基于CNG地下儲氣井檢測用的自動懸浮式超聲波探頭設計

摘要：提出一種CNG地下儲氣井檢測成像用的自動懸浮式超聲波探頭系統，該系統利用閉環反饋控制方法，能自動保持超聲波探頭與管壁之間為較小的恒定距離，使轉動的探頭與壁之間有恒定厚度的一層耦合液，解決了空氣與鋼管的聲阻抗相差太大，超聲波不能進入鋼管內部的難題，并保證旋轉探頭不被磨損。設計一種慣性離心力開關，能自動地提供所需的耦合液。這種自動懸浮式超聲波探頭系統在采樣頻率不太高時，能較準確地保持探頭與壁之間有均勻的耦合液。使CNG地下儲氣井超聲波檢測成像的基本問題得到較好的解決。
關鍵詞：CNG地下儲氣井；超聲波；懸浮式；反饋控制

0 引言
隨著國際原油價格的不斷飆升，車用天然氣量也猛增，由此帶動CNG加氣站大量建設和運營。我國目前建有700座CNG加氣站，擁有40多萬倆CNG汽車。CNG地下儲氣井建造成本低，占地面積小，安全性能高，現已成為國內CNG加氣站首選儲氣方式。國外也有50多個國家使用天然氣汽車。儲氣井是埋地壓力容器，SY／T 6535-2002規定地下儲氣井使用壽命是25年。標準也規定儲氣井的全面檢測周期為6年，必須定期進行井管的無損檢測和測厚檢測，但這方面尚無完善的檢測手段。由于天然氣中含有較多的硫，易形成對金屬有很強腐蝕能力的腐蝕液，且長期運行于25 MPa的高壓下，在這種惡劣條件下儲氣井難免會出現安全問題。
國內外比較成熟的油氣井檢測已發展到超聲波成像檢測，但這種檢測技術只能對井中有油，水或泥漿介質的油氣井進行檢測，而不能直接應用于CNG地下儲氣井的檢測。這里設計的自動懸浮式超聲波探頭系統可直接用于CNG地下儲氣井的超聲波探傷成像檢測。

1 探頭系統結構及工作原理
1．1 探頭系統結構
圖1是探頭系統俯視圖，圖2是探頭系統側視圖。