GD-TS系列管道自動爬行器技術及應用

葉 明

（勝利油田勝利石油化工建設有限責任公司，山東東營 257073）

GD-TS系列管道自動爬行器技術及應用

葉 明

（勝利油田勝利石油化工建設有限責任公司，山東東營 257073）

文章介紹了自行研制的內照法管道焊縫自動爬行X射線探傷機的功能、組成結構、工作原理、主要技術指標、與國內外同類產品相比較的技術特點及應用情況等，指出該機具有適應范圍廣、自動化程度高、定位方式靈活多樣、變頻調速控制和X射線機參數設置靈活、定位用同位素劑量小等優點。

X射線探傷機；爬行器；內照法；金屬管道

0 引言

目前，在國內鋼質管道施工中，多數采用X射線無損檢測來評定焊縫的質量。而對鋼質管道環焊縫的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射線機置于管道外一側，將感光膠片置于另外一側，X射線穿過雙層管壁使膠片感光。存在的問題是由于分段拍照，底片的各項性能指標難以控制，焊縫缺陷投影有一定的幾何失真；同時，由于X射線輻射強度較高，人體防護困難，工作量大，效率較低。另一種是內照法 （又稱中心照法），該方法是將周向X射線機置于管內焊縫圓周圓心處，在管外環焊縫圓周表面布置膠片，X射線沿周向發射，直接穿透焊縫，將焊縫內部情況正投影到底片上。因為內照法X射線輻射強度低，底片的各項性能指標較統一，所以彌補了外照法的諸多不足。

上世紀90年代初，國內外相繼推出了鋼管道內照法拍片的X射線無損探傷設備，但各自都有些不足之處。例如，有的體積大，無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射線輻射強度太高等。

為了解決上述問題，勝利油田油建科威智能技術有限公司根據國家建設部的要求，開展了 “管道焊縫自動爬行X射線探傷機”的技術開發研制工作。瞄準國外前沿技術，經過反復研究和模擬試驗，不斷改進和完善，研制出了適應管徑范圍廣、定位方法靈活多樣、自動化程度高、X射線輻射強度小的 “GD-TS系列管道自動爬行器”。

特別是GD-TS-159/200-AC型 “管道自動爬行器”，它屬于超小型X射線探傷機，其X射線機外徑只有120 mm，是國內較小管徑周向射線探傷的獨有技術，并獲得兩項國家專利，專利號分別為ZL 2 21 410.8和 ZL 99 11 2367.0。

1 GD-TS系列管道自動爬行器的功能、組成結構及工作原理

1.1 GD-TS系列管道自動爬行器的主要功能

GD-TS系列管道自動爬行器又可稱為管道自動爬行X射線探傷機，其功能就是攜帶X射線探傷機在鋼管道內對其對接環焊縫質量進行周向X射線無損檢測。

1.2 GD-TS系列管道自動爬行器的組成結構

GD-TS系列管道自動爬行器由管內作業部分和管外遙控部分組成。其中管內作業部分是一臺機電一體化的作業小車，車上安裝著X射線機、PLC（可編程邏輯控制器）控制系統、KV型無線遙控儀機載部件、定位用攝像系統、驅動行走機構、變徑調節機構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。

管外監控部分包括KV型無線遙控儀的外部機、遙控器、圖像監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系列管道自動爬行器的外型結構如圖1所示。

1.3 GD-TS系列管道自動爬行器的工作原理

GD-TS系列管道自動爬行器的工作原理是：操作人員在管外通過KV型無線遙控儀的遙控器發出操作指令信號，如小車 “前進”、 “后退”、 “停止”及 “工作”（X射線機啟動高壓拍照）等指令，管內作業小車的無線遙控儀機載部件接到指令信號后，經處理傳送至PLC控制系統，PLC則按編程軟件控制相關部件，自動把信號變成遙控指令的作業要求。

X射線無損探傷的工作程序是：操作人員先在待探傷的對接環焊縫的管外圓周按要求貼好底片，然后搖控管內作業小車在管內行走。同時，由管外監視器來監視作業小車的位置，當監視器屏幕上顯示出待探傷焊縫時，遙控小車在焊縫處準確定位停車。此時，按下遙控器 “工作按鈕”，PLC即控制X射線機啟動高壓，對焊縫外底片進行360°周向曝光，一次即可完成一道焊縫的透照檢測。此項作業完成后，即可遙控小車繼續前進，再對下一道焊縫進行投照檢查。如此重復作業，一次即可完成1 000 m左右的管道焊縫探傷作業。自動爬行器的控制原理如圖2所示。

圖2 GD-TS系列管道自動爬行器控制原理框圖

2 GD-TS系列管道自動爬行器的規格型號及主要技術指標 （見表1）

3 GD-TS系列管道爬行器與國內外同類產品相比較的技術特點

根據我們掌握的有關資料，GD-TS系列管道自動爬行器與國內外同類產品比較有以下幾個特點：

3.1 適應管徑范圍廣

GD-TS系列管道爬行器的4種規格型號的適用管徑為159～1 200 mm，基本覆蓋了國內石油化工類大、中、小管徑的管道工程。特別是GD-TS-159/200-DC型管道自動爬行器，其X射線機外徑只有120 mm。

表1 GD—TS系列管道自動X射線爬行器的主要性能指標

3.2 自動化程度高

與國內外同類產品相比，GD-TS系列管道自動爬行器的控制信號及圖像信息傳送采用了無線數字信息遙控傳送系統，而作業功能控制則采用了可編程邏輯控制 （PLC工業計算機）系統。整機作業通過遙控器指令全部實現自動化。管內作業小車的拍照次數、遇障、遇水、電池欠壓或啟動無高壓等信息均以狀態顯示碼顯示在操作面板上。如遇故障還有自動保護、停車和自動退出功能。因此，其自動化程度優于其他同類產品。

3.3 定位方式靈活多樣

與其他同類產品定位方式單一相比，GD-TS系列管道自動爬行器有無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 無線遙控定位

無線遙控定位方式可在監視器上直接觀察到管內作業小車和焊縫的位置，定位控制靈活，定位準確可靠。而遙控用KV型遠程無線遙控儀的發射功率為毫瓦級，因此對人體無任何傷害，對環境無任何污染，是一種綠色環保控制方式。

3.3.2 同位素跟蹤定位

同位素跟蹤定位的優點是操作簡單、準確、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），是國內外同類產品 740～3 700 MBq （20～100 mCi） 的 1/4～1/20。 這對于人身防護和保護環境是十分有利的。

3.4 驅動運行平穩

在GD-TS系列管道爬行器的驅動行走機構的控制中，采用了脈寬調制無觸點換向行走控制系統，使驅動電機實現了線性無級變頻調速，在爬行器前進、后退行走轉換中，爬行器啟動運行平穩，速度由零逐漸加速到額定轉速，這樣可減少對系統中電子及機械零部件的沖擊，延長設備使用壽命。目前在國內同類產品中，尚未見使用此項技術。

3.5 X射線機參數設置靈活

與國內外同類產品相比較，GD-TS系列管道自動爬行器所用的X射線機在高壓電路中增加了電子升壓裝置，X射線機的工作電壓和曝光時間可通過爬行器面板以1 kV和0.1 mm的間隔連續可調，這樣可避免作業過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，以滿足現場檢測參數要求。目前在國內外同類產品中，尚未見使用此項技術。

3.6 配備輔助救助設備

GD-TS系列管道自動爬行器均配備有GD-JZ管道爬行器救助車，如遇管內異常情況或設備故障，管內作業小車無法退出時，可用救助車將管內作業小車救出來。這樣既不用管道割口又不損壞設備，可保證被測管道和爬行器完好無損。

3.7 具有良好的性能價格比

GD-TS系列管道爬行器所用的主要部件基本實現國產化，造價較低，與國外同樣性能的進口產品相比，其價格僅為進口產品的1/3。

4 推廣應用

GD-TS系列管道自動爬行器自1999年通過國家建設部技術鑒定后，經不斷改進完善，已形成系列化產品和批量生產能力。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質檢總站等兄弟單位提供47臺設備。各單位分別在西氣東輸管道、澀—寧—蘭輸氣管道、甬—滬—寧戰略儲備油管道、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—鎮海海底輸油管道等國家重點和大型工程中推廣應用，檢測管道口徑159～1 016 mm。根據用戶反應，使用效果很好，具體表現為：一是效率高，與傳統工藝相比可提高工效30倍以上；二是拍片質量好，透照底片清晰度高，曝光均勻，符合國家JB 4730-1994標準；三是費用低，內照法比外照法單片成本降低60%左右；四是減少對人體輻射，采用內照法，管壁起到屏蔽射線的作用，防護距離縮小，對人體輻射可減少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年畢業于中國農業大學電子電力工程學院，現從事電子技術設計工作。

2010-01-08