GD-TS系列管道自动爬行器技术及应用

叶 明

（胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司，山东东营 257073）

GD-TS系列管道自动爬行器技术及应用

叶 明

（胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司，山东东营 257073）

文章介绍了自行研制的内照法管道焊缝自动爬行X射线探伤机的功能、组成结构、工作原理、主要技术指标、与国内外同类产品相比较的技术特点及应用情况等，指出该机具有适应范围广、自动化程度高、定位方式灵活多样、变频调速控制和X射线机参数设置灵活、定位用同位素剂量小等优点。

X射线探伤机；爬行器；内照法；金属管道

0 引言

目前，在国内钢质管道施工中，多数采用X射线无损检测来评定焊缝的质量。而对钢质管道环焊缝的X射线探伤通常采用两种方法：一种是外照法 （又称为双壁单投影照法），它是将X射线机置于管道外一侧，将感光胶片置于另外一侧，X射线穿过双层管壁使胶片感光。存在的问题是由于分段拍照，底片的各项性能指标难以控制，焊缝缺陷投影有一定的几何失真；同时，由于X射线辐射强度较高，人体防护困难，工作量大，效率较低。另一种是内照法 （又称中心照法），该方法是将周向X射线机置于管内焊缝圆周圆心处，在管外环焊缝圆周表面布置胶片，X射线沿周向发射，直接穿透焊缝，将焊缝内部情况正投影到底片上。因为内照法X射线辐射强度低，底片的各项性能指标较统一，所以弥补了外照法的诸多不足。

上世纪90年代初，国内外相继推出了钢管道内照法拍片的X射线无损探伤设备，但各自都有些不足之处。例如，有的体积大，无法满足中小口径的管道探伤要求；有的定位方法单一；有的X射线辐射强度太高等。

为了解决上述问题，胜利油田油建科威智能技术有限公司根据国家建设部的要求，开展了 “管道焊缝自动爬行X射线探伤机”的技术开发研制工作。瞄准国外前沿技术，经过反复研究和模拟试验，不断改进和完善，研制出了适应管径范围广、定位方法灵活多样、自动化程度高、X射线辐射强度小的 “GD-TS系列管道自动爬行器”。

特别是GD-TS-159/200-AC型 “管道自动爬行器”，它属于超小型X射线探伤机，其X射线机外径只有120 mm，是国内较小管径周向射线探伤的独有技术，并获得两项国家专利，专利号分别为ZL 2 21 410.8和 ZL 99 11 2367.0。

1 GD-TS系列管道自动爬行器的功能、组成结构及工作原理

1.1 GD-TS系列管道自动爬行器的主要功能

GD-TS系列管道自动爬行器又可称为管道自动爬行X射线探伤机，其功能就是携带X射线探伤机在钢管道内对其对接环焊缝质量进行周向X射线无损检测。

1.2 GD-TS系列管道自动爬行器的组成结构

GD-TS系列管道自动爬行器由管内作业部分和管外遥控部分组成。其中管内作业部分是一台机电一体化的作业小车，车上安装着X射线机、PLC（可编程逻辑控制器）控制系统、KV型无线遥控仪机载部件、定位用摄像系统、驱动行走机构、变径调节机构及蓄电池等主要部件。如用同位素定位，还需安装同位素定位传感器。

管外监控部分包括KV型无线遥控仪的外部机、遥控器、图像监视器及蓄电池等部件。如采用同位素还需配备定位用的同位素源。

GD-TS系列管道自动爬行器的外型结构如图1所示。

1.3 GD-TS系列管道自动爬行器的工作原理

GD-TS系列管道自动爬行器的工作原理是：操作人员在管外通过KV型无线遥控仪的遥控器发出操作指令信号，如小车 “前进”、 “后退”、 “停止”及 “工作”（X射线机启动高压拍照）等指令，管内作业小车的无线遥控仪机载部件接到指令信号后，经处理传送至PLC控制系统，PLC则按编程软件控制相关部件，自动把信号变成遥控指令的作业要求。

X射线无损探伤的工作程序是：操作人员先在待探伤的对接环焊缝的管外圆周按要求贴好底片，然后摇控管内作业小车在管内行走。同时，由管外监视器来监视作业小车的位置，当监视器屏幕上显示出待探伤焊缝时，遥控小车在焊缝处准确定位停车。此时，按下遥控器 “工作按钮”，PLC即控制X射线机启动高压，对焊缝外底片进行360°周向曝光，一次即可完成一道焊缝的透照检测。此项作业完成后，即可遥控小车继续前进，再对下一道焊缝进行投照检查。如此重复作业，一次即可完成1 000 m左右的管道焊缝探伤作业。自动爬行器的控制原理如图2所示。

图2 GD-TS系列管道自动爬行器控制原理框图

2 GD-TS系列管道自动爬行器的规格型号及主要技术指标 （见表1）

3 GD-TS系列管道爬行器与国内外同类产品相比较的技术特点

根据我们掌握的有关资料，GD-TS系列管道自动爬行器与国内外同类产品比较有以下几个特点：

3.1 适应管径范围广

GD-TS系列管道爬行器的4种规格型号的适用管径为159～1 200 mm，基本覆盖了国内石油化工类大、中、小管径的管道工程。特别是GD-TS-159/200-DC型管道自动爬行器，其X射线机外径只有120 mm。

表1 GD—TS系列管道自动X射线爬行器的主要性能指标

3.2 自动化程度高

与国内外同类产品相比，GD-TS系列管道自动爬行器的控制信号及图像信息传送采用了无线数字信息遥控传送系统，而作业功能控制则采用了可编程逻辑控制 （PLC工业计算机）系统。整机作业通过遥控器指令全部实现自动化。管内作业小车的拍照次数、遇障、遇水、电池欠压或启动无高压等信息均以状态显示码显示在操作面板上。如遇故障还有自动保护、停车和自动退出功能。因此，其自动化程度优于其他同类产品。

3.3 定位方式灵活多样

与其他同类产品定位方式单一相比，GD-TS系列管道自动爬行器有无线遥控定位和同位素跟踪定位2种方式供用户选择。

3.3.1 无线遥控定位

无线遥控定位方式可在监视器上直接观察到管内作业小车和焊缝的位置，定位控制灵活，定位准确可靠。而遥控用KV型远程无线遥控仪的发射功率为毫瓦级，因此对人体无任何伤害，对环境无任何污染，是一种绿色环保控制方式。

3.3.2 同位素跟踪定位

同位素跟踪定位的优点是操作简单、准确、可靠。由于GD-TS系列管道爬行器使用了高灵敏度同位素传感器，因此，同位素源Cs137的活度为185 MBq（5 mCi），是国内外同类产品 740～3 700 MBq （20～100 mCi） 的 1/4～1/20。 这对于人身防护和保护环境是十分有利的。

3.4 驱动运行平稳

在GD-TS系列管道爬行器的驱动行走机构的控制中，采用了脉宽调制无触点换向行走控制系统，使驱动电机实现了线性无级变频调速，在爬行器前进、后退行走转换中，爬行器启动运行平稳，速度由零逐渐加速到额定转速，这样可减少对系统中电子及机械零部件的冲击，延长设备使用寿命。目前在国内同类产品中，尚未见使用此项技术。

3.5 X射线机参数设置灵活

与国内外同类产品相比较，GD-TS系列管道自动爬行器所用的X射线机在高压电路中增加了电子升压装置，X射线机的工作电压和曝光时间可通过爬行器面板以1 kV和0.1 mm的间隔连续可调，这样可避免作业过程中因蓄电池电压降低而影响曝光底片的黑度，使曝光底片的黑度值始终保持一致，以满足现场检测参数要求。目前在国内外同类产品中，尚未见使用此项技术。

3.6 配备辅助救助设备

GD-TS系列管道自动爬行器均配备有GD-JZ管道爬行器救助车，如遇管内异常情况或设备故障，管内作业小车无法退出时，可用救助车将管内作业小车救出来。这样既不用管道割口又不损坏设备，可保证被测管道和爬行器完好无损。

3.7 具有良好的性能价格比

GD-TS系列管道爬行器所用的主要部件基本实现国产化，造价较低，与国外同样性能的进口产品相比，其价格仅为进口产品的1/3。

4 推广应用

GD-TS系列管道自动爬行器自1999年通过国家建设部技术鉴定后，经不断改进完善，已形成系列化产品和批量生产能力。到目前为止，已分别向大庆、新疆、胜利、大港油田和中石化集团质检总站等兄弟单位提供47台设备。各单位分别在西气东输管道、涩—宁—兰输气管道、甬—沪—宁战略储备油管道、忠—武输气管道、荆—荆成品油管道、港—沧输油管道、沧—淄输气管道、西南成品油管道、鲁—皖管道、双—兰管道 （吐—哈管道）、春晓油田海上输气管道以及敖山—镇海海底输油管道等国家重点和大型工程中推广应用，检测管道口径159～1 016 mm。根据用户反应，使用效果很好，具体表现为：一是效率高，与传统工艺相比可提高工效30倍以上；二是拍片质量好，透照底片清晰度高，曝光均匀，符合国家JB 4730-1994标准；三是费用低，内照法比外照法单片成本降低60%左右；四是减少对人体辐射，采用内照法，管壁起到屏蔽射线的作用，防护距离缩小，对人体辐射可减少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

叶明 （1964-），男，安徽颖上人，工程师，1997年毕业于中国农业大学电子电力工程学院，现从事电子技术设计工作。

2010-01-08