工业管道壁厚全覆盖监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了工业管道壁厚全覆盖监测装置，包括探测装置和磁化装置；探测装置包括探头架和探头；探头内部设置以复数个霍尔传感器紧密连续排列组成的霍尔传感器阵列；探头安装在探头架上。其中，探头架的中央为容纳被测管道通过的圆形通孔；探头沿圆形通孔的边缘环绕排列，探头环绕排列成的圆环直径与被测钢管直径相适配；探头内部设置以复数个霍尔传感器紧密连续排列组成的一组霍尔传感器阵列；复数个所述探头沿圆形通孔的边缘环绕排列；全部探头环绕排列成的圆环直径与被测钢管直径相适配。本实用新型将管道壁厚变化转化成管道外表面磁场强度变化，利用阵列化霍尔传感器将管道表面的磁场变化全部转化成壁厚信号。实现对铁磁性管道全覆盖壁厚监测。
【专利说明】工业管道壁厚全覆盖监测装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种工业管道壁厚全覆盖监测装置。
【背景技术】
[0002]石油、天然气、化工等系统中大量使用工业管道。工业管道由钢管构成。在钢管轧制中，某些固有的制造工艺导致钢管壁厚异常及管壁缺陷:例如，如果高速进动中的心棒与外模不同心会造成钢管壁厚异常及管壁缺陷问题；同样，管道被使用一段时间后在一些地方壁厚也会减少。管道壁厚异常会造成管道爆裂等事故。我国很多油田在钻探和开采过程中，由于管道质量问题引发一次事故的直接损失就可能达到数亿元。
[0003]应用在石油领域的工业管道称石油用管。国际上针对石油用管壁厚异常造成事故问题，最新的美国石油学会在API规范中强制规定:必须对石油用管的壁厚进行全长、全覆盖检测。
[0004]由于现有的超声和射线测厚仪表存在操作安全防护和信号耦合可靠性问题，同时受探头数限制，很难实现对管道的全覆盖检测。
[0005]可靠全覆盖检测管壁厚度差异或壁厚损失，需要研究、设计和开发崭新的技术和装备。
[0006]目前，国内外对于管道壁厚检测技术主要有以下二种:
[0007](I)美国以NDC和OEM公司为代表，生产一种伽玛射线壁厚检测设备，使用放射性伽玛射线管把一个旋转射线光束穿过管子，根据射线穿透被测物时的强度衰减来进行转换测量厚度的，即测量被测钢板所吸收的射线量，根据该射线的能量值，确定被测件的厚度。因为伽玛射线对操作人员和附件其他人员健康的有严重危害，出于对安全的考虑，使用射线测厚设备要按照有关安全规章制度设置相应的防护。同时，这种放射性伽玛射线方法不能检测100%的管壁，它的覆盖范围是有限的区间，只能通过沿直线旋转的射线检测管道上狭窄的螺旋轨迹部分。
[0008](2)工业管道壁厚的另一种检测方法是超声法。使用旋转的超声换能器阵列检测通过检测设备的管道，经常采用水浸式或喷淋水耦合超声信号的方式。我国合肥中大检测技术有限公司研发一种管道壁厚超声测量装置。通过水耦合器将水流传送至旋转的水仓内；高能量超声探头组设置在水仓中，超声波通过水仓发出的水柱可靠耦合到管道上。
[0009]这种管道壁厚超声测量装置检测速度很低，需要使用昂贵的相控阵技术超声探头，探头和管道之间需耦合剂(水或油)，并需要复杂的设置来检查旋转检测装置或旋转管子，很难实现对管道的壁厚全覆盖检测。
【发明内容】
[0010]本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够以全覆盖方式对工业管道壁厚进行监测的装置。
[0011]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:工业管道壁厚全覆盖监测装置，包括探测装置和磁化装置；探测装置包括探头架和探头；探头内部设置以复数个霍尔传感器紧密连续排列组成的霍尔传感器阵列；探头安装在探头架上。
[0012]作为优�。酵芳艿闹醒胛菽杀徊夤艿劳ü脑残瓮ǹ祝惶酵费卦残瓮ǹ椎谋咴祷啡婆帕校酵坊啡婆帕谐傻脑不分本队氡徊飧止苤本断嗍逝�。
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[0014]作为优�。酵肺�2-8个
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[0016]作为优�。拱ɑ�、滑槽和导轨，滑槽固定在机架的上部，导轨固定在机架的底部；探头架插入滑槽及导轨构成的空间内；探头架可在滑槽和导轨中抽拉更换。
[0017]作为优选，磁化装置包括磁化线圈和由磁性材料制成的聚磁圆环；磁化线圈为单一的磁化线圈；聚磁圆环与磁化线圈间隔设定的距离且与磁化线圈同轴；聚磁圆环通过以磁性材料构成的磁路连接到磁化线圈；探头位于磁化线圈与聚磁圆环之间；探头与聚磁圆环的距离为50?lOCtam。
[0018]作为优选，磁化装置还包括线圈支架、底板、支持柱，线圈支架、底板、支持柱均由磁性材料制成；磁化线圈固定在线圈支架上，聚磁圆环固定在支持柱上端，支持柱下端固定在底板上；线圈支架、底板、支持柱构成由磁化线圈连接到聚磁圆环的磁路。
[0019]作为优�。呕呷Φ哪诰渡栌写判圆牧现瞥傻男净罚勾呕呷Τ晌镜拇呕呷Γ痪鄞旁不酚啥嗖愕耐脑不饭钩桑脑不酚纱判圆牧现瞥傻陌宀氖孜蚕嘟佣桑鞑阃脑不芬栏髯园刖洞笮∮赏舛诓愕钩梢桓稣宓耐脑不�。
[0020]作为优�。判圆牧衔硖判圆牧�。
[0021]本实用新型的有益效果是:
[0022]将管道壁厚变化转化成管道外表面磁场强度变化，利用紧密连续的阵列化霍尔传感器将管道全表面的磁场变化转化成壁厚信号，并利用软件将所检测的大量数据，直观地显示管道壁厚图形曲线和各点壁厚数据。实现对铁磁性管道全覆盖壁厚监测。该装置既能对钢管的轧制线上高速通过的钢管进行全覆盖壁厚监测，也可用于工程现场对施工中的工业管道壁厚进行严格监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0024]图1是本实用新型工业管道壁厚全覆盖监测装置实施例的结构示意图。
[0025]图2是霍尔兀件检测壁厚磁场/[目号的不意图。
[0026]图3是本实用新型工业管道壁厚全覆盖监测装置实施例的阵列化霍尔传感器用于管道壁厚检测示意图。
[0027]图4是本实用新型工业管道壁厚全覆盖监测装置实施例的霍尔传感器阵列处于等待监测状态示意图。[0028]图中，1-底板，2-立板，3-管道，4-芯环，5-圆心弹簧，6_磁化线图，7_连杆，8_探头架，9-电磁吸合装置，10-探头，11-聚磁圆环，12-支持柱，13-滑轮，14-滑轨，15-磁场。
【具体实施方式】
[0029]一、工业管道壁厚全覆盖监测装置的结构
[0030]图1是工业管道壁厚全覆盖监测装置，由短盲区磁化装置和探测装置组成。其中工业管道为铁磁性材料制成的。
[0031]探测装置由探头架8和4个探头10组成。探头具体结构如下:
[0032]每个霍尔传感器的宽度为2.5毫米，假如设置4个探头，根据管道外圆周长度S(毫米)不同，每个探头内部设置S/4X2.5个霍尔传感器紧密连续排列组成一组霍尔传感器阵列，其中各霍尔传感器按并联的方式与外电路连接。
[0033]对于更大口径的管道。可采用8个探头，每个探头内部设有S/8X2.5个霍尔传感器紧密连续排列组成一组霍尔传感器阵列。
[0034]探头架8的中央为容纳被测钢管通过的圆形的检测通孔。4个探头10 (即四组霍尔传感器阵列)沿圆形的检测通孔的边缘环绕排列成圆环状设置在探头架上，4个探头所排列的圆周直径与被测的管道3直径相适配。
[0035]探头架上设有探头张合机构。探头10的内端与探头架连接，探头10的外端与电磁吸合装置9连接。当电磁吸合装置通电后即将探头10的外端向外周提起，这时4个探头10呈张开的等待检测状态。当电磁吸合装置断电后，圆心弹簧5压迫探头10贴紧被测的钢管3表面，这时4个探头10呈闭合的检测状态。
[0036]为方便更换设有不同检测通孔直径的探头架，探头架8采用插入式装卸机构。其中滑槽通过连杆7与立板2的上部固定连接，滑轨14固定在机架的底部。探头架8底部设有滑轮13，可方便地插入滑槽及滑轨构成的空间内。探头架可在滑槽和滑轨中抽拉更换。
[0037]为克服目前双线圈磁化器检测盲区过长的缺点，本实施例采用由磁化线圈6和由磁性材料制成的聚磁圆环11构成的短盲区磁化装置。
[0038]磁化线圈6采用了单个的磁化线圈。
[0039]聚磁圆环与磁化线圈间隔设定的距离且与磁化线圈同轴；聚磁圆环通过以磁性材料构成的磁路连接到磁化线圈。将探头10设置在磁化线圈与聚磁圆环之间，但探头更靠近聚磁圆环，以便缩短检测盲区。在本实施例中，探头与聚磁圆环的距离为50mm。
[0040]磁化线圈6固定在立板7上，聚磁圆环11由支持柱12支撑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，并构成由磁化线圈6连接到聚磁圆环11的磁路。
[0041 ] 磁化线圈的内径设有磁性材料制成的芯环4，使磁化线圈成为带铁芯的磁化线圈。
[0042]聚磁圆环由多层的同心圆环构成，同心圆环由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各层同心圆环依各自半径大小由外而内层叠构成一个整体的同心圆环。
[0043]在本实施例中，为使导磁性能更好，磁性材料均采用软铁磁性材料。
[0044]二、技术原理
[0045]本实施例的技术原理基于以下恒定磁场的边界条件:
[0046]在磁导率为μ I的介质内磁场为BI，进入磁导率为μ 2介质内后磁场为Β2，在两种不同磁介质的分界面两侧，在磁导率为μ I的介质内磁场为BI，进入磁导率为μ 2介质内后磁场为Β2。在两种不同磁介质的分界面两侧,磁感应强度的法向分量B2n和切向分量B2t,磁场强度的法向分量H2n和切向分量H2t，满足下列的边界条件:
[0047](I)磁感应强度的法向分量连续，而磁场强度的法向分量不连续:
【权利要求】
1.工业管道壁厚全覆盖监测装置，包括探测装置和磁化装置；其特征在于:所述探测装置包括探头架和探头；所述探头内部设置以复数个霍尔传感器排列组成的霍尔传感器阵列；所述探头安装在探头架上。
2.根据权利要求1所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:所述探头架的中央为容纳被测管道通过的圆形通孔；所述探头沿圆形通孔的边缘环绕排列，探头环绕排列成的圆环直径与被测钢管直径相适配。
3.根据权利要求2所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:所述探头内部设置以复数个霍尔传感器紧密连续排列组成的一组霍尔传感器阵列；复数个所述探头沿圆形通孔的边缘环绕排列；全部探头环绕排列成的圆环直径与被测钢管直径相适配。
4.根据权利要求3所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:所述探头为2-8个。
5.根据权利要求2所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:所述探头架还包括探头张合机构；所述探头张合机构包括圆心弹簧和电磁吸合装置；所述探头的内端与探头架连接，探头的外端与电磁吸合装置连接；所述圆心弹簧压迫探头贴紧被测钢管表面；所述电磁吸合装置通电后即将探头的外端向外周提起并张开。
6.根据权利要求2或3所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:还包括机架、滑槽和导轨，所述滑槽固定在机架的上部，所述导轨固定在机架的底部；所述探头架插入滑槽及导轨构成的空间内；探头架可在滑槽和导轨中抽拉更换。
7.根据权利要求1所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:所述磁化装置包括磁化线圈和由磁性材料制成的聚磁圆环；所述磁化线圈为单个的磁化线圈；所述聚磁圆环与磁化线圈间隔设定的距离且与磁化线圈同轴；所述聚磁圆环通过以磁性材料构成的磁路连接到磁化线圈；所述探头位于磁化线圈与聚磁圆环之间；所述探头与聚磁圆环的距离为50?100mm。
8.根据权利要求7所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:所述磁化装置还包括线圈支架、底板、支持柱，所述线圈支架、底板、支持柱均由磁性材料制成；所述磁化线圈固定在线圈支架上，所述聚磁圆环固定在支持柱上端，支持柱下端固定在底板上；所述线圈支架、底板、支持柱构成由磁化线圈连接到聚磁圆环的磁路。
9.根据权利要求7所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:所述磁化线圈的内径设有磁性材料制成的芯环，使磁化线圈成为带铁芯的磁化线圈；所述聚磁圆环由多层的同心圆环构成，同心圆环由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各层同心圆环依各自半径大小由外而内层叠构成一个整体的同心圆环。
10.根据权利要求7-9任何一项所述的工业管道壁厚全覆盖监测装置，其特征在于:所述磁性材料为软铁磁性材料。
【文档编号】G01B7/06GK203534512SQ201320474945
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】何箭, 陈彬, 何辅云, 何胜兵 申请人:合肥中大检测技术有限公司
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