Способ контроля неравномерности толщины стенок трубопроводов
CONTROL NON-UNIFORMITY METHOD OF WALL THICKNESS OF PIPELINES

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использовано для диагностики трубопроводов методами неразрушающего контроля без их вскрытия для определения, в частности, неравномерности толщины стенок трубопровода и выявления участков с недопустимым утонением.
Известно техническое решение в виде устройства [RU 156827, U1, G01N 27/83, 20.11.2015], реализующего способ определения дефектов в трубопроводе и содержащее создающий магнитное поле узел, преобразователь изменения магнитного поля в электрическое напряжение, приводной механизм, а также блоки управления и обработки, причем, создающий магнитное поле узел выполнен в виде источника переменного тока, выходы которого подключены к концам проверяемого участка трубы, преобразователь изменения магнитного поля в электрическое напряжение включает в себя катушки индуктивности, соединенные с блоком обработки, и снабжен соединенными с блоками обработки и управления узлами вращения катушек вокруг оси трубы и поддержания постоянного зазора между ними и внутренней поверхностью трубы, а также связанной с монитором отображения контролируемой зоны трубы обзорной видеокамерой, при этом, приводной механизм оборудован соединенной с блоком управления системой аварийного извлечения из трубопровода помещенной в него части устройства и связан с преобразователем изменения магнитного поля в электрическое напряжение шарнирно-карданным соединением.
Недостатком этого технического решения является относительно низкое качество и точность контроля.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ контроля неравномерности толщины стенок недоступного металлического трубопровода [RU 2596862, C1, G01N 27/83, G01B 7/06, 10.09.2016], согласно которому через металлический трубопровод пропускают в продольном направлении переменный электрический ток, измеряют создаваемое им магнитное поле на определенном расстоянии от стенки трубы, продвигаясь вдоль нее, при этом, изменение толщины стенки трубопровода устанавливают по отличию измеренных величин индукции магнитного поля оценкой их отношения, причем, создаваемое переменным током магнитное поле измеряют на неизменном расстоянии от внутренней стенки трубы во внутренней ее полости, продвигаясь вдоль нее с остановками на время полного оборота вокруг оси трубы, одновременно в нескольких точках, расположенных на продольных трубе отрезках при повороте вокруг ее оси, по данным измерения вычисляют среднее арифметическое значение индукции магнитного поля в каждом месте прерывания продольного движения, а изменение толщины стенки в точках цилиндрической поверхности трубы устанавливают как функцию прямой пропорциональности от отношения среднего значения индукции магнитного поля внутри трубопровода каждого места прерывания продольного движения к ее значению в точках измерения с коэффициентом пропорциональности, равным заранее определенной величине толщины бездефектного участка трубы.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно никое качество и точность контроля, т.к. при реализации этого способа не удается установить тип дефекта, определить его форму и размеры, не диагностируется утонение стенки на участках, размер которых превышает интервал усреднения, а сам способ отличается ложным выявлением дефектов при наличие таких конструктивных элементов, как опоры трубы, сварные швы в трубе, заплатки в стенах трубы и т.п.
Задачей изобретения является создание способа контроля неравномерности толщины стенок трубопроводов с повышенным качеством, достоверностью и точностью, обеспечивающих расширение арсенала технических средств, используемых при контроле неравномерности толщины стенок трубопроводов и других их характеристик.
Требуемый технический результат заключается в повышении качества, достоверности и точности контроля при одновременном расширении арсенала технических средств, используемых при контроле неравномерности толщины стенок трубопроводов и других их характеристик.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в способе контроля неравномерности толщины стенок трубопроводов, согласно которому между торцами металлического трубопровода прикладывают переменное напряжение фиксированной частоты и направляют внутрь металлического трубопровода диагностический робот с измерительным узлом, на котором размещены датчики переменного магнитного поля, согласно изобретению, определяют амплитуды ортогональных составляющих полей вихревых токов датчиками переменного магнитного поля в направлении оси металлического трубопровода и в направлении, ортогональном оси металлического трубопровода и радиусу, причем, измерительный узел выполнен с возможностью вращения, а диагностический робот перемещают пошагово, при этом, вращение измерительного узла осуществляют на 180° градусов на каждом шаге поочередно по часовой стрелке и против часовой стрелки, длина каждого шага устанавливают равной ширине захвата датчиками переменного магнитного поля, расположенных диаметрально-противоположно на измерительном узле и по превышению заданного порога отношения амплитуд ортогональных составляющих полей вихревых токов регистрируется наличие утонения в стенке металлического трубопровода.
На чертеже представлен пример устройства, реализующий предложенный способ контроля неравномерности толщины стенок трубопроводов.
На чертеже обозначены: 1 - пульт оператора для управления измерительным роботом и отображения информации по результатам измерений, 2 - блок электроники для питания измерительного робота и обмена данными, 3 - генератор переменного напряжения, 4 - блок обработки данных, 5 - измерительный робот, 6 - датчики магнитного поля, 7 - металлический трубопровод.
Работает устройство контроля неравномерности толщины стенок трубопроводов следующим образом.
При помощи генератора 3 переменного напряжения, между торцами металлического трубопровода 7 прикладывается переменное напряжение фиксированной частоты 400 Гц. Разность потенциалов между торцами металлического трубопровода 7 формирует проходящий через него переменный ток. Измерительный робот 5 перемещает вдоль трубы датчики 6 магнитного поля и непрерывно производит считывание амплитуд ортогональных составляющих полей вихревых токов над датчиками 6 в направлении оси металлического трубопровода 7 и в направлении, ортогональном оси металлического трубопровода 7 и радиусу.
Измерительный робот 5 передвигается пошагово внутри металлического трубопровода 7 по контролируемому участку, причем, вращение измерительного узла, на котором размещены датчики 6, осуществляется на 180° по часовой стрелке на одних (например, четных) шагах передвижения и против часовой стрелки на последующих за ними (например, нечетных) шагах передвижения. Длина каждого шага равна ширине захвата датчиками 6 переменного магнитного поля, расположенных диаметрально-противоположно на измерительном узле. При контроле измеряется пара амплитуд - амплитуда магнитного поля вихревых токов, направление которого совпадает с осью трубы, и амплитуда магнитного поля вихревых токов, направление которого перпендикулярно оси трубы и радиусу. Эти данные поступают в блок 4 обработки данных для определения отношения измеренных амплитуд ортогональных составляющих полей вихревых токов превышает заданный порог, то это регистрируется как наличие утонения (дефекта) в стенке металлического трубопровода 7. При этом, чем больше глубина дефекта, тем больше область в стенке металлического трубопровода 7, в которой присутствуют вихревые токи, текущие в направлении перпендикулярном создающему их току. Большая область с таким током создает и большее магнитное поле, направление которого ортогонально полю создающему. Поэтому присутствует связь между глубиной дефекта и амплитудой поля, ортогонального полю без дефекта. Их отношение позволяет нормировать конечный параметр и избавиться от возможного изменения амплитуды задающего поля, которое создает ток, протекающий по трубе.
При этом, во время вращения измерительного узла датчиками 6 магнитного поля на участке металлического трубопровода 7 с дефектом (например, существенным утонением толщины стенки) фактически фиксируется не значение амплитуды сигнала, создаваемого продольным током в области дефектов стенки трубы, а значения амплитуды сигналов магнитного поля, создаваемого продольным и поперечным токами, которые индуцируются при обтекании дефекта стенки трубы продольным током генератора. Глубина дефекта находится в прямой зависимости от соотношения амплитуд сигналов магнитного поля продольного и поперечного токов. Величины полученного соотношения амплитуд сигналов индуцируемых токов привязываются к продольной и угловой координатам, что позволяет определить помимо факта обнаружения дефекта, но и его месторасположение.
Для повышения точности измерения желательно перемещать измерительный робот 5 пошагово, чтобы упростить алгоритм обработки результатов измерений, которые при движении непрерывно будут соответствовать движению датчиков по спирали. Намного проще и точнее оперировать результатами измерения на разных «кольцах», которые получаются при движении по шагам, чем с результатами измерений, полученных при движении по спирали. Смена направления вращения позволяет избежать учета сложных токопереходов, что также повышает точность контроля.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного способа, достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении качества, достоверности и точности контроля при одновременном расширении арсенала технических средств, используемых при контроле неравномерности толщины стенок трубопроводов и их других характеристик.