基于CNG地下储气井检测用的自动悬浮式超声波探头设计

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  • 摘要:提出一种CNG地下储气井检测成像用的自动悬浮式超声波探头系统,该系统利用闭环反馈控制方法,能自动保持超声波探头与管壁之间为较小的恒定距离,使转动的探头与壁之间有恒定厚度的一层耦合液,解决了空气与钢管的声阻抗相差太大,超声波不能进入钢管内部的难题,并保证旋转探头不被磨损。设计一种惯性离心力开关,能自动地提供所需的耦合液。这种自动悬浮式超声波探头系统在采样频率不太高时,能较准确地保持探头与壁之间有均匀的耦合液。使CNG地下储气井超声波检测成像的基本问题得到较好的解决。
    关键词:CNG地下储气井;超声波;悬浮式;反馈控制

    0 引言
        随着国际原油价格的不断飙升,车用天然气量也猛增,由此带动CNG加气站大量建设和运营。我国目前建有700座CNG加气站,拥有40多万俩CNG汽车。CNG地下储气井建造成本低,占地面积小,安全性能高,现已成为国内CNG加气站首选储气方式。国外也有50多个国家使用天然气汽车。储气井是埋地压力容器,SY/T 6535-2002规定地下储气井使用寿命是25年。标准也规定储气井的全面检测周期为6年,必须定期进行井管的无损检测和测厚检测,但这方面尚无完善的检测手段。由于天然气中含有较多的硫,易形成对金属有很强腐蚀能力的腐蚀液,且长期运行于25 MPa的高压下,在这种恶劣条件下储气井难免会出现安全问题。
        国内外比较成熟的油气井检测已发展到超声波成像检测,但这种检测技术只能对井中有油,水或泥浆介质的油气井进行检测,而不能直接应用于CNG地下储气井的检测。这里设计的自动悬浮式超声波探头系统可直接用于CNG地下储气井的超声波探伤成像检测。

    1 探头系统结构及工作原理
    1.1 探头系统结构
        图1是探头系统俯视图,图2是探头系统侧视图。

    基于CNG地下储气井检测用的自动悬浮式超声波探头设计

    1.2 探头系统工作原理
        由结构知:超声波探头固定于径向导轨的精细丝杆上(对称的两只),图中只画出了一只。因前面有最大位置限制销,只可沿导轨作径向运动。其运动受径向电机控制,当旋转开始时,径向电机将探头送出。设超声波接收探头接收到的波形如图3所示,t=t0时,发射超声波;t=t1时是遇到管内壁时,由于润滑液与钢管的波阻抗不同而形成的反射回波;t=t2时,遇到管外壁的反射回波,对径向电机的控制信号是t=t1的反射回波。设超声波在润滑液中速度为v,润滑液厚为e,则:
        基于CNG地下储气井检测用的自动悬浮式超声波探头设计

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