Многодетекторная магнитометрическая градиентометрия дистанционного контроля напряженных состояний трубопроводов

© А.Н. Любчик, Е.И. Крапивский, 2014

УДК 622.242;622.276.012.05 А.Н. Любчик, Е.И. Крапивский

МНОГОДЕТЕКТОРНАЯ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКАЯ ГРАДИЕНТОМЕТРИЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ

Вопрос обеспечение безаварийной работы магистральных трубопроводов становиться все более острее. Специфической особенностью трубопровода, как протяженной металлической конструкции, является то, что отдельные его участки могут, как различаться конструктивно, так и располагаться в различных грунтовых условиях. Старение и коррозионное разрушение металла трубопровода происходит не равномерно, а циклически, достигая в отдельные циклы скорости коррозии до 1 мм/год и относительного изменения механических свойств до 10-15%. Задача оценки реального технического состояния трубопровода, обеспечение его высокой эксплуатационной надежности.

Ключевые слова: магнитное поле, магнитометр, моделирование, трубопровод с дефектом.

За последние годы разработаны и совершенствуются более эффективные и перспективные методы оценки реального технического состояния металла трубопровода. Назначение таких методов, заключается в том, чтобы, не зная исходного состояния металла, определять абсолютную величину действующих в нем напряжений и по этой информации предсказывать «судьбу» металла: опасность перегрузок, риск разрушения, ресурс долговечности и др. Усилия направлены на поиск новых методов и параметров контроля технического состояния и на совершенствование уже известных: рентгеновских, акустических, магнитных и оптических методов.

Исходя из выше изложенного, актуальной является задача разработки конкурентоспособного производительного метода дистанционного анализа и контроля технического состояния трубопровода с поверхности Земли. Одним из наиболее перспективных методов является магнитная градиетоме-трия. На основе данного метода было предложено устройство бесконтакт-

ного дистанционного выявления местоположения и дефектов подземных трубопроводов, которое относится к трубопроводному транспорту, нефтедобывающей промышленности, коммунальному хозяйству, дефектоскопии металлоконструкций, защите от коррозии, охране окружающей среды и может быть использовано в других областях промышленности, эксплуатирующих трубопроводы (строительной, энергетической, атомной и т.п.).

Устройство бесконтактного дистанционного выявления наличия и местоположения металлических трубопроводов с определением характера дефектов включает измерения над средой (землей или водой), в которой расположен трубопровод, составляющих магнитного поля, представлено на рис. 1.

Отличается тем, что в заданных точках в процессе перемещения проводят измерение векторов магнитного поля в прямоугольных координатах двумя и более трехкомпонентными датчиками и тремя преобразователями индукции переменного магнит-

ж

Рис. 1. Устройство для бесконтактного дистанционного выявления местоположения и дефектов металлических трубопроводов: 1, 2, 3 - преобразователи индукции переменного магнитного поля однокомпонентный (индукционные антенны) НВ0809; 4 - преобразователь индукции постоянного магнитного поля трехкомпонент-ной разностной (феррозонд) НВ0709-800 (вертикальное положение); 5, 13, 14 - преобразователи индукции магнитного поля трехкомпонентной разностной (феррозонд) НВ0709-600 (горизонтальное положение);

6 - несущий каркас измерительного блока;

7 - аккумулятор питания устройства; 8 - жгут кабелей, соединяющий измерительный блок и пульт устройства; 9 - мобильный компьютер; 10 - пульт прибора; 11 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь; 12 -блок трехкомпонентных акселерометров

ного поля, так же для обеспечения заданного угла системы используется трехкомпонентный акселерометр, составляют тензор градиентов магнитного поля, с помощью программного обеспечения в среде программного пакета Lab View проводят обработку полученных данных, по результатам обработки определяют фоновое значения и отклонение от этого зна-

чения, по отличию которых судят о наличии и местоположении дефектов металлических трубопроводов и строят магнитограмму с указанием местоположения дефектов, и тем, что устройство для бесконтактного обнаружения местоположения и характера дефектов металлический сооружений содержит систему датчиков: четыре трехкомпонентных датчика индукции постоянного и низкочастотного переменного магнитного поля и три однокомпонентных датчика индукции переменного магнитного поля (индукционные антенны), при необходимости можно подключить автономный датчик, который также используется во внутритрубной магнитной диагностики. В этом случае устройство будет содержать шесть трехкомпонентных феррозондовых датчиков магнитной индукции. Позволяет выполнять измерения трех компонент индукции постоянного магнитного поля и градиента (разности) одноименных компонент индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля в четырех (шести) пространственных точках, а также измерение компонент индукции переменного поля в четырех пространственных точках. Измерение и накопление результатов измерения производится с помощью компьютера. Конструкция устройство позволяет оперативно измерять геометрическое положение и направление компонент измерительных преобразователей. На рис. 2 представлена схема пространственного расположения датчиков.

Технический результат состоит в увеличении чувствительности метода, путем применения автономного преобразователя индукции магнитного поля, что позволяет регистрировать магнитные аномалий и обусловивших их дефектов металла на объектах с незначительными фоновыми уровнями напряженно-деформированного состояния (трубопроводах малого диа-

Рис. 2. Схема дистанционного магнитометрического контроля подземного трубопровода, диаметром О и расстоянием между центральной осью трубопровода и дневной поверхностью И

I, 2, 3 - преобразователи индукции переменного магнитного поля однокомпонентный (индукционные антенны) НВ0809; 4 - преобразователь индукции постоянного магнитного поля трехкомпонентной разностной (феррозонд) НВ0709-800 (вертикальное положение); 5 - преобразователи индукции магнитного поля трехкомпонентной разностной (феррозонд) НВ0709-600 (горизонтальное положение); 6 - трехкомпонентный акселерометр; 7, 8, 9, 10,

II, 12 - трехкомпонентные феррозонды; 13 - металлический трубопровод; 14 - феррозон-довая антенна; 15 - поверхность грунта; 16 - центральная ось трубопровода; 17 - линия

метра, с большой глубиной заложения, с невысокими уровнями рабочего давления и механических напряжений), в повышении точность измерений, так как при проведении реальных измерений при перемещении магнитных датчиков в постоянном магнитном поле

возникают большие помехи, в ведение в измерительную систему трехкомпо-нентного акселерометра позволяет определять и компенсировать отклонения от вертикального положения, что снижает помехи и увеличивает точность показаний.

1. Крапивский Е.И. Дистанционная магнитометрия газонефтепроводов / Крапивский Е.И., Некучаев В.О. Учебное пособие. Ухта, 2011. С. 71-79.

2. Дистанционная диагностика технического состояния магистральных газопроводов комплексом геофизических методов / Е.И. Крапивский, А.И. Кобрунов, Н.П. Демченко, С.Г. Аленников // Материалы Межд. научн.-тех. семинара «Совр. методы и средства защиты и диагн. трубопр. систем и обо-руд. Барселона, 2000. С. 11-13.

3. Комплекс дистанционных геофизических методов для исследования техническо-

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

го состояния магистральных газопроводов / Е.И. Крапивский, А.И. Кобрунов, С.Г. Ален-ников и др. // Междунар. конф.-семинар им. Д.Г. Успенского: Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. 4.2. Проблемы освоения Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, Ухта, 2-7 февраля, 1998. Тез. докл. Ухта: УИИ, 1998. С. 109-110.

4. Комплекс дистанционных геофизических методов для исследования технического состояния магистральных газопроводов/ Е.И. Крапивский, А.И. Кобрунов, С.Г. Ален-ников и др. // Международная конференция

«Вопросы теории и практики интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. Ухта, 1998. С. 109-110.

5. Крапивский Е.И. Дистанционный контроль технического состояния северных

магистральных трубопроводов комплексом геофизических методов / Е.И. Крапивский, В.В. Семенов // Материалы межд. конф. «Нефть и газ Арктики». М.: 2006.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Любчик Анна Николаевна - аспирантка, e-mail: lyubchik_anna@mail.ru, Крапивский Евгений Иссакович - доктор геолого-минералогических наук, профессор, e-mail: eikrapivsky@mail.ru,

Национальный Минерально-сырьевой университет «Горный».

UDC 622.242;622.276.012.05

MULTIDETECTOR MAGNETOMETRIC GRADIYENTOMETRIYA OF REMOTE CONTROL OF INTENSE CONDITIONS OF PIPELINES

Lubchik A.N., Graduate Student, e-mail: lyubchik_anna@mail.ru,

Krapivsky E.I., Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Professor, e-mail: eikrapivsky@mail.ru, National Mineral Resource University «University of Mines».

The question ensuring trouble-free operation of the main pipelines to become more and more sharply. Specific feature of the pipeline as extended metal design, that its separate sites can is both to differ structurally, and to settle down in various soil conditions. Aging and corrosion destruction of metal of the pipeline happens not evenly, and cyclically, reaching in separate cycles of speed of corrosion to 1 mm/year and relative change of mechanical properties to 10-15%. Problem of an assessment of real technical condition of the pipeline, ensuring its high operational reliability.

Key words: magnetic field, the magnetometer, multidetector system, the pipeline with defect, remote control.

REFERENCES

1. Krapivskij E.I., Nekuchaev V.O. Distancionnaja magnitometrija gazonefteprovodov, Uchebnoe posobie (Remote Gas-Oil Pipeline Magnetometry, Educational Aid ), Ukhta, 2011, pp. 71-79.

2. Krapivskij E.I., Kobrunov A.I., Demchenko N.P., Alennikov S.G. Materialy Mezhdunarodnogo nauchno-tehnicheskogo seminara «Sovremennye metody i sredstva zashhity i diagnostiki truboprovodnyh sistem i oboru-dovanija (Remote technical state diagnostics of gas mains with the use of geophysical methods, Proceedings of International Workshop on the Advanced Methods and Means of Pipeline System and Equipment Troubleshooting and Protection), Barselona, 2000, pp. 11-13.

3. Krapivskij E.I., Kobrunov A.I., Alennikov S.G. Mezhdunarodnaja konferencija-seminar im. D.G. Uspen-skogo: Voprosy teorii i praktiki geologicheskoj interpretacii gravitacionnyh, magnitnyh i jelektricheskih polej. Ch.2. Problemy osvoenija Timano-Pechorskoj neftegazonosnoj provincii (A system of the remote geophysical methods to study technical state of gas mains, Proceedings of D.G. Uspensky International Workshop on Theory and Practice of Geological Interpretation of Gravitational, Magnetic and Electrical Fields, Part II: Challenges of Timano-Pechorskaya Gas-and-Oil Province Development), Ukhta, UII, 1998, pp. 109-110.

4. Krapivskij E.I., Kobrunov A.I., Alennikov S.G. Mezhdunarodnaja konferencija «Voprosy teorii i praktiki interpretacii gravitacionnyh, magnitnyh i jelektricheskih polej (International Workshop on Theory and Practice of Geological Interpretation of Gravitational, Magnetic and Electrical Fields), Ukhta, 1998, pp. 109-110.

5. Krapivskij E.I., Semenov V.V. Materialy mezhdunarodnoj konferencii «Neft' i gaz Arktiki» (Proceedings of International Conference on Oil and Gas of the Arctic Region), Moscow, 2006.