文档介绍：北京化工大学硕十学位论文
大口径埋地管道超声波在线管壁测厚系统的研究
摘 要
管道运输己经成为全国五大运输行业之一，在国民经济和生产中
占有重要的位置，目前西部大开发的 “西气东输”重大工程己经全面
开工，十五期间共有近 万公里的 “西气东输”管网将建成。据管道
工程部门调查，埋地输气管道在使役之中的腐蚀孔洞、应力裂纹始发
经常不是在外表面，而是在其内部。因此管道内部检测比管道的外部
检测就显得更加重要，此外由于腐蚀等原因，地下管道的壁厚会逐渐
变薄，严重影响了管道使用时的安全性，目前采用的方法是定期更换
全部管道，造成极大浪费，因此研制一套检测系统以解决上述问题，
有非常重要的应用价值。
本课题中设计了一套轮式自行走车检测装置，该装置适用于直径
在 左右的埋地输气管道。行走车的车体由万向节连接的多节套筒
组成。各种检测设备分别安装在每个套筒上。研究过程中设计的超声
波轮式探头，发出超声波信号测量管道壁厚。轮式探头内部使用了用
来加强信号强度的聚焦探头。该装置在管道内部进行检测时，不需要
与外界联系，检测数据分别被存储在摄像机和存储芯片里。自身携带
的单片机里存有控制程序，完成对行走车的控制，超声波信号的处理
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也由行走车上携带的集成电路进行。检测过程中，该套装置完全自动
工作，不需要外界控制。并且设计了实时同步测距装置。保证了对检
测位置的确定。
研究的整套装置由机械行走部分、超声波测量部分、成像部分、
里程轮和电路处理及单片机部分组成。研究论文分别对这几部分的设
计原理和实现方法作了介绍。
关键词超声波，轮式探头，管道检测，单片机
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北京化 人学硕 卜学位沦文
符号说明
无损检测
光电祸合器件
超声波波速
超声波的传播距离
介 超声波频率
入 超声波波长
计算机辅助设计
计算机增强的三维交互
作用设计
互补金属氧化物
半导体
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第一章 前 言
项目的目的、意义及背景
，课题的目的、意义
自年代以来，由于人口的迅速增长，全世界对天然气的需求量日益增加，
管道运输是运送能源最安全的方法。因此，输气管道的建设速度呈现增长的趋势。
据统计，在 年— 年的 年间，全世界 除了俄罗斯和中国外新建
的输气管道达万前苏联的输气干线总长度为万，其中
的大口径管道约有 万 。然而，管道和其它设施一样也会损坏、
老化。在大量铺设新管道的同时，一批管道的运行时间已接近设计使用寿命，例
如前苏联的输气管道平均运行时间已达 巧年，其中出现了天然气跑漏的现象
这种必须的管道修复工作会给管道经营者带来严重损失，管道的更换和修理要支
付很高费用。例如，在英国北海 公司的 原油管道由于内腐蚀被更换，
花费了护美元。如果管道断裂发生在环境敏感地区就可能要花费数千万美元
。但是在更换管道时，往往是用新管道全部替换使用时间达到一定长度的某段埋
地管道。或者当某段管道出现泄露时，将其所在整段线路更换。只要采取有效的
维护措施，大多数管道还可以安全运行多年。因此，各国管道公司非常重视运行
多年的在线输气管道系统的检测、维护的研究和技术改造工作。
管道操作者要管道安全运行，确保管道能有较长的寿命，就必须考虑有效的
检测措施，防止因管道开裂而支付更大的修理费用。
在过去的二十多年里，输气管道检测技术日益受重视并得到迅速的发展，其
原因主要有三个方面。第一，管道高效安全运行的需要。年前苏联输气干线
的平均事故率为次万事故的主要原因是机械损伤、管内壁腐蚀、管材缺
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陷及管道防腐施工质量差等。美国天燃气公用事业公司报告的配气系统泄漏原因
主要是腐蚀、外力机械损伤和管材缺陷。因此，采用各种先进的检测手段对输气
管道进行定期检测，可以及时发现管道的各种事故隐患，减少因事故和泄漏造成
的损失。第二，政府的要求。各国政府对管道安全和环境污染问题越来越重视，
即将实施的美国管线安全法规要求管道公司必须每 年对各自的管道系统进行一
次检测，这