УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДОВ

УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДОВ.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано, в частности, для контроля состояния металла трубопроводов, например в нефтегазовой промьппленности , в условиях эксплуатации без производства вскрышных работ или какоголибо воздействия на металл труб.
В процессе функционирования нефтегазовых коммуникаций под действием различных внешних факторов и условий эксплуатации в металле трубопроводов образуются различного вида дефекты, которые развиваются и, со временем, приводят к разрушению металла с появлением локальных течей, сопровождаюпщхся материальными и экологическими потерями. Поэтому, упреждение развития течей на уровне зарождения дефектов металла труб, является необходимым условием долговременной безаварийной работы систем трубопроводов.
Известно устройство, бесконтактного магнитометрического контроля состояния материалов трубопроводов, содержашее кварцевый генератор, делитель частоты, триггер Шмидта, формирователь линейной функции, пороговое устройство, цифровой индикатор, датчики регистрации откликов магнитного поля металла, (феррозонды) индивидуальные каналы его функционального преобразования в электрический сигнал, образованные последовательно соединёнными
феррозондами, усилителями и синхронными детекторами. (РФ Полезная модель № 1751 от 18.04.95 г.)
К недостаткам известного устройства следует отнести относительно низкие онеративность, точность и эффективность контроля состояния металла трубопроводов, обусловленные последовательным алгоритмом вычисления и фиксации в опертивнозапоминающем устройстве только отклонений от соответствующих, заранее установленных значений магнитных характеристических параметров: блок модуля разности датчиков с горизонтальными магнитными осями (а) и отношений сигналов датчиков с вертикальной и горизонтальной магнитными осями (р1, J32). Так как заранее установленные значения магнитных параметров отличаются для разных марок сталей и условий эксплуатации трубопроводов, использование предложенных величин аир неинформативно и малоэффективно. Кроме того, в устройстве отсутствует индикация знака зарегистрированных величин, недостаточна чувствительность аппаратуры в условиях подземного предложения обьектов контроля, наличие двух индикаторов снижает оперативность контроля.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение оперативности, точности и эффективности контроля состояния металла трубопроводов.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройство бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов, содержащее кварцевый генератор, делитель частоты, триггер Шмидта, формирователь линейной функции, пороговое устройство, цифровой индикатор, датчики регистрации откликов магнитного поля металла, индивидуальные каналы его функционального преобразования в электрический сигнал, образованные последовательно соединёнными феррозондами.
усилителями и синхронными детекторами, введены блок электронных ключей, аналоговый преобразователь, блок модуля, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буфер мощности, узел перебора пределов узел перебора чувствительности, узел обнуления фона, блок управления, автоматический индикатор разряда батарей и светозвзжовая индикация превышения порога, при этом выходы двух индивидуальных каналов подключены к блоку электронных ключей, выходы которых через аналоговый преобразователь соединены с входом блока модуля и аналоговым входом узла перебора предела, выход последнего подключен к АЦП, соединённому с цифровым интщкатором, выход блока модуля соединён с управляющим входом перебора пределов и с входом порогового устройства, соединенным со светозвуковой индикацией превышения порога, вход буфера мощности подключен к выходу формирователя линейной функции, а выход его соединён с феррозондами, к управляющим входам усилителей подключен узел перебора чувствительности, узел обнуления фона соединён с входом блока электронных ключей, блок управления подключен на управляющие входы блока электронных ключей и цифрового индикатора, а узел автоматической индикации разряда батарей подключен к цифровому индикатору.
На чертеже изображена схема устройства бесконтактного магнитометрического контроля состояния металла трубопроводов.
Устройство бесконтактного магнитометрического состояния контроля металла трубопроводов содержит: два феррозондовых датчика -1,2, усилители сигналов - 3,4, синхронные детекторы - 5,6, кварцевый генератор - 7, делитель частоты - 8, триггер Шмидта - 9, формирователь линейной фзтакции - 10, буфер мощности -11, узел перебора чувствительности - 12, блок электронных ключей - 13, аналоговый преобразователь - 14, блок модуля -15, узел перебора пределов - 16, АЦП -17, цифровой индикатор -18, пороговое устройство
- 19, устройство сигнализации со светозвуковой индикацией - 20, узел обнуления фона - 21, блок управления -22, узел автоматической индикации разряда батарей- 23.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Датчики 1 и 2 вьщают сигналы, амнлитуды которых пропорциональны напряженности магнитного поля объектов контроля. Выходные сигналы датчиков 1 и 2 поступают на усилители - 3,4, усиление которых выбирается узлом перебора чувствительности - 12, и следуют на измерительные входы синхронных детекторов - 5, 6, на управляющие входы которых поступают опорные частоты с кварцевого генератора - 7 через делитель частоты - 8. Импульсы опорной частоты, пройдя через триггер Шмидта - 9, преобразуются в линейную функцию напряжения возбуждения датчиков в формирователе линейной функции - 10 и поступают в буфер мощности - 11, с выхода которого напряжение возбуждения подается на обмотки возбуждения феррозондов 1 и 2, в измерительных обмотках которых квазипостоянная компонента напряженности исследуемого магнитного поля преобразуется в переменное напряжение.
Аналоговые сигналы, поступающие с выходов синхронных детекторов 5 и 6 и узла обнуления - 21, обрабатьгоаются соответсвующим образом по команде блока управления - 22 на аналоговом перобразователе - 14 с помощью блока ключей - 13. С выхода аналогового преобразователя 14 полезная информация поступает к блокам модуля - 15 и к аналоговому входу узла перебора пределов - 16, где далее преобразуется в цифру на АЦП - 17 и высвечивается на цифровом индикаторе - 18, на котором, кроме того, индуцируется режим работы устройства бесконтактного магнитометрического контроля. Электрические сигналы с выхода блока модуля - 15 сравниваются с уставкой - Vn на пороговом устройстве-19 и, в случае его превьппения, происходит светозвуковая индикация
превышения порога - 20. Выходной сигнал блока модуля 15 управляет работой узла перебора пределов 16, чтобы не перегружать работу АЦП - 17, а в случае разряда батарей происходит срабатывание узла автоматической индикации разряда батарей - 23 и на индикаторе 18 появляются соответствующие мерцающие символы. Блок стабилизированного питания создаёт нормальные условия для работы всех узлов устройства независимо от изменения напряжения аккумуляторной батареи до почти полной её разрядки.
При механическом стохастическо { нагружении трубопровода доменная структура металла изменяется и некомпенсированная, на момент нагружения, энергия, вследствие движения стенок Блоха, вьщеляется в виде свободной магнитной энергии. Импульсы магнитной энергии при стохастическом нагружении металла образуют сплощной спектр квазипостоянной компоненты собственного магнитного поля трубопровода, которое воспринимают датчики-феррозонды 1 и 2, возбуждаемые напряжением линейной функции треугольной формы, разложение которого в ряд Фурье имеет только нечетные гармоники, а именно:
UB  -Uo ( sin rat - sin (3 rat / 9) + sin (5 o)t/25) -...)
UB - текущее значение напряжения, модулирующего квазипосгояннзто компоненту магнитного поля трубы;
Uo - амплитудное значение возбуждения.
Измерение полезного сигнала, пропорциональное контролируемой величине компонент напряженности магнитного поля, снимаемого с измерительной обмотки феррозонда, в силу особенностей режимов работы которого производят по второй четпой гармонике, которой нет в модулирующем напряжении:
и t  - . sin 2 cot
Таким образом, избирательность описываемого устройства бесконтактного магнитометрического контроля обеспечивается его структурным построением, применением в устройстве возможности изменения чувствительности, позволяющим поднять достоверность и стабильность работы феррозондовых датчиков в случае подземного положения обследуемого трубопровода.
Горизонтальная составляющая собственного магнитного поля трубопровода является экспериментально определенной информапионной характеристикой, отражающей пространственное местоположение дефектного участка.
Для реализации экстремальных свойств магнитных откликов трубопроводов с использованием феррозондов при решении различных прикладных задач поиска дефектов и их идентификации, в устройстве блока датчиков, для повышения эффективности контроля, предусмотрена возможность использования двух датчиков, расположенных как соосно относительно трубопровода с изменяемым расстоянием между ними для определения градиента горизонтальных составляющих магнитного поля, так и их компланарно или перпендикулярно.
Предлагаемое устройство бесконтатктного магнитометрического контроля позволяет измерять все составляющие магнитного поля трубопровода, как дистанционно с поверхности земли, так и вблизи поверхности труб, а также проводить обработку электрических сигналов, производя операции разностей и сумм каналов, исследовать
1 /Гх1/7
пространственное распределение магнитных параметров вдоль трубопровода.
Узел обнуления фона позволяет вычитать из показаний предлагаемого устройства квазисреднее значение магнитного фона в месте измерений, вести индикацию отклонений в режиме поиска локальных магнитных аномалий и затем проводить детальный анализ на основе измерения совокупности параметров магнитного поля трубы.
Более высокая оперативность контроля состояния металла, по сравнению с прототипом, достигается за счет возможности переключения чувствительности датчиков и автоматического перебора пределов показаний светозвуковой индикаций.
Более высокая точность контроля состояния металла, по сравнению с прототипом, достигается за счет измерения не только значений магнитных параметров, но и их отклонений от квазисреднего значения, превышения порога со светозвуковой индикацией.
Более высокая эффективность контроля состояния металла, по сравнению с прототипом, достигается за счет исследования пространственного распределения, определения сумм, разностей, знаков и величин отклонения магнитных параметров, что позволяет осуществлять ранжирование аномалий в режиме нормального функционирования трубопровода.
Таким образом, предложенное техническое решение, по сравнению с прототипом, позволяет повысить оперативность, точность и эффективность контроля состояния металла трубопроводов.
Технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения, по сравнению с прототипом, характеризуются повышением точности, локальности и эффективности контроля и возможностью градации выявленных аномалий трубопровода в режиме его нормального функционирования.