管道内窥仪

风力涡轮机的齿轮箱、发电机和叶片是需要经常维护的重点部件，因为这些部件首先承受着巨大的应力，很容易受到磨损，其次维修起来非常昂贵。虽然齿轮箱发生故障的情况相对较少，平均每十年一次，但是风力涡轮机因等待齿轮箱维修而停机的时间可能会长达半年之久。*IPLEX G Lite工业视频内窥镜一台典型的2.4兆瓦（MW）风力涡轮机每天可生产价值约为1000美元的电量，因此，几个月的停机时间可能会造成巨大的收入损失。齿轮箱也可能会出现灾难性的故障，如：因过热而引起火灾。在这种情况下，风力涡轮机可能会永久性地停止运转。降低昂贵的停机成本风力涡轮机远程监控和内窥检测（RVI）在上到塔顶取油样并进行噪声检查之前，通常要使用监控和数据采集（SCADA）系统或状态监测系统（CMS）对风力涡轮机的状态进行监测。监控和数据采集（SCADA）系统或状态监测系统（CMS）收集风力涡轮机的振动和油路数据，以在故障发生前的30天之内预测或探测到叶片、主轴承和齿轮箱的故障。然而，SCADA和CMS的报错信息不能定位故障部件，也不能确定故障的具体状况。此外，在齿轮箱发生故障前的30天内预警，仍然会因等待修复的部件而使风力涡轮机停工数周。作为实施预防性维护策略的一个补充性方案是使用内窥检测（RVI）设备观察变速箱内部，以更早、更准确地发现故障部件。内窥检测支持智能决策，以防止故障的发生使用视频内窥镜对齿轮箱内部进行检测由于某些齿轮箱部件的交付和更换需要近6个月的时间，因此越早确定需要维修哪个部件，风力涡轮机的停机时间就会越短。而了解了潜在故障的状况，可以使您针对部件的采购和维修计划提前做出明智的决策。例如，在少风的季节，定期使用管道镜或视频内窥镜对齿轮箱进行检测，可以监测到齿轮箱内部的损坏，并极有可能防止设备出现故障。在视频内窥镜的屏幕上观察齿轮箱的内部情况*根据Deloitte Tohmatsu公司2018年的一份报告，齿轮箱故障的平均停机时间为167天，因为新齿轮箱或新齿轮箱部件的交付时间很长。

11月9日，西南油气田管道内检测技术团队在重庆长寿渡舟新站输气站圆满完成813毫米大口径管道漏磁内检测。这次检测是中国石油集团公司16家油气田企业中自主实施的最大口径管道内检测项目，标志着集团公司上游业务管道内检测技术实现跨越式发展。管道漏磁内检测是一种针对金属损失、焊缝异常等典型缺陷的检测技术，通过实施在线内检测，可量化和定位腐蚀、机械损伤、制造缺陷、应力集中及几何变形等，以便及时维修改造，减少事故发生。检测时在管道表面产生磁场，当管道内部存在缺陷时，漏磁信号会发生变化。油气管道内检测是多学科技术的集成。检测系统包括驱动系统、磁化系统、传感系统、数据采集与存储系统、供电系统、里程系统、环向定位测量系统、速度控制系统和震动和冲击悬置系统等。影响检测精度的主要因素有励磁强度、缺陷漏磁场、检测传感器、数据采集与数据分析技术。本次检测采用的813毫米漏磁检测器搭载82组三轴高清霍尔探头，在轴向、径向、周向3个维度上分别设置有328个信号采集通道，能高效、准确地识别所有金属损失深度在5%壁厚以上的缺陷，缺陷量化精度可满足行业最新标准要求。在提高管道缺陷定位精度方面，本次漏磁检测器搭载了惯性测量单元，能够对管道中心线轨迹和缺陷位置进行精准计算，确保定位偏差满足国标要求，控制在1米之内。西南油气田目前已具备对管径168毫米至813毫米系列规格管道开展内检测的能力，有力保障了管道安全。

8月1日，西气东输二线正式向深圳供气，此前不久，西气东输三线数个路段也相继宣布开始建设。按照“西气东输”工程规划，到2015年西三线全线贯穿，一个贯通中亚、纵横我国东西南北的天然气基础管网将形成。而为这个近4万公里“气化中国”能源大动脉作管道损伤安全检查的仪器，却起始于国家自然科学基金资助的数个基础研究小项目。 　　“猪”小本领大 　　2011年11月，由沈阳工业大学信息科学与工程学院教授杨理践课题组自主研制的，大孔径输气管道内检测设备在我国输气管道干线——西气东输二线了敦至烟墩段管道现场测试获得成功。 　　这也是该团队继自主研制输油管道内检测设备后，又一填补我国高压力输气管道内检测设备研制空白之作。 　　管道是传输油气资源的主要方式，目前我国已投入运行的长距离油气输送管道近3万公里，很多输油气管线已使用十多年，存在不同程度的腐蚀、磨损和意外损伤。 　　2004年11月，延安市宝塔区南泥湾境内的靖—咸输油管道老化爆裂，造成原油泄漏1000多吨，直接经济损失400多万元，周边数十亩农田被污染。 　　2004年7月23日，广州市开发区下元新村一输油管道老化爆裂，泄漏后又两次起火爆炸，外流原油8吨 仅隔一日，中国石油管道公司大连输油分公司位于石房店市土城乡的输油管道老化爆裂，事故造成上千吨原油泄漏，附近区域的地下水安全受到威胁。 　　2003年7月，沈阳发生石油管道泄漏事故，仅抢修费用就达200万元，泄漏还造成大量能源浪费和严重环境污染。有专家估计，由此引起的生态破坏15年内不可能恢复。 　　类似的例子不胜枚举，过去一个时期，国家每年因油气管道泄漏而造成的经济损失达亿元。输气管道泄漏的危害远甚于输油管道，这些隐患如不能及时排除，一旦发生事故将造成巨大经济损失并带来生产安全、环境污染和能源损失问题。 　　管道安全运行的首要条件是管道损伤检测，确定管道的腐蚀、缺陷程度，为管道运行、维护、安全评价提供依据。但管道检测也是一个公认的难题，国际上通行的方法是采用管道在线检测设备(因为它在管道里行走时哼哼作响，出来时全身是油，俗称“智能管道猪”)来解决。国际上这方面的研究已有40多年的历史，但检测技术被美、英、德等几家跨国公司掌握，他们对所有与检测相关的东西，包括仪器、相关技术内容都严格保密。 　　管道亦赛场 　　“目前国内还没有类似仪器，就是和国际几家大公司的仪器相比，我们的检测精度和速度也毫不逊色。”近日，杨理践对《中国科学报》记者说，“该仪器的原理是检测漏磁，只要管道有损伤，仪器就能检测出来。” 　　长输油气管道内检测技术是无损检测、数据处理、超低频通讯、机械、流体力学、金属材料、非金属材料、油气储运等多学科交叉融合的技术，所涉及的各个关键技术环节均被国外公司视为独门绝技所垄断，不进行专利申报和学术交流。 　　国际管线检测设备被美德几家公司垄断，1套设备少则数百万美元，多则上千万美元。 　　2001年，在国家自然科学基金项目“高精度管道漏磁在线检测系统研究”的基础上，杨理践团队研制出拥有自主知识产权的检测仪器，该仪器的造价和检测费用均是国际同类产品的1/8，大大平抑了国外公司对我国管道检测的报价。 　　2000年，四川输气公司仅对管线进行些实验性的检测，就耗资数十万美元。2001年，新疆油田油气储运公司准备将一段63公里长的输油管道改为输气管道，这条管道已服役10年，且输气运行压力大于输油，各项安全指标要求也高于输油，但如果重铺新管道，耗资高达6000万元。在是否新建管道问题上，该公司技术专家们分歧较大。此后，新疆三叶管道有限公司运用杨理践团队研制的管道漏磁在线检测系统对该线路进行检测，发现存在10处重度腐蚀，50处中度腐蚀。在此基础上，后期管道修复仅用了300万元，既节约了大量资金，又保障了生产安全。 　　“(跨国公司)即使对我国出口设备，也不出让管道检测数据的分析权，这意味着我们购买设备后，还要付每公里1万美元的费用请供货方来人检测分析。”杨理践说，“前几年有一项工程，国外公司已经采取和国内一样的标价来竞争，他们想方设法要挤垮我们，因为他们不希望我们存在。” 　　杨理践团队在理论分析、仿真计算、反复模拟和工程试验基础上研制的输油管道在线检测仪器打破了国际垄断。从2002年开始，该仪器先后在大庆油田、吉林油田、四川气田、新疆油田进行检测工程工作，取得了良好效益。2010年对建成30多年的鲁宁线管道全线检测中，检出1万多处管道腐蚀缺陷和损伤，间接创造20余亿元人民币的经济效益。 　　在2011年11月杨理践团队进行的大孔径输气管道内检测设备现场测试中，国际著名管道内检测公司美国GE-PII公司和德国ROSEN公司的代表也参与了测试，这表明在输气管道内检测设备研制技术角力中，我国又一次跑到国际前列。 　　安全背后的科学基金 　　“跨国公司对此进行严格的技术垄断，我们只能从零开始，从基础理论做起，因此在这项研究上，国家自然科学基金起到了至关重要的作用。”杨理践说。 　　在国家自然科学基金的支持下，杨理践的团队完全从基本原理出发，开始从仪器原理到技术、工程问题的研究。在2000年国家自然科学基金信息学部主任基金、2002年国家自然科学基金面上项目、2003年国家自然科学基金仪器专项基金的资助下，杨理践团队进行了漏磁机理研究、传感器设计、检测速度影响研究，完成了多个型号高精度管道漏磁在线检测装置研制。他们进行了高清晰度漏磁检测传感器的设计研究，海量存储器数据处理技术的研究 建立了管道漏磁检测装置的有限元模型，确定了各种因素对漏磁检测信号的影响 建立了检测器速度变化效应的信号补偿的新方法 建立了缺陷信号处理分析的方法，能对不同的缺陷信号进行识别，有力推进了我国长管道输油气管道检测技术的发展和应用。 　　为解决长距离、高速管道探伤中的磨损问题，该团队又进行了高速运行耐磨技术，高导磁耐磨材料，弱磁激励检测理论的研究。为解决仪器在管道检测中被卡住和数据贮存的问题，该团队进行了低限制通过能力的研究，探头小型化、数字化，缺陷描述模型，小波特征提取、神经网络识别等基础研究。 　　在成果鉴定会上，专家一致认为，该研究为我国管道检测技术参与国际竞争提供基础理论与技术支撑，研制的管道探测仪器主要指标方面达到了国际先进水平，使我国拥有了独立知识产权的“智能管道猪”，并成为国际上少数能进行这方面研究、制造和服务的国家之一。