Метод контроля коррозионного состояния металла труб газопроводов без их вскрытия с поверхности земли (бесконтактный метод контроля) основан на использовании собственного магнитного поля, генерируемого трубопроводом под действием динамико-механических нагрузок, вызываемых статическим и пульсирующем давлением газа. При этом, измерение параметров магнитного поля может фиксироваться как в режиме эксплуатации газопровода, так и при отсутствии в нем давления газа, например, при производстве ремонтно-восстановительных работ [9].
Для экспериментальной проверки бесконтактного метода контроля коррозионного состояния металла труб газопроводов и определения местоположения дефектов ВНИИГАЗом разработан прибор (рис. 9.4), принцип действия которого основан на измерении положения максимального разностного значения напряженности собственного магнитного поля трубопровода в области дефекта относительно значения напряженности магнитного поля материала труб, [15].
В состав прибора входят:
|
|
ü блок датчиков, расположенный на тележке;
ü электронного измерительного блока;
ü линии связи-кабеля.
Блок датчиков включает в себя комплект феррозондовых датчиков, из которых два X1 и Х2 имеют горизонтальные магнитные оси, совпадающие с направлением оси трубопровода и включенные встречно по дифференциальной схеме. Датчик ХЗ установлен вертикально на тележке в компланарной плоскости сдатчиками X1 и Х2.
Рис. 9.4. Прибор для обнаружения дефектов бесконтактным методом:
1 – аккумулятор, 2 – электронный блок, 3 – тележка, 4 – блок датчиков,
5 – обследуемый газопровод
Электронный блок размещен в металлическом корпусе, на лицевой панели которого расположены органы управления и индикации. Разъемы для подключения блока датчиков, зарядки аккумулятора и индикатора звукового сигнала выведены на панель прибора.
Структурная схема прибора (рис. 9.5) содержит основные узлы, принцип действия которых состоит в следующем: задающий генератор (ЗГ1), вырабатывающий сигналы прямоугольной формы с частотой 16 кГц, которые через делитель частоты на триггере (Т-2) поступают на формирователь напряжения треугольной формы, напряжение которого, усиленное по мощности, поступает на области возбуждения феррозондовых датчиков. Датчик представляет собой магнитомодуляционный преобразователь (феррозонд), который имеет две обмотки возбуждения и одну измерительную. При наличии внешнего поля в измерительной обмотке наводится ЭДС с частотой, равной удвоенной частоте возбуждения, т.е. 16 кГц.
Наведенная ЭДС, поступает на входной усилитель ВУ, построенный по схеме дифференциального усилителя, где происходит ослабление синфазного сигнала наводок и дифференциальное усиление полезного сигнала. Усиленный сигнал детектируется синхронным дефектором, ключи которого управляются задающим генератором ЗГ1.
|
|
Рис. 9.5. Структурная схема прибора:
1 – задающий генератор, 2 – делитель частот, 3 – усилитель мощности, 4 – феррозондовые датчики, 5 – входные усилители, 6 – синхронный детекторы, 7 – преобразователь сигналов, 8 – цифровая индикация, 9 – звуковая сигнализация, Hi – входной показатель напряженности, Uпор – величина парового напряжения
В синхронном детекторе происходит выделение четных гармоник полезного сигнала и подавление нечетных. Полезный сигнал усиливается по мощности и поступает на пороговую систему сигнализации, уставка который выбирается по данным предварительных испытаний и одновременно на аналогово-цифровой преобразователь для цифровой индикации результатов измерений в блок памяти для регенерации параметров магнитного поля, превысившими предельно допустимые уставки.
На каждый измерительный датчик предусмотрен свой измерительный канал. Кроме того, в приборе смонтированы фильтры нижних и верхних частот низкочастотного спектра, позволяющие осуществлять регистрацию магнитных параметров в ограниченном частотном диапазоне. Особенностью прибора является формирователь напряжений треугольной формы из импульсов прямоугольной формы.
Определение чувствительности прибора осуществляется размещением феррозондового датчика в одной из измерительных катушек меры магнитной индукции Гемгольца ММИ-1, в которых создается образцовое магнитное поле. Измерение напряженности магнитного поля может осуществляться дискретно с интервалом дискретизации до 1 нТл.
Методика регистрации магнитных откликов дефектов металла труб, возникающих под действием пульсации давления рабочей среды трубопровода, отрабатывалась на экспериментальном стенде со следующими технологическими параметрами [15]:
ü давление рабочего тела в трубопроводе может изменяться в пределах от 0 до 55 кгс/см2;
ü температура рабочего тела – 40/50°С, т.к. испытания проводятся при окружающей температуре воздуха от -3° до +5°С;
ü интервал изменения давления рабочего тела в трубопроводе между выбранными ступенями ΔР =10 кгс/см2.поэтому установившимся давлением можно считать давление через tепс = 3 r = 3 мин;
ü стенд допускает создание пульсирующего режима на любом выбранном статическом давлении ΔР ±5 кгс/см2, поэтому с целью повышения точности был выбран режим относительно больших изменений давления от 0 до 35 кгс/см2;
ü продолжительность циклирования давления в трубопроводе составляет 7с, при этом форма нарастания давления пилообразная с относительно резким сбросом давления до нуля.
Объектом обследования являлся образец - свидетель с искусственно нанесенными дефектами:
ü длина трубопровода, L = l 105 мм;
ü диаметр трубопровода наружный, Dн = 325 мм;
ü толщины стенки, δ = 12 мм.
Размеры заложенных дефектов:
· дефект №1 – канавка длиной l1 = 11 мм, шириной b1 = 4,5 мм и глубиной h1 = 6мм клиновидного типа;
· дефект №2 – канавка длиной l2 = 105 мм, шириной b2 = 4,5 мм и глубиной h2 = 6 мм клиновидного типа, отстоящая от края первого дефекта на расстоянии =300 мм и от края заглушки трубопровода на расстоянии =370 мм;
· дефект №3 – канавка длиной l3 = 200 мм, шириной b3 = 4,5 мм, глубиной h3 =6мм клиновидного типа, отстоящая от края заглушки трубопровода по оси трубопровода на расстоянии = 172 мм от кромки дефекта №2 по дуге;
|
|
· дефект №4 – высверлено углубление сбоку трубопровода, перпендикулярно оси трубопровода на глубину h4 = 6 мм, диаметром Ø = 10 мм с конусом сверла 120°;
· дефект №5 – наваренная на трубопровод бобышка длиной 30 мм и шириной 6 мм.
Анализ результатов отработки методики определения местоположения дефектов на экспериментальном стенде показал, что:
· определение местоположения дефектов трубопровода проводится по полному спектру магнитных откликов материала по разности сигналов двух дифференциально включенных датчиков с магнитными осями, совпадающими с осью трубопровода;
· оценка дефектности материала при давлении равном нулю и 40 кгс/см2 относительно исходного состояния материала показывает, что выявленность дефектов под давлением выше, чем в ненагруженном материале в 22 раза;
· оценка дефектности материала при давлении 40 кгс/см2 показывает, что изменения магнитных параметров в области дефекта в 2,5 раза больше, чем в области бездефектного материала;
· погрешность измерения магнитных параметров материала трубопровода, обусловленная изменением рабочего давления на 35 кгс/см2 при выбранной относительной схеме измерения составляет от 4 до 6%;
· локализация начала и конца дефекта на трубопроводе по магнитным параметрам под давлением любой протяженности фиксируется точно, середина дефекта фиксируется с относительной погрешностью от 5 до 17%, что обусловлено, по-видимому, влиянием соседних дефектов, нанесенных на трубопровод при расстоянии между датчиками X1 и Х2 по горизонтальной оси Δl = 60 мм, сравнимом с протяженностью обследуемого дефекта;
· магнитные параметры дефектного материала изменяются при вариациях статического и динамического давления в трубопроводе, поэтому в качестве нормирующего параметра выбрана вертикальная составляющая напряженности магнитного поля ХЗ, которая синхронно следует за изменением давления рабочей среды.
|
|
Функциональные возможности прибора для контроля коррозионного состояния металла труб бесконтактным методом были проверены при инспекции газопроводов Краснотурьинского ЛПУ МГ [8].
Перед обследованием состояния материала труб на газопроводе Уренгой-Центр 1 (км 1250), находящегося под рабочим давлением, были определены отклики напряженности магнитного поля, которые были приняты за исходные. Так, напряженность магнитного поля на оси трубопровода на расстоянии 3,0 м от его нижней образующей составила Н = 1,6 А/м, что эквивалентно = 40 имп/с ( – модуль разности показаний двух одинаковых дифференциально включенных датчиков, расположенных по оси обследуемого трубопровода).
На газопроводе Уренгой-Центр 1 (км 1250), находящегося под рабочим давлением, отклики трубопровода по собственному магнитному полю составили 25¸50 имп/с, что соответствует напряженности поля 1¸2 А/м. Параметры магнитного поля газопровода измерялись с помощью устройства, перемещаемого по валику грунта, с расстояния 2,5¸3,0 м от нижней образующей трубы. Аномалий не обнаружено.
При уточнении места расположения вмятины, выявленной при пропуске снаряда-дефектоскопа для контроля геометрии трубы, на газопроводе Уренгой-Центр 1 (км 1282), находящегося под рабочим давлением, с поверхности земли обнаружены две аномалии магнитного поля трубопровода:
ü первая – на расстоянии 35197 м от узла пуска-приема очистных устройств с параметром отклика a = 135 имп/с = 6,4 А/м;
ü вторая – на расстоянии 35202 м от узла пуска-приема.
очистных устройств с параметрами отклика = 98 имп/с = 4,0 А/с.
На газопроводе Уренгой-Центр 1 (км 12882) без рабочего давления на участке 35197–35202 м от узла пуска-приема очистных устройств произведено вскрытие трубопровода и обследование состояния его материала устройством, перемещаемым по верхней образующей трубы. По сигналу превышения порогового значения = 350 имп/с = 14 А/м обнаружены пять зон, характеризующихся аномальными значениями параметров магнитного поля: Dl1 = 70 мм, Dl2 = 300 мм, Dl3 = 210 мм, Dl4 = 150 мм, Dl5 = 130 мм.
Значения отклонений по a магнитного поля В указанных зонах составили от 385 до 540 имп/с (15,4¸21,6 А/м). Кроме того, параметры, характеризующие степень дефектности материала трубопровода, уменьшились относительно исходных значений в 2,2¸2,3 раза.
При вскрытии газопровода в районе его нижней образующей обнаружена видимая вмятина, соответствующая аномальной зоне Dl5 = 130 мм образованная контактом трубопровода со скальной породой (в месте контакта располагалась автомобильная покрышка). На аномальной зоне Dl2 = 300 мм в месте контакта газопровода с грунтом также обнаружена автомобильная покрышка, однако место и тип дефекта определить не удалось. Не обнаружены видимые дефекты и в аномальных зонах Dl1, Dl3 и Dl4.
На площадке Краснотурьинекого ЛПУ МГ были проведены измерения параметров магнитного поля участка трубы, вырезанного из газопровода Уренгой-Центр 1 (км 1282).
Результаты измерений параметра на газопроводе Уренгой-Центр 1 (км 1282) и вырезанного из него участка трубы приведены в табл. 9.6.
Таблица 9.6
Результаты измерений параметра
Аномальная зона | Значение параметра , имп/с | |||
на газопроводе с поверхности земли (под давлением) | на газопроводе с верхней образующей (без давления) | на трубе (снаружи) | на трубе (изнутри) | |
Dl1 | - | |||
Dl2 | ||||
Dl3 | - | |||
Dl4 | - | |||
Dl5 |
Снижение значений параметра при выполнении измерений с поверхности земля по сравнению со значениями, полученными с верхней образующей газопровода, объясняется влиянием слоя грунта над трубопроводом, ослабляющим поступления откликов магнитного поля и относительно низкой чувствительности датчиков, используемых в устройстве.
На газопроводе Уренгой-Центр 1 (км 1248), находящимся под рабочим давлением, выборочно выполнены 77 измерений параметров магнитного поля газопровода с поверхности земли устройством, перемещаемым по валику грунта. При этом аномальных значений параметра , превышающих 106 имп/с (как на отметке км 1282) не обнаружена, а среднее значение откликов по не превышает 75 имп/с.
На газопроводе Ямбург-Елец 1 (км 1346), без давления выборочно произведены 54 измерения параметров a магнитного поля. Среднее значение откликов по a не превышает 65 имп/с. Аномалий не обнаружено.
Проведенные исследования бесконтактного метода контроля коррозионного состояния металла труб показали следующее:
· метод обнаружения дефектов без вскрытия газопроводов с поверхности земли, основанный на использовании магнитного поля, генерируемого трубопроводом под действием динамико-механических нагрузок, может быть использован при обследовании газопроводов, как в режиме эксплуатации, так и при отсутствии давления газа;
· для получения магнитных откликов и измерения параметров магнитного поля с большей степенью достоверности целесообразно в конструкции устройства использовать более чувствительные датчики;
· для повышения эффективности использования данного метода обнаружения дефекта необходимо провести их идентификацию (стресс-коррозии, каверна, дефект сварного шва, вмятина, гофра и др.) по спектральным особенностям излучаемых магнитным полем газопровода сигналов с использованием специальных фильтров;
· в конструкцию устройства для обеспечения непрерывного снятия показаний с поверхности земли необходимо внести соответствующие изменения.