磁導率為μ 2介質內后磁場為Β2。在兩種不同磁介質的分界面兩側,磁感應強度的法向分量B2n和切向分量B2t,磁場強度的法向分量H2n和切向分量H2t，滿足下列的邊界條件:
[0047](I)磁感應強度的法向分量連續，而磁場強度的法向分量不連續:
【權利要求】
1.工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，包括探測裝置和磁化裝置；其特征在于:所述探測裝置包括探頭架和探頭；所述探頭內部設置以復數個霍爾傳感器排列組成的霍爾傳感器陣列；所述探頭安裝在探頭架上。
2.根據權利要求1所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:所述探頭架的中央為容納被測管道通過的圓形通孔；所述探頭沿圓形通孔的邊緣環繞排列，探頭環繞排列成的圓環直徑與被測鋼管直徑相適配。
3.根據權利要求2所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:所述探頭內部設置以復數個霍爾傳感器緊密連續排列組成的一組霍爾傳感器陣列；復數個所述探頭沿圓形通孔的邊緣環繞排列；全部探頭環繞排列成的圓環直徑與被測鋼管直徑相適配。
4.根據權利要求3所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:所述探頭為2-8個。
5.根據權利要求2所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:所述探頭架還包括探頭張合機構；所述探頭張合機構包括圓心彈簧和電磁吸合裝置；所述探頭的內端與探頭架連接，探頭的外端與電磁吸合裝置連接；所述圓心彈簧壓迫探頭貼緊被測鋼管表面；所述電磁吸合裝置通電后即將探頭的外端向外周提起并張開。
6.根據權利要求2或3所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:還包括機架、滑槽和導軌，所述滑槽固定在機架的上部，所述導軌固定在機架的底部；所述探頭架插入滑槽及導軌構成的空間內；探頭架可在滑槽和導軌中抽拉更換。
7.根據權利要求1所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:所述磁化裝置包括磁化線圈和由磁性材料制成的聚磁圓環；所述磁化線圈為單個的磁化線圈；所述聚磁圓環與磁化線圈間隔設定的距離且與磁化線圈同軸；所述聚磁圓環通過以磁性材料構成的磁路連接到磁化線圈；所述探頭位于磁化線圈與聚磁圓環之間；所述探頭與聚磁圓環的距離為50?100mm。
8.根據權利要求7所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:所述磁化裝置還包括線圈支架、底板、支持柱，所述線圈支架、底板、支持柱均由磁性材料制成；所述磁化線圈固定在線圈支架上，所述聚磁圓環固定在支持柱上端，支持柱下端固定在底板上；所述線圈支架、底板、支持柱構成由磁化線圈連接到聚磁圓環的磁路。
9.根據權利要求7所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:所述磁化線圈的內徑設有磁性材料制成的芯環，使磁化線圈成為帶鐵芯的磁化線圈；所述聚磁圓環由多層的同心圓環構成，同心圓環由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各層同心圓環依各自半徑大小由外而內層疊構成一個整體的同心圓環。
10.根據權利要求7-9任何一項所述的工業管道壁厚全覆蓋監測裝置，其特征在于:所述磁性材料為軟鐵磁性材料。
【文檔編號】G01B7/06GK203534512SQ201320474945
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月6日 優先權日:2013年8月6日
【發明者】何箭, 陳彬, 何輔云, 何勝兵 申請人:合肥中大檢測技術有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
