Математическое моделирование магнитного поля трубопровода с дефектами

© Е.И. Крапивский, А.Н. Любчик, Р.Ю. Чумарев, 2014

УЛК 519.711.3

Е.И. Крапивский, А.Н. Любчик, Р.Ю. Чумарев

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРУБОПРОВОДА С ДЕФЕКТАМИ

Рассмотрены результаты математического моделирования магнитного поля трубопровода с дефектами. Рассматривается актуальность проблемы, методика расчета, сравнивается экспериментально измеренное трехкомпонентным дистанционным магнитометром и рассчитанное в программном комплексе АМБУБ магнитное поле постоянных магнитов. Приводится краткий вывод по результатам сравнения и план дальнейшей работы по заданной тематике.Ключевые слова: моногород, стратегия развития, Прокопьевск, Ленинск-Кузнецкий, Кемеровская область, социально-экономическое развитие.

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

Математическому моделированию магнитного поля трубопроводов с дефектами до настоящего времени не уделялось достаточного внимания. Лишь в работе Селезнева В.Е. «Основы численного моделирования магистральных трубопроводов» рассмотрен расчет магнитных полей, в программном комплексе ДИвУв, и изучены магнитные поля внутритрубного дефектоскопа. Нами поставлена задача расчета магнитных полей трубопроводов с дефектами, измеряемых трехкомпонентным дистанционным магнитометром. Ранее получены аналитические выражения для магнитного поля бесконечно длин-

а)

ного сплошного цилиндра (A.A. Логачев, В.П. Захаров) и сплошного эллипсоида вращения (В.В. Алексеев) (1). Они использованы в настоящей работе для оценки достоверности расчетов в программном комплексе ANSYS. Измерены магнитные поля постоянных магнитов, имитирующие стальной трубопровод конечной длины. Для трубопровода конечной длины c дефектами аналитические выражения отсутствуют.

B = ц0(Я + J) J = %H; B = цц0 H z_r п.Лh2 -x2)sin9 + 2xcos9

i = -2M -r-r-r-

б)

Рис. 1. Экспериментально полученный модуль полного вектора индукции В, нТл:

а) 5 магнитов, б) 10 магнитов

а)

9,00Е-05 -г

8,00Е-05 -

7,00Е-05 -

6,0ОЕ-О5 -

5,00Е-05 -

m 4,00Е-05 -

3.00Е-05 -

2,00Е-05 -

1.00Е-05 -

О.СОЕ400 -L

N

1 ~Г \ \

/ , / л] \ \

/ ' \\

-h = 1 м -h = 2 м -h - 3 м -h = 4 м -h = 5 м -h = бм

б)

9.00Е-05 8.00Е-05 7.00Е-05 6.00Е-05 с 5.00Е-05 и 4,ШЕ-05 3.00Е-05 2.00Е-05 1.00Е-05 0,ООЕ+00

7,5 10 12,5 15 17,5 20

-h - 1 м -h = 2M -h = 3 м -h - 4 м -h = 5 м -h = 6м

10 12,5 15 17,5 20

Рис 2. Зависимость вектора полной магнитной индукции В горизонтального ферромагнитного эллипсоида вращения от расстояния над трубой при разных высотах. Измерения вдоль длинной оси эллипсоида вращения: а) - измерения вдоль, б) -поперек длинной оси эллипсоида вращения

В формулах М = пR2J магнитный момент кругового цилиндра единичной длины, вырезанного из данного бесконечно длинного цилиндра перпендикулярно его простиранию; & -угол намагничивания; И - расстояние до оси цилиндра. В формулах опущен постоянный множитель и учтен размагничивающий фактор.

В результате численного моделирования на первом этапе работы получены графики магнитного поля от полых цилиндров конечной длины, имитирующих секцию трубопровода. Расчеты в пакете АНБУБ в основном совпадают с расчетами по аналитическим формулам и результатами физического моделирования. Расхождения можно объяснить конечной длиной ферромагнитного цилиндра. Результаты расчетов свидетельствуют о воз-

можности и целесообразности математического моделирования магнитных полей трубопроводов с дефектами (каверны, сварные швы, овальность).

В дальнейшем планируется: рассчитать поле напряженных состояний и каверн трубопровода на основе связи между коэрцитивной силой и намагниченностью трубопровода, магнитное поле продольного и поперечного сварного шва, магнитное поле при различном расположении точки измерений относительно трубопровода; по результатам расчетов магнитного поля вывести формулы для интерпретации результатов полевых исследований (определение местоположения трубопровода в плане и в разрезе, его размеры, толщину стенки, положение сварного шва и степень коррозийного разрушения, напряженные состояния).

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Боровик Е.С. Лекции по магнетизму / Е.С. Боровик, В.И. Еременко, A.C. Миль-нер. 3-е изд. М.: ФИЗМАТГИЗ, 2005. 512 с.

2. Буль О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Магнитные цепи, поля и программа FEMM: Учебное пособие. М.: Академия, 2005. 336 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

3. КрапивскийЕ.И., Некучаев В.О. Дистанционная магнитометрия газонефтепроводов: Учебное пособие. Ухта: УГТУ, 2011.142 с., ил.

4. Селезнев В.Е., Алешин В.В., Прилов С.Н. Основы численного моделирования магистральных трубопроводов. Под ред. В.Е. Селезнева. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: МАКС Пресс, 2009. 436 с. ЕШ

Крапивский Евгений Иссакович - доктор геолого-минералогических наук, профессор, e-mail: eikrapivsky@mail.ru,

Любчик Анна Николаевна - аспирантка, e-mail: lyubchik_anna@mail.ru, Чумарев Роман Юрьевич - студент, e-mail: rchumarev@gmail.com, Национальный Минерально-сырьевой университет «Горный».

UDC 519.711.3

MATHEMATICAL MODELLING OF THE MAGNETIC FIELD OF THE PIPELINE WITH DEFECTS

Krapivsky E.I., Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Professor, e-mail: eikrapivsky@mail.ru, Lubchik A.N., Graduate Student, e-mail: lyubchik_anna@mail.ru, Chumarev R.Yu., Student, e-mail: rchumarev@gmail.com, National Mineral Resource University «University of Mines».

Article is devoted to results of mathematical modeling of a magnetic field of the pipeline with defects. The problem urgency, design procedure is considered, compared experimentally measured by the three-compo-nental remote magnetometer and the magnetic field of constant magnets calculated in the program ANSYS complex. The short conclusion by results of comparison and the plan of further work on the set subject is given.

Key words: magnetic field, the magnetometer, modeling, the pipeline with defect.

REFERENCES

1. Borovik E.S., Eremenko V.I., Mil'ner A.S. Lekcii po magnetizmu (Lecture on magnetism), Moscow, FIZMATGIZ, 2005, 512 p.

2. Bul' O.B. Metody rascheta magnitnyh sistem jelektricheskih apparatov. Magnitnye cepi, polja i programma FEMM. Uchebnoe posobie (Methods of calculation of magnetic systems of electric devices. Magnetic chains, fields and FEMM program. Manual), Moscow, Academy, 2005, 336 p.

3. Krapivskij E.I., Nekuchaev V.O. Distancionnaja magnitometrija gazonefteprovodov. Uchebnoe posobie (Remote magnetometry of gas and oil pipelines. Manual), Ukhta: UGTU, 2011, 142 p., silt.

4. Seleznev V.E., Aleshin V.V., Prjalov S.N. Osnovy chislennogo modelirovanija magistral'nyh trubopro-vodov (Bases of numerical modeling of the main pipelines), Moscow, MAX Press, 2009, 436 p.

A_

Проблемы освоения георесурсов Дальнего Востока. Выпуск 3

Белов A.B., Кондырев Б.И., Гребенюк И.В. и др. Год: 2013 Страниц: 146 ISSN: 0236-1493

UDK: 622:338.33:553.042:504.61

Рассмотрены тенденции использования углей как природного топлива и источника получения широкого спектра ценных химических продуктов на основе его глубокой переработки, основные методы очистки вод от нефти и нефтепродуктов, основные виды природных нефтесор-бентов, их достоинства и недостатки, вопросы перевозки природного газа в газогидратной форме на небольшие расстояния и в небольших количествах, перспективы практического применения в качестве промышленного взрывчатого вещества для скважинных зарядов конверсионных взрывчатых веществ, вопросы соотношение понятий «рациональность» и «эффективность» деятельности людей, рациональность использования ресурсов в топливно-энергетическом комплексе, место и проблемы Приморского края по выработке тепло- и электроэнергии в ДВФО. Предложены направления диверсификации производств, основанные на внедрении комплексных ресурсосберегающих технологий по добыче и глубокой переработке угля. Представлен один из наиболее рациональных способов промысловой переработки пластовой нефти и ее последующей транспортировки на перерабатывающие заводы, способ захоронения двуокиси углерода в недрах Земли и методика электроразведочных методов при исследовании сложно-построенных рудных районов Приморья и их составных частей.

ГОРНАЯ КНИГА

ПРОБЛЕМЫ

ОСВОЕНИЯ

ГЕОРЕСУРСОВ

ДАЛЬНЕГО

ВОСТОКА

Выпуск 3

жшшж W