一种用于高温压力管道的安全评定系统和方法与流程

1.本发明属于管道检测领域，具体为一种用于高温压力管道的安全评定系统和方法。


背景技术：

2.石化企业中典型炼油过程的主要工艺温度范围在200-550℃之间，在催化裂化和焦化的部分工艺温度达到700-800℃之间，压力管道在长时间在高温环境下服役，容易发生蠕变损伤现象，如果管道存在一些超标缺陷，伴随着蠕变裂纹扩展，容易发生泄漏和爆炸事故。因此，对在役高温压力管道进行安全评估显得尤为重要。
3.基于jb/t 12746-2015《含缺陷高温压力管道和阀门安全评定方法》和gb/t19624-2019《在用含缺陷压力容器安全评定》，能对在役含缺陷高温压力管道开展安全评定工作，但是，大多数检验人员对于超标缺陷保守地采用返修或者更换策略，很少对其进行安全评定。主要是因为在jb/t 12746中对含缺陷高温压力管道的安全评定存在理论性强、评定过程复杂、对评定人员的综合能力要求较高等问题，含缺陷高温压力管道安全评定在特检机构不能得到广泛开展。随着时间的推进，高温压力管道的蠕变现象会越来越明显，含缺陷的高温压力管道发生蠕变断裂的机率也随着上升。判断含缺陷的高温压力管道制造缺陷、服役过程中产生的缺陷或者损伤是否会威胁其运行安全，如何行之有效地对其安全状况进行评定将是未来检验工作的重点和难点。
4.然而大多数检验人员对于高温压力管道超标缺陷保守地采用返修或者更换策略，很少对其进行安全评定，而部分超标缺陷通过安全评定是允许存在的。另外，jb/t 12746和gb/t 19624中对含缺陷高温压力管道的安全评定存在理论性强、评定过程复杂、对评定人员的综合能力有较高的要求，在特检机构广泛开展含缺陷高温压力管道的安全评定工作存在一定难度。


技术实现要素：

5.本发明为了克服现有技术存在的不足，提供了一种用于高温压力管道的安全评定系统，所述安全评定系统能够在高温压力管道上行走并自动检测该高温压力管道的各个位置上的应力参数，并结合其他基础数据自动分析出该高温压力管道的安全状况。
6.本发明的另一个目的在于提供一种用于高温压力管道的安全评定方法。
7.本发明解决上述技术问题的技术方案是：
8.一种用于高温压力管道的安全评定系统，包括应力检测装置、用于驱动所述应力检测装置在高温压力管道上爬行的行走装置、控制处理装置以及风险评估系统，其中，
9.所述应力检测装置包括应力检测仪以及用于调节所述应力检测仪的检测位置以实现对高温压力管道的轴向和周向进行应力检测的应力姿态调节机构；
10.所述行走装置包括爬行机构，所述爬行机构包括支架、设置在支架上的第一夹持机构、第二夹持机构以及用于驱动所述第一夹持机构沿着所述高温压力管道的轴线方向运
动的直线驱动机构，其中，所述第一夹持机构和所述第二夹持机构均用于实现对高温压力管道进行夹持和松开；所述应力检测装置和所述第一夹持机构通过连接座固定连接；
11.所述控制处理装置用于对所述应力检测装置中获得的检测数据信息进行分析、计算，获得高温压力管道的应力参数；
12.所述风险评估系统通过建立的风险评估计算模型，并自动调取数据库中的基础数据进行分析处理，对该高温压力管道进行安全评定，并将评定结果发送给用户。
13.优选的，所述爬行机构为两组，分别为第一爬行机构和第二爬行机构，其中，所述第一爬行机构的直线驱动机构用于驱动所述第一夹持机构运动的同时也驱动所述应力检测装置运动；所述第二爬行机构与所述第一爬行机构之间设置有用于驱动所述第二爬行机构或第一爬行机构及所述应力检测装置绕着所述高温压力管道的轴线方向转动的旋转驱动机构；当所述第一爬行机构中的第一夹持机构和第二夹持机构对所述高温压力管道进行夹持、而所述第二爬行机构中的第一夹持机构和第二夹持机构松开所述高温压力管道时，所述旋转驱动机构用于驱动所述第二爬行机构绕着所述高温压力管道的轴线转动；当所述第二爬行机构中的第一夹持机构和第二夹持机构对所述高温压力管道进行夹持、而所述第一爬行机构中的第一夹持机构和第二夹持机构松开所述高温压力管道时，所述旋转驱动机构用于驱动所述第一爬行机构及所述应力检测装置绕着所述高温压力管道的轴线转动。
14.优选的，所述旋转驱动机构包括设置在所述第二爬行机构的连接座上的支撑架以及设置在支撑架上的旋转电机，其中，所述旋转电机的主轴上设置有旋转齿轮，所述第一爬行机构的支架上设置有弧形导块，所述弧形导块的中间位置设置有与所述旋转齿轮啮合的弧形齿条，所述弧形齿条沿着所述弧形导块的长度方向延伸；所述支撑架上设置有弧形导套，所述弧形导套的弧度与所述弧形导块的弧度一致，且所述弧形导套安装在所述弧形导块上；所述弧形导套和所述弧形导块能够沿着该弧形导套或弧形导块的延伸方向移动。
15.优选的，所述旋转驱动机构与所述第一爬行机构之间还设置有用于驱动所述第一爬行机构和所述应力检测装置或者所述第二爬行机构和所述旋转驱动机构摆动的摆动驱动机构，其中，当所述第一爬行机构中的第一夹持机构和第二夹持机构对所述高温压力管道进行夹持、而所述第二爬行机构中的第一夹持机构和第二夹持机构松开所述高温压力管道时，所述摆动驱动机构用于驱动所述第二爬行机构和所述旋转驱动机构摆动；当所述第二爬行机构中的第一夹持机构和第二夹持机构对所述高温压力管道进行夹持、而所述第一爬行机构中的第一夹持机构和第二夹持机构松开所述高温压力管道时，所述摆动驱动机构用于驱动所述第一爬行机构及所述应力检测装置摆动。
16.优选的，所述摆动驱动机构包括摆动座、设置在所述摆动座上的摆动电机，其中，所述弧形导块安装在所述摆动座上，且延伸出该摆动座外；所述摆动电机的主轴与安装在所述第一爬行机构中的支架上的转动座连接，用于带动所述第一爬行机构中的支架转动。
17.优选的，所述摆动驱动机构还包括设置在所述摆动座上的用于对所述高温压力管道进行夹持的第三夹持机构；当所述摆动驱动机构工作时，所述第三夹持机构对所述高温压力管道进行夹持。
18.优选的，所述应力姿态调节机构包括检测座、设置在检测座上的弧形导轨、用于驱动所述弧形导轨自转的自转驱动机构，其中，所述弧形导轨的上侧设置有齿条，所述齿条沿着所述弧形导轨的延伸方向延伸；所述应力检测仪安装在弧形滑块上，所述弧形滑块安装
在所述弧形导轨内，且该弧形滑块上设置有用于驱动所述弧形滑块在所述弧形导轨内移动的行走机构，其中，所述行走机构包括设置在所述弧形滑块上的行走电机、设置在所述行走电机的主轴上的行走齿轮，其中，所述行走齿轮与所述齿条啮合。
19.优选的，所述弧形导轨和所述弧形滑块同圆心，且两者的圆心均位于所述高温压力管道的轴线上。
20.优选的，所述第一夹持机构、所述第二夹持机构、所述第三夹持机构的结构相同，均包括夹爪以及用于驱动所述夹爪抱紧或松开所述高温压力管道的夹持气缸；所述直线驱动机构采用电机与丝杆传动机构结合的方式，且在所述丝杆传动机构中的丝杆的一侧或两侧设置直线导向机构，所述直线导向机构采用滑杆与滑套/滑孔结合的方式。
21.一种高温压力管道的安全评定方法，包括以下步骤：
22.(1)、行走装置带动应力检测装置在高温压力管道上移动，通过应力姿态调节机构来调节应力检测仪的检测探针的检测位置及检测角度，从而检测高温压力管道上的轴向应力和周向应力，并将检测到的检测数据通过数据传输模块上传到控制处理装置中，由控制处理装置对检测数据信息进行分析、计算，获得高温压力管道的应力参数；该应力参数包括检测时高温压力管道的一次应力和二次应力；控制处理装置进一步将应力参数上传给风险评估系统的数据库中；
23.(2)、在风险评估系统中输入待评估高温压力管道的基础参数并存储到数据库中；
24.(3)、所述风险评估系统通过建立的风险评估计算模型，并自动调取数据库中的基础数据进行分析处理，对该高温压力管道进行安全评定，并将评定结果发送给用户。
25.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
26.1、本发明的用于高温压力管道的安全评定系统通过爬行装置带动应力检测装置在高温压力管道上运动，从而使得所述应力检测装置采集高温压力管道中各个位置的应力值；并通过控制处理装置对其进行分析处理，得到应力参数，并将得到的应力参数上传到风险评估系统内，由风险评估系统自动分析出该高温压力管道的安全状况。
27.2、本发明的用于高温压力管道的安全评定系统可以自动检测高温压力管道的应力值，取代了传统的人工检测，自动化程度更高，同时也提高了检测效率，降低了检测成本。
28.3、本发明的用于高温压力管道的安全评定方法中，只需要工作人员将基础参数输入到风险评估系统，所述风险评估系统即可按照《中华人民共和国机械行业标准(jb/t 12746-2015)-含缺陷高温压力管道和阀门安全评定方法》中的安全判定方法自动对高温压力管道进行安全评定。
29.4、本发明的用于高温压力管道的安全评定方法可以实现快速获取含缺陷高温压力管道安全评定结果，从而判断制造缺陷、服役过程中产生的缺陷或者损伤是否会威胁其运行安全，实现高效、准确地安全评定；为后续对高温压力管道进行改造、修理、报废、更换或者继续运行提供技术支撑，可以在一定程度上为企业节省成本、缩短工期、降低风险，有力保障特种设备运行安全，具有非常重要的社会效益。
附图说明
30.图1为本发明的用于高温压力管道的安全评定系统中的应力检测装置和爬行装置的结构示意图。
31.图2-图5为本发明的用于高温压力管道的安全评定系统中的应力检测装置和爬行装置的四个不同视角的立体结构示意图。
32.图6和图7为旋转驱动机构和摆动驱动机构的两个不同视角的立体结构示意图。
33.图8为应力检测装置的立体结构示意图。
34.图9为本发明的用于高温压力管道的安全评定系统的结构框图。
35.图10为现有技术的《中华人民共和国机械行业标准(jb/t 12746-2015)-含缺陷高温压力管道和阀门安全评定方法》的流程示意图。
具体实施方式
36.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
37.参见图1-图10，本发明的用于高温压力管道的安全评定系统包括应力检测装置1、用于驱动所述应力检测装置1在高温压力管道上爬行的行走装置、控制处理装置以及风险评估系统。
38.参见图1-图10，所述应力检测装置1包括应力检测仪106以及用于调节所述应力检测仪106的检测位置以实现对高温压力管道的轴向和周向进行应力检测的应力姿态调节机构；
39.参见图1-图10，所述行走装置包括爬行机构，所述爬行机构包括支架6、设置在支架6上的第一夹持机构11、第二夹持机构10以及用于驱动所述第一夹持机构11沿着所述高温压力管道的轴线方向运动的直线驱动机构，其中，所述第一夹持机构11和所述第二夹持机构10均用于实现对高温压力管道进行夹持和松开；所述应力检测装置1和所述第一夹持机构11通过连接座固定连接；
40.其中，所述爬行机构的爬行方式为：
41.第二夹持机构10抱紧高温压力管道，然后第一夹持机构11松开高温压力管道，接着所述直线驱动机构驱动所述第一夹持机构11向前运动；随后所述第一夹持机构11抱紧高温压力管道，所述直线驱动机构复位，使得所述支架6以及设置在所述支架6上的第二夹持机构10向前运动，以此来实现所述爬行机构在高温压力管道上爬行。
42.参见图1-图10，所述爬行机构为两组，分别为第一爬行机构2和第二爬行机构5，其中，所述第一爬行机构2的直线驱动机构用于驱动所述第一夹持机构11运动的同时也驱动所述应力检测装置1运动；所述第二爬行机构5与所述第一爬行机构2之间设置有用于驱动所述第二爬行机构5或第一爬行机构2及所述应力检测装置1绕着所述高温压力管道的轴线方向转动的旋转驱动机构4；当所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10对所述高温压力管道进行夹持、而所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开所述高温压力管道时，所述旋转驱动机构4用于驱动所述第二爬行机构5绕着所述高温压力管道的轴线转动；当所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10对所述高温压力管道进行夹持、而所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开所述高温压力管道时，所述旋转驱动机构4用于驱动所述第一爬行机构2及所述应力检测装置1绕着所述高温压力管道的轴线转动。
43.其中，所述旋转驱动机构4包括设置在所述第二爬行机构5的连接座上的支撑架以
及设置在支撑架上的旋转电机401，其中，所述旋转电机401的主轴上设置有旋转齿轮402，所述第一爬行机构2的支架6上设置有弧形导块403，所述弧形导块403的中间位置设置有与所述旋转齿轮402啮合的弧形齿条，所述弧形齿条沿着所述弧形导块403的长度方向延伸；所述支撑架上设置有弧形导套404，所述弧形导套404的弧度与所述弧形导块403的弧度一致，且所述弧形导套404安装在所述弧形导块403上；所述弧形导套404和所述弧形导块403能够沿着该弧形导套404或弧形导块403的延伸方向移动。
44.通过上述设置，其目的在于：
45.(1)、当需要对高温压力管道的圆周面进行应力检测时，所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10抱紧高温压力管道，接着所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开高温压力管道。随后所述旋转电机401带动所述旋转齿轮402转动，从而带动所述弧形导块403在所述弧形导套404内沿着该弧形导套404的弧线运动运动，使得所述第一夹持机构11及与其连接的应力检测装置1绕着高温压力管道的轴线转动，例如从高温压力管道的上侧面转到下侧面；使得所述应力检测装置1可以实现对高温压力管道的周向进行应力检测。
46.(2)、由于“当所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10对所述高温压力管道进行夹持、而所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开所述高温压力管道时，所述旋转驱动机构4用于驱动所述第二爬行机构5绕着所述高温压力管道的轴线转动；当所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10对所述高温压力管道进行夹持、而所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开所述高温压力管道时，所述旋转驱动机构4用于驱动所述第一爬行机构2及应力检测装置1绕着所述高温压力管道的轴线转动。”，因此，也可以通过上述方式来使得所述第一爬行机构2和所述第二爬行机构5单独转动，以此来避让障碍物。
47.参见图1-图10，所述旋转驱动机构4与所述第一爬行机构2之间还设置有用于驱动所述第一爬行机构2和所述应力检测装置1或者所述第二爬行机构5和所述旋转驱动机构4摆动的、摆动驱动机构3，其中，当所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10对所述高温压力管道进行夹持、而所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开所述高温压力管道时，所述摆动驱动机构3用于驱动所述第二爬行机构5和所述旋转驱动机构4摆动；当所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10对所述高温压力管道进行夹持、而所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开所述高温压力管道时，所述摆动驱动机构3用于驱动所述第一爬行机构2及所述应力检测装置1摆动；
48.其中，所述摆动驱动机构3包括摆动座、设置在所述摆动座上的摆动电机301，其中，所述弧形导块403安装在所述摆动座上，且延伸出该摆动座外；所述摆动电机301的主轴与安装在所述第一爬行机构2中的支架6上的转动座302连接，用于带动所述第一爬行机构2中的支架6转动。
49.通过上述设置，其目的在于；
50.通过设置所述摆动驱动机构3，使得所述第一爬行机构2和所述应力检测装置1摆动，或者所述第二爬行机构5和所述旋转驱动机构4摆动；当爬行装置在所述高温压力管道中运动到非水平段时，例如90度的垂直段时，所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第
二夹持机构10可以抱紧所述高温压力管道。接着所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开所述高温压力管道，然后所述摆动电机301带动所述第一爬行机构2中的支架6转动，以此来带动所述第一爬行机构2和所述应力检测装置1摆动，使得所述第一爬行机构2与所述第二爬行机构5呈90度夹角，然后爬行装置中的第二爬行机构5带动整体向前运动，使得所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10再次抱紧所述高温压力管道的垂直段。接着，所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10松开所述高温压力管道，所述爬行装置中的第一爬行机构2负责带动本实用新型的爬行装置整体移动，待上升到足够的高度后，所述第一爬行机构2中的第一夹持机构11和第二夹持机构10再次抱紧高温压力管道，所述摆动电机301转动，从而使得所述第二爬行机构5由水平状态转为竖直状态，该第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10再次抱紧高温压力管道，最后，所述第一爬行机构2和第二爬行机构5再次爬行，从而实现爬行装置从高温压力管道的水平段爬上竖直段，以此来适用不同角度的管道。同时配合所述旋转驱动机构4，从而实现对不同角度的管道的不同位置进行应力检测。
51.参见图1-图10，所述摆动驱动机构3还包括设置在所述摆动座上的用于对所述高温压力管道进行夹持的第三夹持机构12；当所述摆动驱动机构3工作时，所述第三夹持机构12对所述高温压力管道进行夹持。通过上述设置，即使所述第一爬行机构2或所述第二爬行机构5中的第一夹持机构11和第二夹持机构10未抱紧高温压力管道，所述摆动驱动机构3也可以驱动所述第二爬行机构5或所述第一爬行机构2摆动。另外，通过设置所述第三夹持机构12，也可以增强支撑力或抱紧力。
52.参见图1-图10，所述应力姿态调节机构包括检测座101、设置在检测座101上的弧形导轨103、用于驱动所述弧形导轨103自转的自转驱动机构，其中，所述自转驱动机构包括自转电机102，所述自转电机102安装在所述检测座101上，且该自转电机102的主轴与所述弧形导轨103连接；所述弧形导轨103的上侧设置有齿条，所述齿条沿着所述弧形导轨103的延伸方向延伸；所述应力检测仪106安装在弧形滑块上，所述弧形滑块安装在所述弧形导轨103内，且该弧形滑块上设置有用于驱动所述弧形滑块在所述弧形导轨103内移动的行走机构，其中，所述行走机构包括设置在所述弧形滑块上的行走电机105、设置在所述行走电机105的主轴上的行走齿轮104，其中，所述行走齿轮104与所述齿条啮合。通过所述自转驱动机构以及所述行走机构的配合，从而带动所述压力检测仪在所述弧形导轨103的旋转范围内的各个位置进行应力检测。另外，所述弧形导轨103、弧形滑块的圆心位于所述高温压力管道的轴线上，且两者同圆心。
53.参见图1-图10，所述第一夹持机构11、所述第二夹持机构10、所述第三夹持机构12的结构相同，均包括夹爪以及用于驱动夹爪抱紧或松开所述高温压力管道的夹持气缸；所述直线驱动机构采用电机与丝杆传动机构结合的方式，且在所述丝杆传动机构中的丝杆的一侧或两侧设置有直线导向机构，所述直线导向机构采用滑杆与滑套/滑孔结合的方式，用于对连接座进行直线导向，保证其运动精度。
54.参见图1-图10，所述控制处理装置用于对所述应力检测装置1中获得的检测数据信息进行分析、计算，获得高温压力管道的应力参数。
55.参见图1-图10，所述风险评估系统通过建立的风险评估计算模型，并自动调取数据库中的基础数据进行分析处理，对该高温压力管道进行安全评定，并将评定结果发送给
用户。
56.参见图1-图10，本发明的用于高温压力管道的安全评定方法，包括以下步骤：
57.(1)、行走装置带动应力检测装置1在高温压力管道上移动，通过应力姿态调节机构来调节应力检测仪106的检测探针的检测位置及检测角度，从而检测高温压力管道上的轴向应力和周向应力，并将检测到的检测数据通过数据传输模块上传到控制处理装置中，由控制处理装置对检测数据信息进行分析、计算，获得高温压力管道的应力参数；该应力参数包括检测时高温压力管道的一次应力和二次应力；控制处理装置进一步将应力参数上传给风险评估系统的数据库中；
58.(2)、在风险评估系统中输入待评估高温压力管道的基础参数并存储到数据库中，其中，所述基础参数包括已服役寿命、预期服役寿命、载荷史、温度史等，具体可以参照《中华人民共和国机械行业标准(jb/t 12746
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2015)-含缺陷高温压力管道和阀门安全评定方法》中的相关要求实施；
59.(3)、所述风险评估系统通过建立的风险评估计算模型，并自动调取数据库中的基础数据进行分析处理，对该高温压力管道进行安全评定，并将评定结果发送给用户；
60.其中，所述风险评估计算模型根据《中华人民共和国机械行业标准(jb/t12746-2015)-含缺陷高温压力管道和阀门安全评定方法》中的安全评定方法构建，即工作人员只需要输入对应得基础参数进计算机，计算机内的风险评估计算模型就会按照《中华人民共和国机械行业标准(jb/t 12746
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2015)-含缺陷高温压力管道和阀门安全评定方法》中的安全判定方法来自动对待检测的高温压力管道进行安全评定，以此来减轻工作人员的负担，提高效率。例如在visual studio平台中，利用visual studio语言对含缺陷高温压力管道安全评定过程进行参数化编程，构建交互式、参数式的分析界面，实现快速获取含缺陷高温压力管道安全评定结果，从而判断制造缺陷、服役过程中产生的缺陷或者损伤是否会威胁其运行安全，实现高效、准确地安全评定；为后续对高温压力管道进行改造、修理、报废、更换或者继续运行提供技术支撑，可以在一定程度上为企业节省成本、缩短工期、降低风险，有力保障特种设备运行安全，具有非常重要的社会效益。
61.最后，本发明的用于高温压力管道的安全评定方法具有如下特点：(1)建立蠕变变形数据等材料力学性能数据库。(2)利用有限元分析软件获取含缺陷压力管道在高温工况下的应力分布情况。(3)在visual studio平台，将安全评定的计算过程模块化，用户只需输入参数，系统自动完成计算，给出评定结果。(4)通过预制含缺陷压力管道，在高温操作条件下，进行相关试验，验证系统应力分析和安全评定的准确性。
62.上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。