一种新型管道端口打磨机器人构型设计与运动学仿真研究

为了提高管道敷设过程中端口附着的混凝土、砂浆和锈迹的打磨质量和打磨效率,设计了一种管道端口打磨机器人装备。对该端口打磨机器人进行了构型设计,并运用平面几何方法建立了打磨机器人运动学模型。利用ADAMS软件建立了打磨机器人参数化虚拟样机模型,通过运动学仿真初步确定了"低行进速度+高打磨速度"的打磨方式,并进行了现场试验验证。试验结果表明,仿真结果确定的"低行进速度+高打磨速度"的打磨方式适用于新型端口打磨机器人,并具有良好的运动学特性,除锈效果更好,打磨精度更高。     

螺旋轮式水平井牵引机器人设计与分析

针对水平井作业工具输送困难的问题,设计了基于螺旋驱动原理的牵引机器人。提出了一种平行四边形支撑杆机构,采用丝杠螺母调节机构和弹簧柔性支撑来适应管径变化。对扶正机构轮与管壁的正压力进行分析,并建立了机器人的牵引力模型。应用Pro/E和ADAMS软件建立牵引机器人的虚拟样机,对驱动轮的正压力和牵引力进行仿真分析,搭建了管道试验环境进行机器人牵引力试验。试验结果表明:该机器人能够在内径125 mm的管道中平稳行进,最大牵引力能达到5 400 N。研究结果对于设计较大牵引力的水平井推进器具有重要的工程意义。     

基于深度学习的金属焊接管道内壁缺陷检测方法研究

针对目前管道内壁缺陷检测方法不足的问题,提出了一种基于管道机器人和深度学习模型算法的管道内壁缺陷检测方法,对管道内壁缺陷图像进行识别与分类。通过对Faster RCNN目标检测算法进行改进,以密集连接卷积网络（DenseNet）作为检测模型的特征识别核心,从而提高了模型的泛化能力和识别精度。试验结果表明,基于深度学习的识别方法实现了金属焊接管道缺陷的检测,运用改进后的Faster RCNN深度学习算法进行管道缺陷识别具有识别精度高、成本低的优点,平均准确率达到93.2%。     

管道内壁阴极保护技术

阴极保护技术已广泛应用于管道的外防腐,而在管道的内防腐中还存在只适用于大口径管道、保护距离短、阳极与管道内壁绝缘难、安装复杂等问题。为此,江汉油田设计院开展了管道内壁阴极保护技术研究工作。试验证明,管道内壁采用强制电流和牺牲阳极阴极保护完全可行,用在柔性阳极或带状锌合金、铝合金牺牲阳极上外套打孔塑料管或塑料网的安装方式成功地解决了管道内壁阴极保护存在的上述问题,具有适用范围广、施工工艺简单、经济方便等优点。文章着重介绍了塑料套管或塑料网阳极安装方式及其模拟试验、现场试验的条件和结果。     

管径自适应轮式管道机器人设计

针对管道机器人恶劣的工作环境,设计出了可以通过动力驱动结构实现变径,具有良好越障能力的轮式管道作业机器人。完成了机器人的整体机构设计和三维造型,并对机器人的越障性能进行了理论分析。     

深海立管作业机器人摩擦学与可靠性研究概述

我国管道输送安全保障特种作业机器人的研究与世界先进水平存在差距,制约了我国海洋资源勘探开发水平。从摩擦学和可靠性角度分析海洋立管作业机器人设计制造和服役的主要特点。介绍了海洋管道和立管作业机器人的主要作用。分别讨论了管道清理机器人、智能检测机器人、海管维修张紧器设备、智能式封堵机器人等服役过程的摩擦学系统和可靠性研究进展。从管道输送的流动保障、节能降耗、安全高效,及机器人安全可靠运行、检测及评定等方面进行了探讨。提出了海洋立管作业机器人的研究建议。     

超级13Gr油管内壁缺欠原因及对性能影响

采用管道内窥镜对超级13Cr油管内壁进行了宏观检查,对发现的疑似缺欠用超声波进行复检,对含有缺欠的油管取样进行理化试验。分析结果后认为油管内壁缺欠对其抗内压强度没有影响,但缺欠部位会首先发生腐蚀,可能诱发应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳裂纹。油管内壁缺欠的产生原因与轧管工艺不当有关。目前,油管生产厂采用的打磨方法无法从根本上消除油管内壁的缺欠。     

模块化同步自主变径输气管道机器人的研究设计

为了对长时间服役的输气管道进行精准、快速的检测,设计了一种能够实现模块化、同步自主变径、便于搭载检测元件的内检测管道机器人。该机器人搭载CMOS图像传感器及红外反射传感器,可对管内破裂、腐蚀及错口等多种缺陷进行检测,并记录缺陷的具体位置。该管道机器人采用拖揽式的能源供给方式,驱动模块由电动机带动驱动轮转动,在输气管道内独立运行。通过SolidWorks三维建模,ANSYS分析以及MATLAB求解得到该机器人的各项参数：额定爬行速度16 cm/s,最小过弯半径660 mm,牵引力不小于400 N;变径预紧机构采用对称的同步变径式结构,变径范围可达到300～400 mm;机器人尾部设有万向节,可将相同结构串联以实现模块化,同时增加自重,增大牵引力。对管道机器人虚拟样机进行动力学仿真分析,其直管、弯管及竖直管道的速度仿真曲线误差均不超过10 mm/s,验证了该机器人在直管、弯管及竖直管道都具有良好的通过性。该设计可以为长输气管道的内部缺陷检测提供良好的硬件支持。     

泡沫型清管器在子洲气田的应用效果评价

天然气管道在长时间运行后会出现杂质、液体附着或沉积在管道内壁的问题,不仅会增加管输能量损耗,降低输送能力,还会造成管道腐蚀,安全风险增加。因此,为保证管道高效、安全平稳运行,定期对管道进行清洁尤为重要。本文通过对传统式皮碗型清管器和泡沫型清管器进行性能分析及现场应用研究,确定了泡沫型清管器更适合应用于子洲气田,且试验效果良好,解决了传统式皮碗型清管器在应用过程中存在的安全风险高、效率低、资源浪费等难题。     

钢制拱顶焊接储罐倒装施工的几点改进方法

随着我国管道建设的飞速发展,石油、成品油管道在全国大多数省市已形成网状结构,为节约管道输送的运行成本和方便管理,石油、成品油库的储存将依托大型油库,油库的建立与安装市场将进一步扩大,钢制拱顶焊接储罐的安装施工将进入一个新的时代。传统的倒装法施工钢制拱顶焊接储罐安装工艺在诸多地方不能适应人性化管理的要求,油罐底板边缘板开孔作为人员、机具的进出油罐的通道,油罐壁板焊接打磨时罐内温度高、通风不畅,电动葫芦提升罐壁板时由于罐顶板的铺设而需要罐外、内安装两次提升装置,油罐内壁焊道的手工打磨人工强度大、清根不彻底,油罐顶板安装网状胎具难度大、罐顶内焊缝断焊时空间受限等工艺方面不足严重制约了油罐的施工进度和施工质量。本文从以上几个方面进行深入的探讨,采用非常规的措施已积极解决上述问题,对于油罐安装质量和进度有较大的改善具有积极的意义。     

长庆油田小口径管道内检测机器人研究与应用

综合涡流和超声波检测技术,针对长庆油田CO2驱小口径管道,成功研制了小口径管道电磁涡流内腐蚀检测机器人和超声波内腐蚀检测机器人,并在长2.97 km、管径为Φ114 mm、壁厚为4.5 mm的管线上进行了试验。研制过程包括检测系统探头、腐蚀情况检测系统、壁厚检测系统、采集处理系统、动力控制系统、储存分析系统、里程记录单元以及上位机成像系统、整体检测系统的设计和开发。电磁涡流内腐蚀检测机器人可用于Φ89 mm、Φ114 mm、Φ133 mm管径的腐蚀检测,能够通过4D弯头,能将管道腐蚀、壁厚减薄甚至盗油孔等隐患进行检测、定位。超声波内腐蚀检测机器人,能够对输油管道进行全程检测和数据记录,确定缺陷在管道上的位置,形成相应波形曲线。     

直轮式管道泄漏检测机器人弯管通过性能研究

针对现有管道检测机器人转弯性能差的问题,研究了直轮式管道泄漏检测机器人。该机器人采用驱动轮直接驱动,结构简单,输出稳定。采用理想规划法对机器人建立过弯方程,计算可知当宽度小于146.29 mm时,机器人满足弯管爬行的弯道几何约束要求。采用Adams软件仿真分析机器人弯管通过性能以及转弯时驱动轮的速度变化情况。分析结果表明:机器人可以安全通过弯管,满足设计要求;过弯时机器人外轮运动速度v 2增大,内轮运动速度v 1减小,因此机器人可以平稳过弯;v 2与机器人质心位移的变化趋势很接近,当机器人到达弯管极限位置时,v 2达到最大;直轮式管道泄漏检测机器人可以通过直径170 mm、曲率半径450 mm弯度的管道。研究结果可为管道检测机器人的工程应用提供参考。     

内部冷却系统在海底管线用厚壁弯管制造中的应用

分析了海底管道设计的主要影响因素,指出海底管道的设计与陆上管道设计不同,其主要区别是管道壁厚不仅仅是由管道内部最大工作压力来决定的。结合弯管母管的特点,针对海底管线用厚壁弯管在热煨过程中淬透冷却速度对其性能的影响,提出了改善目前淬透冷却不足的解决措施。在弯管内部增加一套冷却系统,弯管成型过程中内外壁同时冷却,通过提高弯管淬火时的冷却速度,改善了弯管成型后的整体力学性能。     

基于流场分析的压裂四通管汇冲蚀预测

四通接入式压裂管汇是使用较多的一种管汇布置方式,该布置下的流场性能、冲蚀性能备受设计和现场应用人员的关注。建立了压裂管汇四通冲蚀预测模型,使用CFD方法及Fluent软件,在压力、速度流场分析基础上,研究不同粒径、入流速度、陶粒密度对管道内壁的冲蚀影响与机理,并开展寿命预测。研究结果表明,四通内壁冲蚀率随陶粒粒径、流速、密度增大而增大,且四通交汇区域冲蚀现象严重。安全范围内,预测压裂四通管汇在最大平均冲蚀速率下的最小使用寿命为30 000 min。     

埋地管道磁记忆检测机器人机械结构设计与运动学仿真

针对目前国内管道机器人在行进过程中极易卡堵、变径范围小且检测效率低下的问题,提出一种用于埋地管道的分体式可变径磁记忆检测机器人。设计了管道机器人的机械结构,通过SolidWorks建立三维模型,利用ADAMS对机器人在弯管与变径管道内的通过性进行了仿真分析。在此基础上,制造物理实体模型,进行管道内通过情况与磁记忆检测试验。试验结果表明,机器人结构设计合理,可以顺利通过曲率半径不小于1.5倍管径的弯管以及280～340 mm的变径管道,且磁记忆检测结果与X射线复验结果一致,为可变径、自适应、全寿命埋地管道检测机器人的设计提供了新的思路。     

L485M输气管道水压试验泄漏原因分析

针对某L485M钢级输气管道在水压试验中发生泄漏的现象,对泄漏部位进行了外观检验、理化性能及腐蚀产物分析。结果显示,该管线泄漏点位于管道6点钟位置,管线内壁腐蚀严重,主要表现为全面腐蚀及较深的腐蚀坑;泄漏的主要原因是由于土壤及水等进入管道,钢管内壁受腐蚀减薄,钢管承载能力下降,当试验压力大于钢管承载能力时,钢管开裂泄漏。对于新建管线,建议及时进行管道内部清理,避免对钢管内壁造成腐蚀,对于不能及时投入使用的新建管线,应在内部清理、干燥后进行封堵,避免泥土及水分等进入管线内部而导致腐蚀。     

基于可靠性的油气管道设计系数研究

以往的油气管道强度设计中,设计系数的确定常常以经验为依据,比较保守。国内外大多数研究均是从理论上论证了提高油气管道设计系数的可行性,并没有给出基于可靠性的设计系数的计算方法。将应力-强度干涉理论引入油气管道设计系数的研究中,以西气东输一线及二线为例,定量计算了0.72和0.8两种设计系数下无缺陷管道和含体积型缺陷管道的可靠度,并提出了切实可行的措施,为油气管道降低壁厚,提高输送压力,节约管道成本提供了理论支持。     

钢管内壁自动打磨清扫装置的应用

为了提高螺旋埋弧焊管内检工作效率及检验质量,解决人工清理钢管内壁及管端氧化残留物时存在的效率低、清洁不均匀、易对内表面造成二次伤害等问题,设计了一种钢管内壁自动打磨清扫装置。该装置由两台同步行走小车作为主要执行机构,采用S7-200 SMART PLC为中央控制硬件进行编程,并采用电感式限位对行走小车进行行程定位,通过调整可实现Φ406 mm~Φ2 200 mm钢管内壁自动打磨清扫。实际应用表明,该装置可有效提高焊管生产线自动化程度,降低岗位人员劳动强度,提高生产效率。     

中美俄输气管道工艺设计标准差异研究

中亚地区是我国海外管道投资合作重点地区。为提高管道输送工艺设计的科学性和经济性,应研究国标、美标和俄标在管道输送工艺设计方面的技术差异,包括地区等级划分、壁厚计算和压力试验等内容。研究表明:国标和美标按照管道沿线户数划分地区等级,俄标按照管段类型和设备功能划分地区等级;国标和美标按照管材屈服强度计算壁厚,俄标按照管材抗拉强度计算壁厚;国标、美标和俄标分别按照设计压力、最大操作压力和工作压力确定强度试验压力。由此得出结论,应酌情提高国标地区等级的户数,俄标的壁厚计算值高于美标和国标,俄标在试压介质和稳压时间上更严格,国标在高强度水压试验方面,与美标和俄标存在差距。