管道内裂痕检测及清洁消毒系统

2020-08-11 03:24韦佳乐苏航民莫宗彬符少怡李政林
科学技术创新 2020年22期
关键词:裂痕小车超声波

韦佳乐 刘 杨 苏航民 莫宗彬 符少怡 李政林

(广西科技大学,广西 南宁530000)

为防止工业管道泄露所引起的爆炸、中毒、资源浪费,细菌病毒滋生传播等危害,以及克服现有技术因产品生产成本高,体积过大,对管道内部的受损锈蚀情况难以做出直观的展示等问题。该项目集,体积轻小、多功能精准定位检测、清洁消毒管道内壁等多功能于一体,填补了传统检测装置功能单一,不能实时直观展示管道内部环境和无清洁消毒功能的空缺,保证了检测过程安全、快速、准确有效地进行,为管道修复和维护提供了更清晰直观的依据,为管道运输安全稳定。

1 项目背景

《石油天然气管道保护条例》和《埋地输气干线至各类建构筑物最小安全距离、防火距离》就对管道安全监测做了明确要求。

管道是指用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。管道的用途很广泛,主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。在我们的日常生活中随处可见,目前的社会也离不开管道的运用,由此可见,管道的安全检测成为了必要。

管道主要运用在以下几个方面:

在众多管道中,最容易发生事故的是石油和天然气管道,一旦发生泄漏,就会在立刻迅速发生蔓延,很容易中毒,可能还会引起爆炸、火灾等恶性事件,也会直接威胁到环境,甚至给居民的生命财产还有社会经济等都造成巨大的损失。

在城市的地下管道、生活污水排放管常有细菌病毒的滋生和传播路径,为此我国在现有的技术当中无法对管道进行消毒,不能无死角的进入管道内部进行消毒,而本产品的小车附带一个喷头,体积小的小车可以方便进入管道内,既可以对污垢类的进行清除,耶可以对细菌病毒进行杀菌消毒,具有消毒功能,从而缓解对管道的伤害以及会让人们被传染。

本项目可以进行管道裂痕检测,直观的反映管道内部情况,影响对管道修复维护工作的判断,在利用管道方面,确保管道安全极其重要。对大限度对管道进行维修与保护,尽可能去减少管道产生的事件发生的概率与伤亡。

2 项目介绍

2.1 概述

管道内缺陷检测及清洁消毒系统,集体积轻小、多功能精准定位检测、清洁消毒管道内壁等多功能于一体,填补了传统检测装置功能单一,不能实时直观展示管道内部环境和无清洁功能的空缺,保证了检测过程安全、快速、准确有效地进行,为管道修复和维护提供了更清晰直观的依据,为管道运输安全稳定。

管道内缺陷检测及清洁消毒系统,主要用于检测各类管道因受到环境的影响导致管道内壁产生的裂痕,以及对管道进行清洁消毒,目前主要运用于检测天然气石油管道。

项目用于内容:检测直径在50cm 的各类管道内壁裂痕,以及对管道进行清洁消毒,目前主要运用于检测天然气石油管道。

2.2 产品结构

(1)信息采集模块:包括MQ-5 天然气浓度检测模块、超声波传感器、GPS 定位模块、OpenMV 裂缝检测模块。用于采集管道内部的环境信息和小车的位置信息,并将采集的数值传输至服务器模块。(2)清洁、消毒:车内装有酸溶液、消毒液的储液瓶,车顶部装有泵体,两边装有毛刷。第一传动装置带动使用齿轮传动的车体在管道内前进,第二传动装置则带动毛刷,结合酸溶液、消毒液喷射对管壁进行清理、消毒。(3)数据通信模块:是为了将信息以利于传输和接收的形式发送,给其他模块传递信息。(4)客户端模块:包括数据显示终端与手机终端,数据显示终端是利用显示信息采集模块所采集的数据,通过手机终端再控制小车在管道内部前进、清洁、消毒和不定时的显示管道内部情况。

2.3 产品功能

管道内裂痕检测及清洁消毒系统功能:(1)检测天然气浓度。(2)GPS 定位。(3)超声波裂痕检测。(4)管道清洁、消毒。(5)OpenMV 裂缝检测。

功能介绍:MQ-5 天然气体浓度传感器:主要用来检测天然气的浓度,可检测天然气浓度,根据天然气浓度的变化来判断管道是否发生裂缝。

GPS 定位:全球定位系统Global Positioning System 的缩写版。GPS 是一种在卫星定位系统的基础上,一般用于地理位置信息的获取以及通用协调时间,因此可用于探测本装置在管道内的位置。

超声波传感器:超声可以透过金属深处并反射,当检测到缺陷时,探伤仪可将反射波显示出来,然后在荧光屏形成脉冲波形。也可以利用波形判断缺陷位置和大小。之后的超声探伤可以准确检测管道内壁的细微裂纹。

清洁、消毒:车内装有酸溶液、消毒液的储液瓶,车顶部装有泵体,两边装有毛刷。第一传动装置带动使用齿轮传动的车体在管道内前进,第二传动装置则带动毛刷,结合酸溶液、消毒液喷射对管壁进行清理、消毒。

OpenMV 裂缝检测:这是一个开源,成本费用低,功能很强大的机器视觉模块。包括寻找色块,眼球的追踪,边缘检测,标志跟踪等,因此可通过摄像头的拍摄,对管道内壁的锈蚀和裂缝进行捕捉。

3 项目技术分析

3.1 项目技术目标

(1)对各种管道进行裂痕检测、清洁、消毒。(2)解决城市生活管道泄漏、细菌、病毒传播问题。(3)解决农业输水管因管道发生裂痕导致水资源的浪费问题。(4)解决天然气管道,因天然气泄漏导致资源浪费、爆炸等问题。(5)解决工业管道因管道发生裂痕导致资源浪费、污染环境、爆炸等问题。

3.2 项目技术内容

超声波检测技术:采用超声波探伤原理实现对裂痕的检测。

小车、裂痕定位技术:采用GPS 定位实现对小车、裂痕定位。

裂痕捕捉技术:采用OpenMV 实现对裂缝进行捕捉拍摄。

管道清洁、消毒技术:通过电机带动水泵实现对管道进行清洁消毒。

天然气浓度检测裂痕技术:采用MQ-5 传感器对浓度进行检测,通过浓度的变化来检测裂痕。

3.3 项目总体构想

(1)使用着使用内容:使用者可以通过手机控制小车,小车实现在管道穿梭、对管道进裂痕检测、清洁、消毒,小车通过手机显示管道内实时情况,对管道进行勘察以及报警消毒。(2)裂痕检测报警:管道内裂痕检测及清洁消毒系统通过,天然气浓变化、超声波检测异常、拍摄捕捉到异常,向手机发出裂痕检测报警。

3.4 项目技术优势

(1)与国内外技术对比。通过收集大量国内外现有的管道机器人,发现目前我国的管道机器人功能单一、设备笨重、操作负责等问题,管道机器人还有很大的提升空间。在调查的过程中不难发现,国内外现有的管道机器人存在以下几点问题:①功能单一。目前市场上的管道机器人功能较为单一,没有能实现把对管道的勘察、裂痕检测、清洁、消毒集为一体。②管道裂痕检测精确度低。在对管道进行裂痕检测时,多数采用超声波、霍尔传感器、视频拍摄捕捉,来进行单一检测,精确度低。③设备庞大。有的管道机器人,操作设备复杂、管道机器人笨重庞大,无法对小型管道进行勘察和检测。④采用轮系作为机器人爬行。大多数管道机器人采用轮系作在管道进行作业,无法对各种复杂的管道进行很好的爬行。⑤操作设备复杂。大多数使用者对管道机器人进行作业时,操作设备往往是一台电脑或者专门自制的设备,无法实现大众控制操作。(2)技术优势。①体积小。以履带式小车为载体,体积小,可以在各种环境的管道穿梭。②功能齐全。集成管道裂痕检测、清洁、消毒。③精度高。结合超声波、视频捕捉、浓度变化三种来进行高精度检测裂痕。④操作简单。通过手机实现对小车控制,信息的采集,实时勘察检测。

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