管道内部检查设备及方法技术

本发明专利技术提出了用于通过内部检查对运输流体（３）的管道（２）进行光学检查的装置和方法。光源工具（４）用于形成照亮所述管道（２）表面部（９）的线（Ｌ）的一个或者多个扇形光束（５）。光学接收工具（６）位于由光束（５）形成的平面之外并且配置成在它的视野（７）内具有由扇形光束（５）在管道（２）内壁上形成的线（Ｌ）。接收工具（６）用于形成二维索引图像（２０↓［ｋ］），其中每个所述图像（２０↓［ｋ］）包括在每个图像（２０）的预定数目的线（Ｍ）中预定数目像素的亮度数据。包括图像分析模块（１１０）的数据处理元件（１００）用于提取所述表面（９）的深度轮廓。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于石油流体运输具体来说是气体或者多相传输的管道的内部检查的设备。
技术介绍
更具体地说，本专利技术涉及传统上称作管道内部计量设备或者PIG设备这个主题，该设备可以在流体压力作用下插入并且进行移动从而检查管壁内侧的几种缺陷，例如腐蚀、沉积、侵蚀或者机械故障。天然气管道在世界范围内建立以用于将天然气从气田经过海上管道或者陆上管道分配到最终用户。气体压力通常在50至160bar之间，但是有些系统设计的压力却达到了200bar并且可能更高。管道非常昂贵并且通常设计和建造成至少能维持与气源的期望寿命相等的时间。管道的设计寿命通常都40至70年的范围内。大多数管道都是由可能产生腐蚀的相对标准合金钢制成。与管道长设计寿命相伴的腐蚀风险使之有必要对它进行检查。从长远来看，由腐蚀而造成的壁厚的减少就是一个主要的威胁。从短期来看，其它的方面，例如开始腐蚀、内部涂层的损坏以及操作事件产生的不良后果都令人感兴趣，并且应该受到监测。壁厚度变薄将会使管道的压力定额减小，结果会造成气体产量的减少并导致了经济损失。如果没有监测壁厚，腐蚀可能会导致具有相关污染危险的泄漏，而且在更不幸的情况下还可能会导致火灾和/或爆炸。相关技术描述由Texas州San Antonio的Southwest Research Institute于1993年5月在GRI91-0365主题报告中为IL在Chicago的GAS RESEARCH INSTITUTE撰写的“IN-LINE INSPECTION OF NATURAL GAS PIPELINES”中描述了管道检查。J.B.Nestleroth和T.A.Bubenik、Battelle在1999年2月为Gas ResearchInstitute作了题目为“Magnetic Flux Leakage(MFL)Technology ForNatural Gas Pipeline inspection”的报告。由Norsk Elektro Optikk A/S提交的编号为1995.4881的挪威专利申请描述了输油或者输气管道表面细节的频谱影像和识别，例如腐蚀、流体薄膜和机械损伤。日本专利申请JP 05-149885中使用光源形成窄的扇形光束指向管道内壁并且在内壁上形成亮条纹。这条线通过一个摄像机成像并且由检测控制器来处理。对两个光源的使用以及彩色图像也进行了描述。JP 01-54235描述了用于管道检查的清管器，该清管器包括通过光纤照亮管道内表面的光源，还包括用于观察被照亮的点的位置和直径以便确定管道内表面中的壁洞缺陷的大小和深度。通用的内部检查技术是以超声波检测和漏磁探伤(MFL)为基础的。MLF技术可能就是最常用的一种。检查工具通常与称作“PIG”的运载体相结合。PIG是从现有技术中得出的词语——Pipeline InternalGauging的缩写。带有检查工具的PIG插入到气流中并且会随着气流从发射器流至接收端或者“PIG—阱”中。漏磁检查工具设在一组形成与管壁接触的刚性金属结构的“刷子”周围。将强磁场作用到这些刷子上，其中每个刷子对形成北极和南极。在这些磁极之间，布置了能够测量磁场的传感器。腐蚀或金属损失会改变磁场的强度和分布，这将导致传感器中的信号发生变化。测量信号在存储之前进行预处理或者直接存储在存储介质上。由于管壁中的感应电流降低了磁化强度级，所以MFL工具通常存在残余磁化强度和速度的限制的缺点。超声波工具需要耦合流体用于将信号传感器和管壁内侧耦合起来。当气体管道中的流体主要包括气体时，由于气体密度很低，与壁的声耦合将会相当弱。
技术实现思路
本专利技术为用于运输流体的管道内部检查的光学检查装置。该装置包括能量供应元件，用于形成一个或者在所述管道内表面部上照亮一条线的多个扇形光束的光源工具，还包括光学接收工具，它位于由所述扇形光束形成的平面之外并且配置成在它的视野内具有由扇形光束在管道内壁上形成的线。光学接收工具生成多个二维索引图像。每个所述图像包括用于所述图像的预定数目条线中每个线的预定数目个像素的光度数据。数据处理元件包括具有表面深度轮廓分析模块的图像分析模块。深度轮廓分析模块用于通过沿着上述线分析最大值从所述的记录图像中提取所述表面的深度轮廓，从而获得通过每个图像的所述最大值的位置p(x)来表示的线，由此图像中的所述最大值的位置p(x)可以表示表面轮廓。曲线/表面轮廓存储在存储工具中。附图说明图1是根据本专利技术布置成管道清管器的光学检查设备的简化图，显示了由光源照亮的照亮区和摄像机的视野。图2是照亮和观察几何图形的较详细视图，具有向管道内部产生扇形光束的光源，以及与光源产生的扇形光束平面相隔一定距离的摄像机。图3A显示了在传感图像处理中从获取至提取轮廓的第一主要步骤。图3B显示了在传感图像处理中从获取至提取轮廓至数据存储这些余下步骤。图4显示了因为将扇形光束投射到管壁上而产生的由摄像机传感器所寄存的线的典型图像。沿着每条垂直线的亮度峰值的位置对应于该位置上管壁的高度。图5显示了为了提高对每条摄像线的最大点位置的决策能力的信号处理示意图。图6是本专利技术的摄像机和激光驱动器模块的方框图。图7是一个完整的检查系统的方框图。图8显示了由根据本专利技术的几条线图像而构成的组合图像，它显示了面向管内壁的洞和凸起。图9显示了用于使光学检查设备的光学窗口保持清洁的清洗流配置。图10显示了管内根据本专利技术的光学检查设备的横截面图，图中示出了几个光源和摄像机。图11显示了由管2的皱褶部分中如图10所示的配置产生的激光线示意图。图12显示了使用图10的配置的摄像机所获取的典型图像。具体实施例方式图1显示了具有典型的管道检查计量或者PIG形式的整个检查设备1的典型示意图。在PIG的抗压壳10中配置了光学零件，例如用于产生光束5的光源4、光学记录元件6以及例如记录图像20k的摄像机6。检查设备1包括外部保护壳10或运载体12。在外壳上布置了通过弹簧机构17等附着在运载体12上的轮子16，以保证轮子16与管2相接触。虽然弹簧机构17可以松开从而如图1所示轮子16就不与管2相接触，但是在大多数典型的检查操作期间轮子16还是与管2相接触。运载体也通常具有柔性密封圆盘28，它通常为围绕着运载体并且附着到运载体12上的环形，从而提供一个机构，当在检查设备前后设置了压力差时，通过该机构可以在管2中将检查设备1向前驱动。柔性圆盘在大多数具体的情况下将会或多或少地发生弯曲或者变形并且如图1所示并不是平的圆盘。在外部保护运载体12中布置有切块14，切块14为扇形状光束5和摄像机的视野7提供开口。在外保护壳或者运载体12中布置有抗压壳10，它容纳了所有工作的光学零件和电力供应元件，例如光源4和摄像机6和用于记录、处理和存储由摄像机所记录的图像20的所有相关联的电子模块。通常，抗压壳10配设有由蓝宝石或者其它强透明材料形成的窗口8，该窗口与摄像机6和光源4相关联并且优选位于它们的前面。切块14也可以配设附加的光学透明窗口，但是在图1中并没有示出。或者，外保护壳12或运载体内部抗压壳10可以集成一个单一的机械结构。这将会使检查设备1所需的体积减小。这对于在小直径管2中的执行使用很有好处。抗压外壳10使用冲击和振动阻尼固定架55安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于运输流体（３）的管道（２）内部检查的光学检查装置（１），所述装置包括：能量供应元件（１８）；光源工具（４），用于形成照亮所述管道（２）内部表面部（９）的线（Ｌ）的一个或者多个扇形光束（５）；光学接收工具（６） ，位于由所述扇形光束（５）形成的平面之外并且配置成在它的视野（７）内具有由扇形光束（５）在管道（２）内壁上形成的线（Ｌ）；所述光学接收工具（６）用于形成多个二维索引图像（２０↓［ｋ］），所述索引ｋ表示运行图像号码，每个所述图像（２０ ）包括用于所述图像（２０）个预定数目的线（Ｍ）中每个线的预定数目像素的亮度数据；数据处理元件（１００），它包括带有表面深度轮廓分析模块（１２０）的图像分析模块（１１０），所述深度轮廓分析模块（１２０）用于通过分析沿着所述线（Ｍ）的最 大值（ｍ），从记录的图像（２０）中提取所述表面（９）的深度轮廓，从而获得曲线（Ｎ），曲线（Ｎ）通过所述最大值（ｍ）的位置ｐ（ｘ）来表示每个图像（２０）的所述线（Ｌ），因此图像中的所述最大值（ｍ）的位置ｐ（ｘ）就表示了表面轮廓（Ｎ）； 第一存储工具（１６０），用于存储器所述曲线／表面轮廓（Ｎ）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约恩克里斯蒂安哈格恩，哈瓦德特林，卡尔亨里克海于格霍尔特，基亚尔坦瓦尔特达尔，
申请(专利权)人：诺斯克埃莱克特罗奥普体克公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]