超声波在在线测量带压管道开孔机钻孔深度上的应用

　　在石油、化工等行业的生产过程中，由于各种因素引起管道堵塞，这不仅让设备的安全运行得不到保障，甚至还可能导致生产被迫停止，所以必须及时加以疏通。或根据生产工艺的要求，需在原工艺管道上增加管线，要想解决以上问题都需要在原工艺管道上开孔。常规做法是将此管段卸压、降温，即局部停止生产。众所周知，现代化的石油化工企业的生产装置一般都是连续性生产，有时会因一处有问题而影响全局，使整个装置全部停下来。

　　从时间、人力和物力上来说，即使停车时间较短也要造成较大的经济损失[1]。因此，这个问题一直是人们极为关注的，国内外有关厂家已致力于在生产工艺管道上带压开孔技术的研究。如何在不妨碍生产系统正常运行的情况下，方便、快速、安全地进行钻孔，是保证生产安全的研究重点。其中对于钻孔深度准确测量的研究也受到业界的普遍关注。

　　1 带压开孔机工作原理

　　带压开孔机的钻孔原理[2，3]就是在管道所需开孔的位置上引出短管，在短管上方依次连接上法兰、三层式夹板阀、法兰、连箱和开孔机，使钻头在充分密封的条件下进入接管内钻孔，待钻通孔之后退出钻头，再利用夹板阀关闭引出短管。这样，就保证了管道内介质不发生泄漏的情况下把所需的孔钻通。图1所示是一个带压打孔机的结构图。

　　2 超声波测量带压管道开孔机钻孔深度原理

　　传统测量带压管道开孔机钻孔深度的方法是将光电传感器固定在打孔机的侧面测量钻杆的移动位置。当使用此方法对油气管道钻孔时，光电传感器容易被孔缝中喷出的油气影响，导致测量不准确。因此选用超声波对开孔机中钻杆的进给量进行测量。将超声波传感器安装在开孔机钻杆的垂直上方，采用远传显示的方式读取实时测量值，这样既能保证工作人员的安全又能保证测量数据的准确性。

　　在钻孔之前，先根据所需开孔部位测厚的数据、管道规格尺寸计算出理论钻削总进给量。由于开孔机上采用封闭式的钻孔，操作人员观察不到钻孔的情况，因此必须根据计算的理论钻削总进给量和超声波测得的钻杆进给量比较来判断是否钻通。图2所示是安装尺寸测量计算图，为了计算钻杆总的进尺行程。

　　钻杆进尺行程计算为:

　　2.1 计算马鞍块弦高H2

　　式(1) 中:D0—母管外径，mm;

　　D—母管内径，mm;

　　Dc—盘刀齿外径，mm;

　　2.2 中心钻尖至母管管顶的空行程

　　当中心钻尖顶露出连箱平面时，H3为负数，反之为正数。