管道测试

关键词： 热流 测试 保温 蒸汽

管道测试（精选六篇）

管道测试 篇1

关键词：蒸汽管道,热流密度,散热损失

在石油化工行业, 大量的热能通过蒸汽管道输送。对蒸汽管道进行良好的保温, 减少其散热损失, 是提高炼油化工企业经济效益的有效途径。蒸汽管道热损失测试是保温改造、保温施工质量监督和综合评价保温效果的基础。因此, 准确、全面地给出现场热损失数据是保温技术改造及经济分析的关键。

兰州石化公司蒸汽管线较多, 由于建厂历史较长, 部分蒸汽管线保温老化、破损比较严重, 导致管道的热损失偏大。目前, 随着能源价格的不断上涨, 改善管道的保温状况, 加强蒸汽管网保温热损失的监测, 节约能源, 降低生产成本已成为当前的一项紧迫任务。

通过对兰州石化公司动力厂, 两条主蒸汽管道保温状况的现场测试, 由于部分管线从电厂出发送到炼油厂之间要经过农民的庄稼地, 没有架空, 发现管道的保温材料出现破损、塌陷, 散热量可能超过国家标准的要求, 因此, 应对现有管道的保温效果进行分析和评价, 以便合理更换保温材料。

1 热损失测试方法原理介绍

国内外保温管道热损失现场测试通常比较常用的有3种:热流密度法;表面温度法;焓降法。

1.1 热流密度法

热流密度法是采用热阻式热流计, 将其传感器 (探头) 用双面胶纸贴敷在保温结构外表面, 直接测量热流密度, 再根据实测保温结构外表面积计算出散热损失值。其基本原理:当一维稳态热流q垂直地通过探头时, 经过一段非稳态过程后, 在热阻板两面产生相应的温度差△T, 根据傅里叶定律:

式中:q———蒸汽管道保温层外表面热流密度, W/m2;

kt———热流计侧头材料导热系数, W/ (m·℃) ;

△T———侧头两侧的温度差, ℃;

△x———侧头厚度, m。

这样, 在热阻板内的热电堆感生出热电势;测出热电势就可根据已标定的热电势与热流关系, 在仪表上直接读出热流密度q0在稳态情况下, 单位长度管道的热损失为:

由于管道常年运行, 需将测试数据换算为当地年平均温度和常年运行温度 (设计温度) 条件下的相应值。其换算公式如下:

式中:Q———年均散热损失, W/m2;

Q'———测试条件下的热损失, W/m2;

T1———设备及管道常年介质运行温度, K;

T1'———测试时设备及管道介质实际运行温度, K;

Tm———年平均大气环境温度, K;

Tm'———测试时的大气环境温度, K。

1.2 表面温度法

表面温度法是用表面温度计, 测定保温结构外表面温度、环境温度、风速及保温结构外形尺寸, 按公式 (4) 计算其热流密度:

式中:q———蒸汽管道保温层外表面热流密度, W/m2;

α———总散热系数, W/ (m2·K) ;

tw———保温结构外表面温度, K;

tf———环境温度, K。

总散热系数α按照公式 (5) 进行计算。

式中:α———总散热系数, W/ (m2·K) ;

W———风速, m/s。

1.3 焓降法

对于一段足够长而沿线无分支的蒸汽管道, 根据其进出口蒸汽温度和压力可查得进出口蒸汽焓值H入和H出, 当知道蒸汽质量流量G时, 就可估算出管道表面沿程的焓降热损失Q, 即

2 热损现场测试方法的特点及其比较

以上所介绍的3种热损失现场测试方法各有特点, 可以相互补充或验证, 但是在一般情况下, 以热流密度法最为常用, 因为热流密度法受测试现场非稳态因素 (风速、日照等) 影响较小, 测试结果一般工程测试不用修正。

1) 热流密度法在测试现场使用热流计测试管道热损时, 误差的主要来源是: (1) 热流计侧头 (平面) 与待测管道表面 (曲面) 间有间隙, 导致热阻增大, 影响测试结果; (3) 热流计侧头是在平贴情况下校定的, 使用时贴在管道表面, 处于弯曲情况, 也导致出现负偏差。第一种情况一般在测试时, 用专用的双面胶把侧头贴紧在管道表面, 此项误差基本被消除;第二种情况对于石化企业的管道管径相对较大, 此项误差基本可以忽略;

2) 表面温度法是现场测量管道热损失比较方便和快捷的一种方法。但是受测试现场非稳态因素 (风、光照等) 影响较大, 需要对测试结果进行修正;

3) 焓降法是估算管道沿程热损较直接、较可靠的一种方法。所得到是热损的宏观结果, 不能给出管道局部热损失的数据。对有旁路的管道, 此方法就不适用。

综合考虑兰州石化公司测试现场的实际情况:由于在测试过程中蒸汽流量不能准确测定, 而且管道旁路比较多, 所以不能采用焓降法测量热损失。而表面温度法受风、光照等因素影响较大, 测试结果不够准确。因此, 在本次测试评价过程中, 选用热流密度法对蒸汽管线进行热损失测量, 因为, 从国内使用情况来看, 热流计测量法具有直观、准确、受外界因素影响较小等特点。

3 测试仪器

本次测试主要采用以下测试仪器:日本的HFM-MR型热流计、风速仪、干湿球温度计、照相机。

4 测试依据

测试按国家标准GB-8174-2008《设备及管道保温效果的测试与评估》和GB-4272《设备及管道保温技术通则》进行。

5 测试内容及测试方案

该次测试大致分为3部分:1) 管道全线普测。在进行热损失测定工作之前, 了解管线的工艺参数、管径、长度及其支架、阀门、管间距等有关资料;查明保温层材料的品种与性能、厚度、结构、施工时间和破损裸露状况, 进行保温结构外形尺寸测量等;2) 为了保证测定结果的准确性, 在确定测试点时, 既选择有代表性的位置, 又要尽可能地多布置测试点。每个截面分4点, 并逐点细测;3) 特殊部位的测量:如阀门、法兰等不规则部位。

5.1 测试分区及测试截面的选择

在主干管道上选择具有代表性的管段作为测试区, 每个测试区段根据其长度及管道走向选择一定数量的测试截面, 当测试区段外表面温度较高时, 适当增加测试截面的数量。

5.2 每个测试截面测点的布置

选定测试截面后, 每个测量面上以45°为间隔选定4个测点 (如图1所示) , 再直接用热流计测出其每个点热流密度值, 计算出整个管道每一个截面所有测点的热损平均值, 求出该管道的平均热损。

5.3 环境温度测点布置原则

环境温度测点选择在被测管道附近, 对于架空管道, 应在距离被测管道1m处测定。

5.4 风速测点位置原则

风速测试点应与环境温度的测点位置相同。对于每个测试截面, 在距离管道1m以内进行风速的测量, 为了保证风速的准确性, 每处均测量了3次, 以3次测量的平均值作为最终的风速值。

6 测试截面的选取及数据处理

由第一步分析得出, 动力厂的东三线电厂孔板至炼厂孔板确定了20个截面需要测试, 每个截面上布置了4个热流测点, 因此共布置80个热流测点。中压线14~7路—33单元南确定了6个界面需要测试, 每个截面上布置了4个热流测点, 因此共布置了24个热流测点。

对东三线电厂孔板至炼厂孔板和低压线14~7路—33单元采用热流密度法进行测试, 由于测试都是在国标允许的风速范围之内进行的, 因此, 在测试时只对测点进行适当遮光, 因而在数据处理时, 没有进行风速影响极光照影响等因素的修正。测试时根据管道表面保温状况选取测试截面, 每个截面采用如图1所示的布点方式, 两条管线共布104个测点, 对测试数据进行平均、年均处理, 其结果见表1。

7 结论

通过对动力厂东三线电厂孔板至炼厂孔板和低压线14~7路—33单元两条蒸汽管线保温热损失现场测试表明, 两条管线的热损严重超标。保温材料选用的是岩棉保温材料, 外包白铁皮, 保温更换历史较久, 根据测试过程中对管线保温状况的观察及管线热损失测试数据来看, 两条管线热损偏大, 其具体情况如下:

1) 管线保温层破损处较多, 由于长期使用而未曾更换保温材料, 东三线电厂孔板至炼厂孔板是1986年更换的保温, 低压线14~7路—33单元是1990年更换的保温。因此, 导致岩棉材料下沉, 上薄下厚;局部管线有裸露在外的现象, 从而导致其热损失比较大, 此外有个别阀门未采取保温, 也不同程度加大了散热损失;

2) 有的管廊上没有过桥, 踩踏现象普遍, 特别是东三线, 由于经过农民的庄稼地, 没有管架, 切地走, 踩踏和人为破坏更加严重, 从而导致保温材料破损, 造成管线散热损失分布不均, 局部热点较多, 热损失增大;

3) 保温材料和保温结构单一, 缺少防水, 防渗透措施, 长期遭受雨雪侵蚀, 保温效果变差;

4) 东三线电厂孔板至炼厂孔板线为岩棉保温材料, 整条管线的年均热流密度超标61.1%;管线长1140m, 管线全程的实际散热量与国标相比需要多消耗热量211.9k W, 则每年损失热能为6.68×103GJ, 热价按照75元/GJ计算, 此管线每年由于保温状况不良造成50.10万元的经济损失;

5) 低压线14~7路—33单元为岩棉材料保温, 整条管线的年均热流密度超标94.5%;管线长290m, 管线全程的实际散热量与国标相比需要多消耗热量51.92k W, 则每年损失热能为1.64×103GJ, 此管线每年由于保温状况不良造成12.28万元。

由此可见, 必须对这两条管道进行保温改造;从经济利用考虑, 如果按照国家标准要求进行改造, 每年可节约能源成本62.38万元。

8 结束语

通过对兰州石化公司动力厂的两条蒸汽管线保温状况进行测试发现, 两条管线保温结构破损、热量损失严重的现状, 直接导致蒸汽浪费, 能源成本增加, 而且由于保温状况不良, 甚至造成管线末端的蒸汽保温无法满足工艺要求, 直接影响装置的生产。从测试结果分析, 按照国标要求进行保温改造, 就这两条管线每年可节约能源成本62.38万元, 如果在设计中以优化设计的思想进行设计, 节约的能源成本将会有大幅度的提高, 因此有必要对无法满足保温要求的设备及管线进行保温改造, 最大限度地减少蒸汽管线表面热损失, 提高企业的经济效益。

参考文献

[1]中国建筑材料科学研究所.建筑材料测试技术与管理[M].北京:中国建材工业出版社, 1995:109-114.

[2]彭晖.蒸汽管道绝热节能效果测定及改进[J].湖南冶金, 2001, 15 (3) :39-44.

[3]梁瑾.蒸汽热力管网系统的优化与节能[J].石化技术与应用, 2009, 20 (1) :25-28.

管道测试 篇2

关键词：便携式校验仪；现场校准；应用

過程控制与现场校准，是现代计量工作发展的必然趋势，因为过程控制与现场校准不仅能节省时间，提高效益，而且，在大型控制系统与监测系统中，还能够避免因为拆卸，运输带来的损坏，减少实验室校准环境与实际使用环境差别过大而引出的不确定度。因此，为了提高效率，增强现场校准意识。我公司专门购置了芬兰贝美克斯MC2便携式多功能校验仪运用在输油管道的日常巡检维护的工作中，对管道的压力，温度等二次仪表，变送器进行现场校准，经过实践与运作，取得了简单方便，省时省力，结论准确可靠的良好效果。

一、贝美克斯MC2多功能校验仪在输油管道现场仪表校准中的应用

1.石油输送管道控制与监测系统的特点。石油输送管道控制与监测系统是石油输送安全可靠的中枢，涉及的设备种类多，设备分布地域广，包括温度，压力，流量等二次仪表，变送器，调节器，记录仪，电工仪表等，这些仪表数量多，分布广，而且，安装结构部位复杂，拆卸校准，复位安装，运输等极其困难，因此，经常出现由于仪表数量众多，而导致的安装，复位查找困难。但是，这些设备往往又直接影响着输油管道控制系统运行的安全与可靠性，影响石油的正常输送，进而影响整个石油生产与对下游的供应。因此，对技术人员来讲，定期的拆卸，送检，是一项不可缺少但又非常麻烦的技术保障工作。为此，我公司计量相关人员通过反复研究分析输油管道控制与监测系统的构成特点，以及对贝美克斯MC2校验仪的实际试用，决定购置并应用到日常的校准维护工作中。这样，既减轻了使用人员的负担，满足了系统工作安全可靠性的要求，提高了日常的工作效率。

2.贝美克斯MC2的主要特点与应用。贝美克斯MC2多功能校验仪采用紧凑型设计，外型小巧，便于现场携带使用。具有超大图形显示屏，支持中文菜单，菜单操作简单，全数字输入键盘，可以简单快速的输入数据，使得校验过程简单而快速。紧凑的保护和防水薄膜键盘，适合各种恶劣场合。针对各种过程仪表，预设了多种校验过程。可以非常的快速，简捷的校验各种过程仪表。多种实用功能：泄漏测试，步进和报警，自动计算误差功能等。内置和外置压力模块测量压力，方便现场对压力仪表的校准。提供24V的回路供电电源。

MC2多功能校验仪既可以用作电压，电流，频率，脉冲，电阻，热电阻，热电偶，压力等标准源，又可以用作这些参数的测量。同时进行输出与测量。在输油管道控制与监测系统的计量检定，故障诊断与维护工作中，可以对温度，压力，电压，电流，电阻等仪表进行校准，另外，还具有表压，绝压，差压和真空压力表，变送器的测量与校准等多重功能。自动计算出误差，为现场校准节省了大量时间。经过使用发现，MC2能够很好地完成控制系统与监测系统中多数参数测量仪表的现场校准任务。减轻了维护人员的负担，提高了工作的效率。而且，MC2本身的溯源性，精度，环境适应能力，安全可靠性等也基本符合仪表校验检定与使用要求。

3.贝美克斯MC2在现场校准工作中的几个典型应用：

（1）利用压力源功能，进行压力开关，压力表，压力真空表，压力变送器等的校准。压力表属于国家规定的强检项目，在石油管道输送系统中，更涉及到人身与国家财产的安全的检测设备。因此校准周期短，要求高。在我公司的输油管道控制系统与监测系统中，共有各种压力表数量众多，而且压力测量范围，精度等级，连接头，介质类型等各不相同，

贝美克斯MC2校验仪具有一个量程供选择的内置压力模块，最高压力范围到16Mpa，能够覆盖大多数压力仪表的测量范围，带到现场使用方便。如超过16Mpa，还可以外置压力模块，最高压力范围到100Mpa。和贝美克斯各种压力手泵，转接头，连接管配合使用。同时，MC2还可以做压力泄漏测试。在校准压力变送器时，还可以自动计算误差，同时提供24V回路供电。使现场校准工作简单，方便，确保各类压力仪表的及时校准。

（2）利用标准热电阻/热电偶模拟功能，以及电流，电压表测量功能，对温度二次仪表进行校准。温度二次仪表是输油管道控制与监测系统中重要的监测设备。在系统中，有大量不同型号，种类的温度二次仪表，借助贝美克斯MC2相关源功能与测量功能，同时解决了一次仪表与二次仪表的现场校准问题。贝美克斯MC2具有14种热电阻和11种热电偶的模拟和测量功能。支持2，3，4线电阻/热电阻的接线方式。并可以提供24V的回路电源。

MC2在热电偶测量/模拟有以下几种补偿方式，提高了校准结果的准确性：

①内部补偿

②外部补偿

③人工输入补偿

（3）利用直流电流，电压源功能，对电流表，电压表，记录仪以等进行校准。MC2还可以测量和模拟4～20mA控制回路的电流，从而对回路进行校准。自带24V回电源，也可以外部供电。见下图（内部提供24V供电电源和外部提供24V供电电源）

同时输出电压，电流时，MC2还有步进和斜率输出的功能，从而使用校准更快速。

①步进功能

②斜率功能

管道测试 篇3

国内某核电厂核辅助系统管道焊缝曾因电弧擦伤、残余应力等原因,在焊缝热影响区检查出超标缺陷显示。通过焊接核辅助系统管道模拟件,对不同结构形式的焊缝采用盲孔法进行残余应力分布测试,能够了解焊缝的残余应力分布情况,对于类似系统的焊缝结构设计、安装、制造等提供重要的借鉴意义。

1模拟件结构及焊接工艺

1.1模拟件结构

焊接模拟件的结构、材质规格与真实焊缝相同:其一为4英寸直管对接环焊缝,接头型式见图1;其二为4英寸骑座式管支撑角焊缝,接头型式见图2。试验用管子为304L不锈钢,规格为Φ114.3×13.49mm。

1.2焊接工艺

焊接采用手工氩弧焊打底,手工电弧焊填充。焊接材料分别为直径为1.6mm的ER316L焊丝和直径为3.2mm的E316L焊条。焊接电流控制在80-120A,层间温度小于150℃。

2模拟件残余应力测量

2.1应变片选型

由于不锈钢材料采用标准应变片、Φ1.5盲孔法钻孔时,产生较大切削应变,为研究不同孔径和不同应变片对切削应变的影响,选择不同孔径盲孔和不同应变片对304L不锈钢退火件进行应力测试。测试结果表明,采用汉中BE120-2CA-B型三向应变花,Φ2.8盲孔进行测试切削应变相对比较小,精度与灵敏系数最佳。

2.2 A、B系数标定

试板为16mm厚的304L钢板,屈服强度为250MPa,经退火热处理。采用汉中BE120-2CA-B型三向应变花,测量圆直径9mm;钻孔直径2.8mm和2.6mm孔深3.3mm。试验选在两种状态下测量试板的A、B系数,分别为:0.8σ0.2、0.3σ0.2。最终确定系数A为-0.64,系数B为-0.88。

2.3表面准备

测量位置的划定原则是根据应力分析的要求和被测构件表面附近的实际空间状态来确定的。采用砂轮对焊缝进行表面平整或对钢板表面进行除锈处理,打磨时要用力均匀、适当,不可用力过猛,也不要长时间打磨一个地方,造成该处温度过高甚至变色,会严重破坏表面的原始应力状态。将粗磨过的表面进行光滑处理,可进一步减小由于表面粗磨造成的对附加应力影响。采用100-200#的砂布,在两个相互垂直的方向上来回打磨。通过此步骤可以使表面机械打磨引入的附加应力减至最小,同时便于粘贴应变片[1]。

2.4测点布置

直管对接环焊缝:以焊缝为中心,沿轴向每隔10mm设置1个测点,布点范围直到焊缝两侧热影响区30m。共测量18个点,以获得轴向焊接残余应力分布[2]。

支撑角焊缝:受管支撑角焊缝的形状及残余应力测量工具限制,图2中X截面(设为0°)处难以采用盲孔法进行残余应力测量,故考虑每种结构形式角焊缝测三条线:Y截面处为第一条线(设为90°),视实际情况30°和60°为第二、三条线。每条线横跨焊缝,每条线上每隔10mm一个测点,直到热影响区30mm。

3测试结果分析

3.1直管测量结果

表1数据表明,不锈钢直管对接接头焊缝区最大应力为174-180MPa,平均应力为124-141MPa,应力沿远离焊缝降低后上升。

3.2骑座式管支撑角焊缝结果

90°位置测量结果表明:焊缝区最大应力为231-256MPa,随着距离远离焊缝应力降低至100 MPa左右。

60°位置测量结果表明:焊缝区最大应力为163-215MPa,随着距离远离焊缝应力降低至100MPa左右。

30°位置测量结果表明:焊缝区最大应力为202-279MPa,随着距离远离焊缝应力降低。

比较直管对接接头和骑座式焊接接头的应力测量结果可以发现:骑座式接头焊缝区应力水平明显高于直管对接接头。

4结论

1)采用盲孔法对直管对接焊缝、骑座式焊缝进行了焊接残余应力测量,结果表明:焊缝区的应力水平较高。

2)比较不同接头形式的焊缝区残余应力可以发现,骑座式接头焊接残余应力高于直管对接接头的焊接残余应力。

摘要：本文采用盲孔法针对核辅助系统管道焊缝模拟件进行了残余应力分布测试,分析了不同结构的焊接接头残余应力分布情况。结果表明:焊缝区的残余应力水平较高,骑座式接头的残余应力高于直管对接接头的残余应力。

关键词：核辅焊缝,残余应力,盲孔法

参考文献

[1]操丰,毛彩云,方江,等.核电站主蒸汽管道护板焊缝残余应力分析.焊接,2012,8:46-70.

管道测试 篇4

顺德大学特大桥是广珠城际快速轨道交通工程中跨水道特大桥,主桥为(48+80+48)m预应力混凝土连续梁桥,横断面设计为直腹板单箱单室变高度混凝土箱形梁,梁体按全预应力设计,设纵向、横向、竖向三向预应力。纵向预应力钢束采用ϕj15.24高强度、低松弛钢绞线,抗拉强度标准值为fpk=1 860 MPa,弹性模量为Ep=195 GPa,其技术条件符合ASTM A416/A416M-2002标准。预应力钢束锚下控制应力为1 339.2 MPa。预应力钢筋均采用两端张拉,预应力孔道采用塑料波纹管。

1 预应力管道摩阻基本理论

1.1 管道摩阻

预应力箱梁采用后张法张拉工艺时,预应力钢筋布置一般分为直线布置和曲线布置两种。因此管道摩阻引起的预应力损失可分为长度影响和弯道影响,即管道偏差效应和曲率效应。理论上讲,直线管道无摩擦损失,但由于施工时因振动等原因而使管道变成波形,加之预应力筋因自重下垂,与管道有实际接触,故当张拉预应力筋有相对滑动时就会产生摩阻力,此项称为管道走动影响(或偏差影响、长度影响)。对于管道弯转影响除了管道走动影响之外,还有力筋对管道内壁的径向压力所产生的摩阻力,该部分称为弯道影响,随力筋弯曲角度的增加而增加。因此曲线管道的摩擦损失应为管道偏差效应与曲率效应之和。

1.2 计算公式推导

后张法构件张拉时,预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的预应力损失,可按下式计算:

σl1=σcon[1-e-(μθ+kx)] (1)

其中,σcon为预应力钢筋锚下的张拉控制应力,MPa;θ为从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和,rad;x为从张拉端至计算截面的管道长度,可近似取该管道在构件纵轴上的投影长度,m;μ为预应力钢束与管道壁的摩擦系数;k为管道每米局部偏差对摩擦的影响系数。

根据测试原理,设张拉端传感器测试值为FZ,锚固端传感器测试值为FB,此时l为管道长度,θ为管道全长的曲线包角,则式(1)可写为:

FB=FZe-(μθ+kl) (2)

对上式两边取对数得:

μθ+kl=ln(FZ-Fb)=c (3)

一般情况下,预应力施工采用一种制孔方法,这时管道质量比较均匀,可以不考虑摩阻系数μ和k变异。由于设计和实际施工存在差异,故不可避免的产生误差,假设误差为Δ,即:

μθ+kl-c=Δ (4)

若有n束预应力钢束,则:

μθi+kli-ci=Δi (5)

利用最小二乘法原理,全部预应力钢束误差的平方和为:

F=∑Δ${}_i^2$=∑(μθi+kli-ci)2 (6)

欲使试验误差最小,应使:

$\frac{\partial F}{\partial \mu }=0,\frac{\partial F}{\partial k}=0$ (7)

由式(7)对式(6)求导,并整理得:

根据式(8)可求得参数μ和k。需要指出的是,由于μ和k是相互耦联的,故试验中必须至少测试2束预应力钢束才能计算出μ和k。

2 管道摩阻测试

本次测试时,选择1个直线孔道T1和2个曲线孔道W1,W2(腹板束)共3个测试孔道,每个孔道内选择2根预应力钢绞线作为测试束。

3 试验研究方法

试验时采用的张拉设备与实际施工时相同,采用单端张拉方法。选取3束钢束作为孔道摩阻试验的测试束,1个直线孔道束T1和2个曲线孔道束W1及W2,每个测试束选取3根钢绞线,在钢绞线的张拉端和锚固端粘贴电阻应变片,电阻应变片型号为BX120-5AA,电阻值为(120.1±1)%,灵敏系数为(2.05±0.28)%,应变片的粘贴务必规范,并且对应变片及导线做好保护措施,防止因孔道摩擦导致应变片脱落或导线破坏。数据接收采用DH 3818静态应变测试仪。

试验加载采用分级加载,共分5级,各级荷载分别为设计张拉力的10%,30%,50%和80%(即281.232 kN,843.696 kN和1 406.16 kN)。每组摩阻试验共加载3次,即每次加载至50%σcon后,千斤顶回油,进行下一组加载。进行结果分析时,各级加载情况下的应变值为3次测试结果的算术平均值。

4 试验结果分析

4.1 μ,k的结果分析

l,θ按设计值取用,每一级加载完毕后,读取静态应变仪测试的应变数据,表1为张拉至最大荷载即50%σcon时的实测应变值,将实测应变值μεZ,μεB换算为张拉端和锚固端的拉力FZ和FB,按二元线形回归即可求得系数μ和k。

注:μεZ为张拉端实测应变值(10-6);μεB为锚固端实测应变值(10-6)

根据表1测试数据,可得孔道偏差系数k=0.002 62和孔道摩阻系数μ=0.165,比设计值k=0.002 5和μ=0.25略大,在设计的容许范围之内。从表1还可以看出,每组钢束3次张拉实测应变值变化不大,张拉端应变实测值与理论值较为接近,测试数据可靠,说明该种摩阻测试方法能够反映工程的实际情况。

4.2 实测摩阻力和设计摩阻力

根据试验所得孔道偏差系数k=0.002 62和孔道摩阻系数μ=0.165,计算设计摩阻力与实测摩阻力的比值以及实测摩阻力与锚下控制应力的比值,见表2。

4.3 钢束实测伸长量与理论伸长量

根据实测的孔道偏差系数k和孔道摩阻系数μ,当加载至50%σcon时的预应力钢束的伸长量可由式(9)进行计算,计算结果见表3。

预应力筋理论伸长值计算见下式[4]:

其中,ΔL为预应力钢筋理论伸长值,mm,ΔL=两端(100%伸长量-10%伸长量)/0.90之和-两端千斤顶内钢绞线的伸长量;P为预应力筋张拉端的张拉力,N;As为预应力筋截面面积,mm2;Es为预应力筋的弹性模量,MPa。

由表3可以看出,直线束T1根据实测的k和μ计算的伸长量ΔLj与现场实测的伸长量ΔLc差值很小,仅为0.5 mm,腹板束(W1,W2)根据实测的k和μ计算的伸长量ΔLj与现场实测的伸长量差值最大值为5.7 mm,主要原因是由于腹板束在曲线孔道内并非理想平顺,在容许误差之内;由于实测所得的k和μ与设计值差别不大,故偏差I数值较小。

5 结语

本摩阻试验方法可以得到较满意的应变数据,且现场操作方便,在实际工程中较为常用。顺德特大桥摩阻试验测试孔道偏差系数k=0.002 62,孔道摩阻系数μ=0.165,较设计值略大,在设计的容许范围之内,表明该试验方法能够反映工程的实际情况。通过实测摩阻力与设计摩阻力的对比,可以看出曲线束摩阻力远大于直线束,且曲线束的摩阻损失率比直线束偏大,这与实际的工程情况也是一致的;现场实测伸长量与根据实测的k和μ计算所得伸长量差值不大,在容许误差之内。

摘要：通过应用最小二乘法原理,由规范中的公式推导预应力管道摩阻的计算公式,结合顺德大学特大桥悬臂浇筑施工连续箱梁预应力管道摩阻的现场测试,计算出实际预应力管道摩阻系数,并与设计值和规范值比较,表明管道成孔良好,符合设计要求。

关键词：管道摩阻,预应力,连续箱梁,悬臂浇筑,摩阻系数

参考文献

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管道测试 篇5

管道机器人作为高技术产品,已为现代工农业及市政日益增加的管道工程所使用,解决了人们无法接近的多数管道的质量检测、检修、故障诊断以及其它管道内的作业问题,避免了工程量大、准确率低、人身安全得不到保证等实际问题[1]。然而,对于小管径和管内环境复杂的问题却都无能为力[2,3]。随着科技的发展,管道机器人的驱动结构已经过了几代的变化和发展,最新的理论是三轴差速器原理[4],以其为基础设计制作的机械自适应管道机器人具有结构紧凑、单电机驱动控制的优点,因而占用空间小、过弯管能力强、效率高,适合管道内环境复杂、长距离作业的工程需要[5~8]。为了完成对差速器在弯管内运行的差速特性及其机器人机械效率的验证,评价其应用能力,为工程应用提供依据,需对其进行性能测试。为此,本文设计了三轴差速管道机器人的性能测试控制系统。

1 三轴差速器性能测试要求

1.1 机器人本体功能模块化分及三轴差速器结构

机器人样机整体按功能分为五个部分:电源与控制单元、驱动单元、作业单元、柔性连接单元和无线数据传输单元。控制单元完成系统的整体控制和内置能源分配任务;驱动单元实现运行驱动,其两端设有通用机电连接法兰;作业单元完成机器人的工作任务;柔性单元起到连接作用并传递驱动任务;无线数据传输单元用于和上位机进行通讯、控制和数据传输。

驱动单元的三轴差速器在结构上设计成具有完全对称的三自由度机构,并由一个电机驱动作为主输入运动,获得比值任意的三个输出运动,同时带动周围三个驱动轮转动,三个轮的转速由周围环境来决定,实现主动驱动,避免运动关系干涉现象的产生,具有机械自适应特性,其结构如图1所示。

1.2 机械自适应三轴差速管道机器人测试内容

根据机器人的特性要求其性能测试控制系统能够完成以下功能:

1)机器人在驱动电机的作用下按设定速度前进或后退;

2)机器人在行进过程中,管道几何形状、内部环境的变化都会使机器人对管道的封闭力发生变化,另外,机器人行进期间有可能遇到障碍物,因此,要求机器人能够自主预紧和变径。

由以上控制功能和评价要求可知性能测试的内容包括:机器人的差速特性的测试,即三轴差速器在弯管内运行应满足主输入与三个输出的转速之间存在固定的关系;机器人的负载能力与机械效率的测试。

1.3 性能测试参数

机械自适应型管道机器人工作的环境包括直管和弯管两种情况,三轴差速器在直管中运行时差速机构不起作用;而在弯管中运行时,差速机构应能根据管道拓扑环境实现自主差速,即三轴差速器的一个总输入运动和三个分输出运动要满足确定关系,且行走轮运动状态要为纯滚动,无寄生功率产生。

评价本系统性能的指标主要有反馈敏感系数、自适应精度、机械传动效率。反馈敏感系数由机械设计安装决定,影响其它指标的好坏。要实现差速及机械性能测试,在其结构上安装了各部分测速传感器:检测三个驱动轮、三个校验轮以及主轴的光电编码器为7个高精度的PKB388-2000-G05L型增量式光电编码器;用于记录张紧力大小和变径的位移传感器;确定三轴差驱动器姿态的倾角传感器;为分析机械性能安装了测试负载大小的位移传感器。通过测试结果计算分析三轴差速器的各项指标。

2 三轴差速管道机器人性能测试控制系统

管道机器人大多是在长距离、复杂的环境下工作,性能测试的模拟环境示意图如图2所示。机器人在U型的管道内自主运行,其控制系统除了完成运行控制任务,还要完成各个测试点的运行数据的采集以供性能分析。性能测试控制系统必须满足以下要求:

1)能够完成7路模拟量同步数据采集;

2)数据记录步距不超过1mm,最大记录长度40m;

3)数据记录间隔不超过10ms;

4)机器人运行速度可调;

5)机器人测控系统与上位计算机通信,遥控。

2.1 性能测试控制系统硬件设计

本文设计的性能测试控制系统采用上下位机无线通讯两级控制方案,其结构原理框图如图3所示。机器人本体控制系统采用高性能的ARM微处理器,上位机采用一台普通的PC机,通过无线通讯来控制机器人的运行、性能测试数据传输及视频监视控制;系统具有快速精确的同步采样和记录数据的功能,并能够对运行数据进行离线分析。

核心控制器为3 2位A R M系列微处理器LPC2210;外围电路按模块主要有:7路模拟量同步采样电路、数据记录系统、D/A缓冲电路、电源变换电路、无线模块和FPGA同步计数模块。为了得到同一时刻系统的驱动功率、张紧力等工艺参数,为差速器性能的评估提供依据,需把行走电机、工作机构调速电机和张紧电机的电压、电流等多路模拟量进行同步采样。性能测试要对七路码盘进行同步采集数据,采用FPGA芯片实现多轴同步计数,进行数据存储以供离线性能分析。为了实现数据记录步距不超过1mm,且在两分钟内走完10m的要求,数据的存储速度大约为12MB/s,数据记录最大间隔10ms,最大记录长度40m,则需记录40000个点的数据,每个点有10路12位A/D信息和7路32位光电码盘信息共需存储空间为980K×16位,考虑到裕量,选择2M×16位的存储器,采用可字节编程的NOR型FLASH存储器。

2.2 性能测试系统自主控制软件流程

为了实时记录的准确性,控制系统设置了自主运行和确定位置开始记录功能,确保系统在相同设置及计时条件下完成性能测试,以便于为上位机提供可靠、准确的分析数据。机器人自主运行由上位机发出自主运行控制命令,系统将按照预定的工作程序执行相应的动作。机器人运行过程中,在进入测试区时,由位置触发电路完成测试信号的发出,开始记录运行过程所需要的各个参数;在运行结束后,由上位机发出命令将记录下来的运行参数传输给上位机,作为性能分析的依据。测试系统自主运行控制的软件流程如图4所示。

2.3 测控系统上位机界面及其功能

本系统采用VB6.0设计了友好的人机交互界面,实现系统的实时监控和离线分析,如图5所示,主要功能有:

运行模式设置:完成机器人的手动模式和自主运行模式的设定;

运行状态设置:完成机器人驱动轮与管内壁正压力的调整设置,设定运行距离、运行速度,实现点动及连续自动运行控制;

视频监视功能:将管道内部的视频信息实时显示在监视器上,便于机器人的作业干预;

与下位机通信:将上位机的指令传给机器人本体控制系统。同时,在一组实验完成以后,将所采集到的数据进行上传、保存。每组数据为41位,包括1位指令位、7路编码器(28位)、7路模拟量(12位);

离线分析与数据处理:对采集到的数据进行处理,得到驱动特性各项评价指标,并绘制各种曲线、图表。

2.4 无线通讯

管道机器人采用内置电源,无拖缆控制运行,所有控制信号与数据传输均采用无线通讯完成。指令格式为每条指令8个字节,其中第一个字节为指令代码,它决定了指令的具体功能,2~5字节为数据字节,用来设定具体的速度,行驶距离等,当该条指令不需要数据时,2~5字节补0,6~8字节保留。具体指令格式如图6所示。

因为ARM的串口具有先入先出触发功能,所以,每条指令长为8个字节,触发点可设为1、4、8和14字节,即ARM可以将接收到的有效数据先保存到数据接收缓冲当中,当保存的数据字节到达触发点时再触发中断。在接受指令时,ARM不需要等待串口接收数据,可以先去执行其他的任务,直到数据字节到达触发点时触发中断,才去读取数据接收缓冲中的数据。这样,由于没有串口接收数据的等待时间,极大的提高了系统的性能。为了进行浮点数运算,选择的指令长为8字节,其中保留了3个字节,用以加入一些较验码、纠错码,提高传出数据的可靠性。上位机发出控制信号后,等待下位机回传指令代码,若回传正确,则完成;若不正确,重新发送指令,发送三次均无数据回传,故障指示。

3 性能测试系统实验

通过上述性能测试控制系统硬件及软件流程的设计,编写了具体的程序,实现了机器人的控制,并模拟实际工况搭建了测试环境,进行驱动器差速特性及机器人整体的机械效率的测试,得到机械自适应管道机器人三轴差速器的差速特性曲线、拖动力曲线及其效率特性曲线,其中一组测试结果如图7~9所示。

通过以上实验数据可以计算出反馈敏感系数、自适应精度、机械传动效率等系统性能指标。实验结果表明所设计的性能测试控制系统实现了机械自适应三轴差速管道机器人样机性能测试的要求,通过各个模块、各个环节的测试分析,能够满足整体的可靠性、精确性、实时性、稳定性等各方面的要求。实际运行证明了该系统具有良好的操作性,为系统性能评价奠定了基础。

4 结论

本文通过对机械自适应三轴差速管道机器人原理及性能测试要求的分析,研制出了基于ARM的机械自适应三轴差速管道机器人样机性能测试控制系统,该系统实现了机械多轴码盘同步计数、多路模拟量同步采样、实时数据记录及与上位机通讯数据处理功能,完成了系统要求的控制精度和可靠性,并通过实验验证了设计实现的功能,为系统评价奠定了重要的基础,为机械自适应三轴差速管道机器人的应用提供了重要依据,也为类似的控制提供了有价值的参考。

摘要：本文针对机械自适应三轴差速管道机器人样机性能测试要求,设计了其性能测试控制系统,该系统采用高性能的ARM处理器,实现了机械多轴码盘同步计数、多路模拟量同步采样、实时数据记录及与上位机通讯数据处理功能,满足了整体的可靠性、精确性、实时性、稳定性等各方面的要求。

关键词：机械自适应,三轴差速器,管道机器人,ARM处理器

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管道测试 篇6

(1) SY/T 6066-2003《原油长输管道系统能耗测试和计算方法》自发布以来对规范原油长输管道系统生产运行能源消耗的测定与分析起到了重要的技术保障作用，但近年来随着原油输送工艺技术以及测试技术的进步与发展，标准中的规范性引用文件、计算指标、折算系数、计算基准以及术语内容需要修改和完善。

(2) SY/T 6567-2003《天然气输送管道系统节能经济运行规范》自发布以来在指导天然气输送管道系统的节能运行，提高生产管理水平等方面发挥了重要的技术保障作用，但近年来随着天然气输送生产工艺技术的进步与发展以及节能工作的深化与加强，该标准需要进一步增强指导性和针对性，标准的技术内容、参数、指标以及相应的要求需要完善补充，天然气气田的有关内容需要纳入。

(3) SY/T 6569-2003《油田注水系统经济运行》自发布以来在指导油田注水系统的节能运行，提高生产管理水平等方面发挥了重要的技术保障作用，但近年来随着油田注水生产工艺技术的进步与发展，该标准存在着技术内容的覆盖面需要扩展、评价指标需要调整、部分条文需要修改等问题。

(4) SY/T 6269-2004《石油企业常用节能节水词汇》自发布以来对于石油行业节能节水术语的规范统一提供了依据和准则，促进了石油企业节能节水工作的规范化运作，但近年来随着石油工业生产的快速发展，石油行业节能节水工作的不断深化，该标准所涵盖的术语已经不能满足石油行业节能节水工作的需求。

(5) SY/T 6234-2003《埋地输油管道总传热系数的测定》自发布以来在埋地输油管道总传热系数的测定方面提供了依据和准则，规范了埋地输油管道总传热系数的测定方法，为输油管道的能耗测试分析发挥了重要的技术保障作用，但该标准的测定要求等条款需要细化和完善，以增强标准的可操作性。引用文件，仪器仪表等也需要进行修改。