СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА
METHOD FOR DETERMINATION OF TECHNICAL STATE OF UNDERGROUND PIPELINE INSULATING COATING

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при определении технического состояния изоляционного покрытия участков подземных трубопроводов, подверженных воздействию геомагнитно-индуцированного тока.
Известны способы оценки технического состояния покрытия подземных трубопроводов путем выявления повреждений изоляционного покрытия с помощью проведения электрометрических измерений напряженности поля катодной защиты с использованием электродов, устанавливаемых на поверхности грунта (Бэкман В., Швенк В. Катодная защита от коррозии. Справ. изд. пер. с нем. - М.: Металлургия, 1984. - С. 124-131).
Недостатком способов является высокая трудоемкость, связанная с большим объемом трассовых работ при контроле протяженных участков.
Известен способ определения технического состояния изоляционного покрытия построенного и засыпанного участка трубопровода, заключающийся в катодной поляризации участка и определении состояния изоляционного покрытия по смещению потенциала с омической составляющей (разности потенциалов «труба-земля») при определенной расчетной силе поляризующего тока, вызывающей это смещение (ГОСТ Р 51 164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. Приложение Д1).
Недостатком способа является сложность применения способа для действующих трубопроводов, обусловленная тем, что рассматриваемый участок должен быть электрически изолирован от трубопровода.
Известен способ определения технического состояния изоляционного покрытия при эксплуатации трубопровода путем определения переходного сопротивления покрытия, заключающийся в отключении станций катодной защиты на обследуемом участке, измерении естественного потенциала трубопровода относительно грунта, включении одной станции катодной защиты, измерении силы тока на выходе станции, определении смещения потенциала трубопровода в пределах действия этой станции и последующем расчете переходного сопротивления покрытия (ГОСТ Р 51 164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. Приложение Д2).
Недостатком способа является высокая трудоемкость, связанная с необходимостью проведения продолжительных (с учетом процессов поляризации-деполяризации) трассовых работ, а также сложность определения границ действия включаемой станции катодной защиты, что снижает его точность.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оценки технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода (Патент РФ 2469238). В способе определяют марку стали труб, из которой выполнен трубопровод, и типы грунта на глубине заложения трубопровода. В лабораторных условиях последовательно измеряют значения естественной разности потенциалов «металл-грунт» при помощи образцов стали, марка которой идентична марке стали труб на контролируемом участке, помещенных в грунт, идентичный по типу грунту в месте прокладки трубопровода. Определяют разность потенциалов «труба-земля», значения силы тока на выходе станции катодной защиты и смещение защитного потенциала. На основании полученных данных определяют переходное сопротивление изоляции, по значению которого судят о техническом состоянии контролируемого участка трубопровода.
Недостатком указанного способа является высокая трудоемкость, обусловленная необходимостью определения смещения потенциала на всех контрольно-измерительных пунктах рассматриваемого участка, а также необходимостью получения данных о марке стали труб, типе грунтов на рассматриваемом участке трубопровода и результатов лабораторных измерений естественного потенциала образцов из стали разных марок относительно грунтов разных типов.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании способа определения сопротивления изоляционного покрытия подземного трубопровода за счет определения и анализа параметров геомагнитно-индуцированных токов, возникающих в трубопроводе под влиянием вариаций геомагнитного поля, ведущего к снижению трудоемкости выполнения работ.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода, включающем определение смещения потенциала трубопровода и последующий расчет переходного или удельного сопротивления изоляционного покрытия, согласно изобретению измерение смещения потенциала проводят на протяжении определенного промежутка времени в период возмущений геомагнитного поля, на протяжении того же промежутка времени синхронно проводят измерение вариаций геомагнитного поля в точке, удаленной от трубопровода, определяют величину изменения смещения потенциала и величину соответствующего изменения геомагнитного поля в точке, удаленной от трубопровода, расчет переходного сопротивления изоляционного покрытия производят на основании измеренных значений изменений во времени смещения потенциала трубопровода и соответствующих изменений геомагнитного поля в точке, удаленной от трубопровода.
В качестве пояснения приводим следующее. Геомагнитно-индуцированный (теллурический) ток - изменяющийся во времени электрический ток, образующийся в грунте, а также в подземных стальных трубопроводах и других протяженных в пространстве проводниках под влиянием вариаций геомагнитного поля и связанных с этим изменений электрического поля на поверхности Земли. Наличие геомагнитно-индуцированного тока приводит к изменениям во времени потенциала поляризации трубопроводов. Величина изменения потенциала поляризации и сила геомагнитно-индуцированного тока в данной точке трубопровода связана с напряженностью внешнего электрического поля и зависит от ряда параметров, в числе которых сопротивление изоляционного покрытия участка трубопровода. Следовательно, если известны величина изменения потенциала поляризации в точке с определенной линейной координатой и величина изменения напряженности внешнего электрического поля, оценка которой может быть проведена на основе информации о вариациях геомагнитного поля в точке, удаленной от трубопровода, то с помощью соответствующих математических соотношений может быть рассчитано сопротивление изоляционного покрытия участка трубопровода.
На фиг. 1 представлена схема определения величины изменения потенциала поляризации U по результатам измерения потенциала поляризации на протяжении определенного промежутка времени. Изменения потенциала во времени связаны с наличием геомагнитно-индуцированного тока в трубопроводе.
0
На фиг. 2 представлена схема определения величины изменения перпендикулярной к трубопроводу горизонтальной компоненты вектора индукции магнитного поля B в точке, удаленной от трубопровода на расстояние, на котором магнитное поле тока, протекающего в рассматриваемом трубопроводе (и других проводниках), не оказывает влияния на результаты измерений магнитного поля.
0
На фиг. 3 представлена схема графического решения уравнения (2) для определения проводимости изоляционного покрытия на единицу длины трубопровода на основании результатов измерения U и B.
На фиг. 4 представлен график зависимости потенциала поляризации U от времени t. Изменения потенциала связаны с наличием геомагнитно-индуцированного тока в трубопроводе.
0
На фиг. 5 представлен график зависимости от времени t перпендикулярной к трубопроводу горизонтальной компоненты вектора индукции геомагнитного поля B в точке, удаленной от трубопровода на 50 м.
На фиг. 6 представлен график зависимости ƒ(Y) для значений параметров, рассмотренных в примере применения предлагаемого способа определения технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода.
0
0
0
0
0
Способ реализуется следующим образом. Определяют положение границ и длину L участка трубопровода, подверженного воздействию геомагнитно-индуцированного тока. Выбирают точку измерения, расположенную между границей и серединой рассматриваемого участка трубопровода, подверженного воздействию геомагнитно-индуцированного тока. В выбранной точке с линейной координатой x относительно начала рассматриваемого участка на протяжении определенного промежутка времени с заданным шагом измеряют смещение потенциала трубопровода относительно грунта U. На протяжении того же промежутка времени с заданным шагом проводят определение перпендикулярной к трубопроводу горизонтальной компоненты вектора индукции геомагнитного поля B в точке, удаленной от трубопровода на расстояние, на котором геомагнитное поле тока, протекающего в рассматриваемом трубопроводе (и других проводниках), не оказывает влияния на результаты измерений. Для определения B используют данные стационарных пунктов измерения геомагнитного поля после соответствующего пересчета с учетом ориентации трубопровода относительно сторон света либо выполняют измерения непосредственно указанной компоненты B с использованием соответствующим образом ориентированного датчика. Строят график зависимости U(t) (фиг. 1). Определяют величину изменения потенциала U. На основании результатов измерения вариаций геомагнитного поля определяют величину изменения параллельной трубопроводу компоненты электрического поля E. Для этого могут использоваться различные приближения, например приближение плоских волн. Для определения E с использованием приближения плоских волн строят график зависимости B(t) (фиг. 2), определяют величину изменения компоненты магнитной индукции B и условный период колебаний геомагнитного поля T и рассчитывают значение E с помощью следующего соотношения:
0
Здесь μ - магнитная проницаемость грунта, μ - магнитная постоянная, σ - проводимость грунта.
После вычисления значения E определяют проводимость изоляционного покрытия на единицу длины трубопровода Y путем решения относительно Y следующего уравнения:
Функция ƒ(Y)определена следующим образом:
Величины A и B определяются следующими соотношениями:
Величина Z - продольное сопротивление участка трубопровода, длина которого равна единице:
тр
тр
Здесь ρ - удельное сопротивление металла трубопровода, D - наружный диаметр трубопровода, δ - толщина стенки трубопровода.
Для решения уравнения (2) может быть использован графический метод. При этом строят график зависимости ƒ(Y), на оси ординат наносят точку, соответствующую значению U/E, проводят отрезок, проходящий через данную точку и параллельный оси абсцисс до пересечения с кривой ƒ(Y), от точки пересечения проводят отрезок, параллельный оси ординат до пересечения с осью абсцисс, определяют значение Y, соответствующее точке пересечения указанного отрезка с осью абсцисс (фиг. 3).
из
из
После определения значения Y рассчитывают произведение удельного сопротивления изоляционного покрытия ρ на толщину изоляционного покрытия δ согласно следующему соотношению:
из
из
На основании рассчитанного значения ρδ, численно равного переходному сопротивлению изоляционного покрытия, в соответствии с действующей нормативной документацией определяют техническое состояние изоляционного покрытия подземного трубопровода.
Пример.
тр
тр
0
0
0
из
из
из
из
из
из
-7
-3
-1
-1
3
5
2
Необходимо определить техническое состояние изоляционного покрытия участка трубопровода, подверженного воздействию геомагнитно-индуцированного тока, длиной L=100 км. Наружный диаметр трубопровода D=1420 мм, толщина стенки δ=16 мм, удельное сопротивление металла трубопровода ρ=1,6⋅10 Ом⋅м, магнитная проницаемость грунта μ=1, проводимость грунта σ=10 Омм. Измерения проводят во время спрогнозированных возмущений либо во время ежесуточных вариаций магнитного поля Земли. Выбирают точку измерения с линейной координатой x=90 км. В выбранной точке в грунт устанавливают электрод сравнения, подключают прибор для регистрации величины потенциала к трубопроводу через контрольно-измерительный пункт и к электроду сравнения, на протяжении 20 минут с шагом 10 с измеряют смещение потенциала трубопровода относительно грунта U. На протяжении того же промежутка времени, с тем же шагом, прибором для регистрации значений постоянного магнитного поля проводят измерение перпендикулярной к трубопроводу горизонтальной компоненты вектора индукции геомагнитного поля B в точке, удаленной от трубопровода на 50 м. Строят график зависимости U(t) (фиг. 4). Определяют величину изменения потенциала U=1,46 В. Для определения величины изменения параллельной трубопроводу компоненты электрического поля E используют приближение плоских волн. Строят график зависимости B(t) (фиг. 5), определяют величину изменения компоненты магнитной индукции B=12,4 нТл и условный период колебаний магнитного поля T=490 с. С помощью соотношения (1) рассчитывают значение E=40 мкВ/м. Рассчитывают отношение U/E=36,5⋅10 м. Строят график зависимости ƒ(Y) с использованием соотношений (3)-(6) (фиг. 6). По графику зависимости ƒ(Y) определяют значение Y≈44,6 мкСм/м, соответствующее рассчитанному отношению U/E. Рассчитывают произведение удельного сопротивления изоляционного покрытия на толщину изоляционного покрытия ρδ с использованием соотношения (7). Результат расчета: ρδ≈1⋅10 Ом⋅м. Согласно ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии, указанное значение переходного сопротивления изоляционного покрытия ρδ соответствует удовлетворительному состоянию для покрытия, выполненного на основе полимерных лент.