一种lng罐内在线可视化检测系统与实施方法
技术领域
1.本发明涉及一种lng储罐技术领域，特别是关于一种lng罐内在线可视化检测系统与实施方法。
背景技术：2.lng介质的特殊性和存储特性，使得lng储罐一旦投入使用，便一直处于服役状态，直至其设计寿命结束。lng介质的特殊性导致常温下建造的lng储罐在填充lng液体后，内壁和内部设备发生收缩变形，施工阶段可能存在的焊接质量问题或者频繁的周期性的应力变化可能会使得储罐产生缺陷。
3.经过技术文献调研，当前lng储罐的在线完整性检测技术相对匮乏，已有专利申请主要是，检测装置的所有功能元器件集中在一个密闭腔体内，检测装置由罐顶通过硬杆下方到罐内，或者通过无线悬浮的移动式检测方式，来实现内壁板和设备的收缩不均匀性、壁板和设备局部变形等完整性检测和lng储罐充液后的实际内罐容积。而针对lng罐运营状态下，对其内部进行可视化检测装置的现场施工方法，尚属空白。
技术实现要素：4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种lng罐内在线可视化检测系统与实施方法，其实现了在lng储罐运营状态下对其内部的可视化检测。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种lng罐内在线可视化检测系统，其包括：低温检测探头、控制及供电缆线和地面控制系统；所述低温检测探头设置在lng储罐的内部，将检测到的数据经所述控制及供电缆线传输至位于所述lng储罐外部的所述地面控制系统；所述系统还包括套管、电动绞车和罐顶预留孔；所述lng储罐的顶部设置有所述罐顶预留孔，位于所述罐顶预留孔上部设置有所述套管，在所述lng储罐的顶部一侧设置有所述电动绞车；所述控制及供电缆线的一端与所述低温检测探头连接，所述控制及供电缆线的另一端依次经过所述罐顶预留孔和所述套管后穿出所述lng储罐，并经所述电动绞车与所述地面控制系统连接。
6.进一步，所述低温检测探头包括拍摄及测距模块、照明模块、二维电动云台和控制箱；
7.所述二维电动云台的底部连接所述拍摄及测距模块和所述照明模块，所述二维电动云台顶部固定设置有所述控制箱，所述控制及供电缆线的一端与所述控制箱连接。
8.进一步，所述拍摄及测距模块中的拍摄功能由像素230万以下、像元尺寸5.5μm以上的工业相机实现；测距功能基于相位法，通过检测调制激光发射和接收时的相位变化量，实现对目标距离的测量。
9.进一步，所述拍摄及测距模块顶部设置有温度传感器，所述温度传感器采集到的温度数据经所述控制及供电缆线反馈至所述地面控制系统。
10.进一步，所述照明模块采用多颗设置在铜基板上的led灯珠、并配有小角度反光碗
构成；所述led灯珠背部与所述铜基板连接。
11.进一步，所述二维电动云台包括偏摆组件和俯仰组件；所述偏摆组件底部与所述拍摄及测距模块、所述照明模块连接，所述偏摆组件顶部与所述俯仰组件的底部连接，所述俯仰组件的顶部与所述控制箱连接。
12.进一步，所述控制箱的顶部设置有吊环，钢丝绳的一端与所述吊环连接，所述钢丝绳的另一端穿过所述套管经所述电动绞车与所述地面控制系统连接。
13.进一步，所述套筒的上部设置有固定支架，所述固定支架的中部设置有铰链，所述钢丝绳通过所述固定支架上的所述铰链和所述电动绞车进行提拉，实现所述低温检测探头的上下移动。
14.进一步，所述罐顶预留孔的顶部设置有罐顶预留孔法兰，所述套管的底部设置有与所述罐顶预留孔法兰配合的套管底部法兰；
15.在所述套管的侧壁上设置有氮气注入孔、氮气排出孔、压力表、温度表；
16.在所述罐顶预留孔的侧壁上设置有阀门。
17.一种lng罐内在线可视化检测系统实施方法，该方法基于上述lng罐内在线可视化检测系统实现，包括以下步骤：1)对低温检测探头进行上电自检，打开lng储罐的罐顶预留孔法兰，与套管底部法兰连接；通过铰链将低温检测探头吊起，将低温检测探头放入套管；安装套管顶部法兰；2)打开氮气进气阀，通过氮气注入孔对套管进行氮气吹扫；用氧气浓度快速检测仪监测氮气排出孔的氧气浓度及水露点，直至满足预设要求；3)保持套管充氮，手动打开lng储罐罐顶预留孔下部阀门；选2个固定位置用可燃气体快速检测仪监测bog泄露；通过铰链和电动绞车将低温检测探头从储罐预留孔下放；4)在低温检测探头浸入lng液相前，对拍摄模块及测距模块、照明模块的各设备舱进行上电预热；5)待各舱内温度稳定后，将低温检测探头下放至工作深度，根据拍摄或测量需求，对各模块上电，并完成对应的参数设置；6)通过地面控制系统控制二维电动云台实现低温检测探头对lng储罐内部圆周方向的拍摄及测距，控制电动绞车实现垂直方向扫描；7)拍摄及测距完成后，对各模块断电，控制电动绞车将低温检测探头移出lng储罐，断电；待低温检测探头进入套管后，立即关闭储罐罐顶预留孔阀门；8)关闭套管的氮气吹扫阀门，打开套管顶部法兰；通过铰链将低温检测探头移出；拆掉套管，安装储罐预留孔盲板。
18.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
19.1、本发明实现了在lng储罐运营状态下，将其内部场景包括内壁和设备及管件的完整性信息进行三维可视化还原，解决了lng储罐充液后的收缩变形、内罐裂纹裂缝等缺陷的在线检测问题、几何容积的精确测量问题。
20.2、本发明不仅适用于lng储罐，其他低温密闭装置同样适用，可在其他低温深冷领域推广使用。
附图说明
21.图1是本发明实施例中lng罐内在线可视化检测系统结构示意图；
22.图2是本发明实施例中的低温检测探头示意图；
23.图3是本发明实施例中的lng储罐罐顶安装支撑结构示意图；
24.附图标记：
25.1-低温检测探头；2-控制及供电缆线；3-地面控制系统；4-套管；5-电动绞车；6-罐顶预留孔；7-拍摄及测距模块；8-照明模块；9-二维电动云台；10-控制箱；11-偏摆组件；12-俯仰组件；13-钢丝绳；14-吊环；15-固定支架；16-铰链；17-罐顶预留孔法兰；18-套管底部法兰；19-套管顶部法兰；20-氮气注入孔；21-氮气排出孔；22-压力表；23-温度表；24-阀门；25-lng储罐。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.由于lng介质的特殊性和存储特性，使得lng储罐一旦投入使用，便一直处于服役状态，直至其设计寿命结束。lng介质的特殊性导致常温下建造的lng储罐在填充lng液体后，内壁和内部设备发生收缩变形，施工阶段焊接质量问题或者频繁的周期性的应力变化可能会使得储罐产生缺陷。
29.本发明提出一种lng罐内在线可视化检测系统及实施方法，实现了在lng储罐运营状态下，将其内部场景包括内壁和设备及管件的完整性信息进行三维可视化还原，解决了lng储罐充液后的收缩变形、裂纹裂缝等缺陷的在线检测问题、几何容积的测量问题。本发明适用于密闭的lng存储装置的罐内壁、设备、泵桶、导波管等的变形和缺陷检测以及内罐的三维几何测量等lng存储装置内部可视化检测作业施工，也可在其他低温领域推广应用。
30.在本发明的一个实施例中，提供一种lng罐内在线可视化检测系统。本实施例中，以典型16万方lng储罐为例，如图1所示，该检测系统包括：低温检测探头1、控制及供电缆线2和地面控制系统3。
31.低温检测探头1设置在lng储罐25的内部，用于检测lng储罐25内状态，并将检测到的数据经控制及供电缆线2传输至位于lng储罐25外部的地面控制系统3。
32.在一个优选的实施例中，该检测系统还包括套管4、电动绞车5和罐顶预留孔6。lng储罐25的顶部设置有罐顶预留孔6，罐顶预留孔6上部设置有套管4；在lng储罐25的顶部一侧设置有电动绞车5，控制及供电缆线2的一端与低温检测探头1连接，控制及供电缆线2的另一端依次经过罐顶预留孔6和套管4后穿出lng储罐25，并经电动绞车5与地面控制系统3连接。
33.上述实施例中，如图2所示，低温检测探头1包括拍摄及测距模块7、照明模块8、二维电动云台9和控制箱10。二维电动云台9的底部连接拍摄及测距模块7和照明模块8，完成lng储罐25内对应的拍照、测距及照明功能。二维电动云台9顶部固定设置有控制箱10，控制及供电缆线2的一端与控制箱10连接，通过控制箱10完成低温检测探头1的供电、控制及数据信号传输等。
34.在本实施例中，拍摄及测距模块7中的拍摄功能由像素230万以下、像元尺寸5.5μm以上的工业相机实现；测距功能基于相位法，通过检测调制激光发射和接收时的相位变化量，实现对目标距离的测量，其测量精度可优于厘米级，同时作用距离可达50～100m。
35.优选的，拍摄及测距模块7顶部设置有温度传感器，温度传感器采集到的温度数据经控制及供电缆线2反馈至地面控制系统3，通过温度传感器的实时反馈，对加热片进行功率调节，保证两个模块均能在正常温度范围。
36.在本实施例中，照明模块8采用多颗设置在铜基板上的led灯珠、并配有小角度反光碗构成。led灯珠背部与铜基板连接，通过铜基板进行散热。
37.在本实施例中，为最大限度地减小超低温环境下模块内部的热量损失，拍摄及测距模块7和照明模块8内部采取保温设计使得系统始终在预设的温度范围之内，满足各模块元器件的保温性能要求。
38.在本实施例中，控制箱10采用细长型结构，其由内壳体、外壳体组成，内壳体与外壳体之间填充气凝胶保温材料，内壳体由隔热材料制成。
39.在本实施例中，二维电动云台9包括偏摆组件11和俯仰组件12。偏摆组件11底部与拍摄及测距模块7、照明模块8连接，偏摆组件11顶部与俯仰组件12的底部连接，俯仰组件12的顶部与控制箱10连接。
40.其中，偏摆组件11和俯仰组件12都包括壳体、电机、蜗轮、蜗杆及轴承等；偏摆组件11中的电机为偏摆电机，俯仰组件12中的电机为俯仰电机。电机分别连接蜗轮蜗杆减速机以增大旋转扭矩，优选采用可直接在lng中使用的超低温电机。其中偏摆电机可实现0～360
°
旋转，俯仰电机可实现-40
°
～+40
°
旋转，可满足拍摄需求。
41.优选的，在控制箱10的顶部设置有吊环14，钢丝绳13的一端与吊环14连接，钢丝绳13的另一端穿过套管4经电动绞车5与地面控制系统3连接。
42.上述实施例中，套筒4的上部设置有固定支架15，固定支架15的中部设置有铰链16，钢丝绳13通过固定支架15上的铰链16和电动绞车5进行提拉，实现低温检测探头1的上下移动，实现lng储罐内部的变形探测。
43.其中，钢丝绳13与控制及供电缆线2分别穿过不同的铰链16与低温检测探头1连接。低温检测探头1的工作深度由电动绞车15上自带的计量器测量。
44.在本实施例中，罐顶预留孔6的顶部设置有罐顶预留孔法兰17，套管4的底部设置有与罐顶预留孔法兰17配合的套管底部法兰18，通过罐顶预留孔法兰17和套管底部法兰18将罐顶预留孔6与套管4进行连接。
45.在本实施例中，位于套管4的顶部设置有套管顶部法兰19，固定支架15设置在套管顶部法兰19上，且套管顶部法兰19中心位置处设置有用于钢丝绳13和控制及供电缆线2穿过的预留孔。
46.优选的，在套管4的侧壁上还设置有氮气注入孔20、氮气排出孔21、压力表22、温度表23。在罐顶预留孔6的侧壁上设置有阀门24。
47.上述实施例中，控制及供电缆线2为耐低温电缆。耐低温电缆外部包裹波纹管以防止设备上移下放过程中产生的小弯曲半径导致耐低温电缆破坏。
48.上述实施例中，地面控制系统3包括防爆计算机及220v供电接口。使用时，lng储罐25内的相机视频与控制信号、激光测距模块控制信号与数据、温度控制模块控制信号、照明
模块控制信号、电机驱动信号通过mcu控制单元发送至串口服务器，并转换为网络信号后，接入交换机内，由耐低温千兆网线传输至地面控制系统3，完成数据处理。
49.在本发明的一个实施例中，提供一种lng罐内在线可视化检测系统实施方法，该方法基于上述各实施例中的lng罐内在线可视化检测系统实现，包括以下步骤：
50.1)如图3所示，对低温检测探头1进行上电自检，保证其状态正常；打开lng储罐25的罐顶预留孔法兰17，与套管底部法兰18连接；通过铰链16将低温检测探头1吊起，将低温检测探头1放入套管4；安装套管顶部法兰19；
51.2)打开氮气进气阀，通过氮气注入孔20对套管4进行氮气吹扫；用氧气浓度快速检测仪监测氮气排出孔21的氧气浓度及水露点，直至满足预设要求；
52.其中，预设要求为氧气浓度达到2％，水露点-40℃以下；
53.3)保持套管4充氮，手动打开lng储罐25罐顶预留孔下部阀门24；选2个固定位置用可燃气体快速检测仪监测bog泄露；通过铰链16和电动绞车5将低温检测探头1从储罐预留孔下放；
54.4)在低温检测探头1浸入lng液相前，对拍摄模块及测距模块7、照明模块8的各设备舱进行上电预热；
55.其中，在浸入lng液相过程中，严格控制低温检测探头1下放速度，实时对拍摄模块及测距模块7、照明模块8各舱进行监控加热，保证舱内温度处于10℃附近；
56.5)待各舱内温度稳定后，将低温检测探头1下放至工作深度，根据拍摄或测量需求，对各模块上电，并完成对应的参数设置；
57.6)通过地面控制系统3控制二维电动云台9实现低温检测探头1对lng储罐内部圆周方向的拍摄及测距，控制电动绞车5实现垂直方向扫描；
58.7)拍摄及测距完成后，对各模块断电，控制电动绞车5将低温检测探头1移出lng储罐25，断电；待低温检测探头1进入套管4后，立即关闭储罐罐顶预留孔阀门24；
59.8)关闭套管4的氮气吹扫阀门，打开套管顶部法兰19；通过铰链16将低温检测探头1移出；拆掉套管4，安装储罐预留孔盲板。
60.上述各步骤中，在整个操作过程中通过压力表22、温度表23实时监测套管4内压力、温度参数。
61.低温检测探头1将lng储罐25内部检测的数据，通过耐低温电缆实时传输至lng储罐25外部的地面控制系统3。通过预置在地面控制系统3内的算法完成数据后处理等，以便判断形变的位置和大小。
62.综上，本发明不仅适用于lng储罐的内部可视化检测的现场安装实施，其他低温密闭装置同样适用，可在其他低温深冷领域推广使用。
63.本实施例提供的使用方法是基于上述各系统实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
64.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
技术特征：1.一种lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，包括：低温检测探头、控制及供电缆线和地面控制系统；所述低温检测探头设置在lng储罐的内部，将检测到的数据经所述控制及供电缆线传输至位于所述lng储罐外部的所述地面控制系统；所述系统还包括套管、电动绞车和罐顶预留孔；所述lng储罐的顶部设置有所述罐顶预留孔，位于所述罐顶预留孔上部设置有所述套管，在所述lng储罐的顶部一侧设置有所述电动绞车；所述控制及供电缆线的一端与所述低温检测探头连接，所述控制及供电缆线的另一端依次经过所述罐顶预留孔和所述套管后穿出所述lng储罐，并经所述电动绞车与所述地面控制系统连接。2.如权利要求1所述lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，所述低温检测探头包括拍摄及测距模块、照明模块、二维电动云台和控制箱；所述二维电动云台的底部连接所述拍摄及测距模块和所述照明模块，所述二维电动云台顶部固定设置有所述控制箱，所述控制及供电缆线的一端与所述控制箱连接。3.如权利要求2所述lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，所述拍摄及测距模块中的拍摄功能由像素230万以下、像元尺寸5.5μm以上的工业相机实现；测距功能基于相位法，通过检测调制激光发射和接收时的相位变化量，实现对目标距离的测量。4.如权利要求2所述lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，所述拍摄及测距模块顶部设置有温度传感器，所述温度传感器采集到的温度数据经所述控制及供电缆线反馈至所述地面控制系统。5.如权利要求2所述lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，所述照明模块采用多颗设置在铜基板上的led灯珠、并配有小角度反光碗构成；所述led灯珠背部与所述铜基板连接。6.如权利要求2所述lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，所述二维电动云台包括偏摆组件和俯仰组件；所述偏摆组件底部与所述拍摄及测距模块、所述照明模块连接，所述偏摆组件顶部与所述俯仰组件的底部连接，所述俯仰组件的顶部与所述控制箱连接。7.如权利要求2所述lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，所述控制箱的顶部设置有吊环，钢丝绳的一端与所述吊环连接，所述钢丝绳的另一端穿过所述套管经所述电动绞车与所述地面控制系统连接。8.如权利要求7所述lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，所述套筒的上部设置有固定支架，所述固定支架的中部设置有铰链，所述钢丝绳通过所述固定支架上的所述铰链和所述电动绞车进行提拉，实现所述低温检测探头的上下移动。9.如权利要求1所述lng罐内在线可视化检测系统，其特征在于，所述罐顶预留孔的顶部设置有罐顶预留孔法兰，所述套管的底部设置有与所述罐顶预留孔法兰配合的套管底部法兰；在所述套管的侧壁上设置有氮气注入孔、氮气排出孔、压力表、温度表；在所述罐顶预留孔的侧壁上设置有阀门。10.一种lng罐内在线可视化检测系统实施方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1至9任一项所述lng罐内在线可视化检测系统实现，包括：1)对低温检测探头进行上电自检，打开lng储罐的罐顶预留孔法兰，与套管底部法兰连
接；通过铰链将低温检测探头吊起，将低温检测探头放入套管；安装套管顶部法兰；2)打开氮气进气阀，通过氮气注入孔对套管进行氮气吹扫；用氧气浓度快速检测仪监测氮气排出孔的氧气浓度及水露点，直至满足预设要求；3)保持套管充氮，手动打开lng储罐罐顶预留孔下部阀门；选2个固定位置用可燃气体快速检测仪监测bog泄露；通过铰链和电动绞车将低温检测探头从储罐预留孔下放；4)在低温检测探头浸入lng液相前，对拍摄模块及测距模块、照明模块的各设备舱进行上电预热；5)待各舱内温度稳定后，将低温检测探头下放至工作深度，根据拍摄或测量需求，对各模块上电，并完成对应的参数设置；6)通过地面控制系统控制二维电动云台实现低温检测探头对lng储罐内部圆周方向的拍摄及测距，控制电动绞车实现垂直方向扫描；7)拍摄及测距完成后，对各模块断电，控制电动绞车将低温检测探头移出lng储罐，断电；待低温检测探头进入套管后，立即关闭储罐罐顶预留孔阀门；8)关闭套管的氮气吹扫阀门，打开套管顶部法兰；通过铰链将低温检测探头移出；拆掉套管，安装储罐预留孔盲板。
技术总结本发明涉及一种LNG罐内在线可视化检测系统与实施方法，其包括：低温检测探头、控制及供电缆线和地面控制系统；所述低温检测探头设置在LNG储罐的内部，将检测到的数据经所述控制及供电缆线传输至位于所述LNG储罐外部的所述地面控制系统；所述系统还包括套管、电动绞车和罐顶预留孔；所述LNG储罐的顶部设置有所述罐顶预留孔，位于所述罐顶预留孔上部设置有所述套管，在所述LNG储罐的顶部一侧设置有所述电动绞车；所述控制及供电缆线的一端与所述低温检测探头连接，所述控制及供电缆线的另一端依次经过所述罐顶预留孔和所述套管后穿出所述LNG储罐，并经所述电动绞车与所述地面控制系统连接。本发明实现了在LNG储罐运营状态下对其内部的可视化检测。对其内部的可视化检测。对其内部的可视化检测。
技术研发人员：杨玉霞 付子航 黄洁馨 陈锐莹 吴健宏 杨宏伟 韩银杉 冯亮 刘方 王亚群
受保护的技术使用者：中海石油气电集团有限责任公司
技术研发日：2022.03.22
技术公布日：2022/7/5
