Бесконтактный метод контроля

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 9Следующая ⇒

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, U_пор – 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 Δ Р =10 кгс/см².поэтому установившимся давлением можно считать давление через t_епс = 3r = 3 мин;

ü стенд допускает создание пульсирующего режима на любом выбранном статическом давлении Δ Р ±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 = l105 мм;

ü диаметр трубопровода наружный, D_н= 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 Δ l = 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.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒