СПОСОБ ВНУТРИТРУБНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ СТЕНОК ТРУБОПРОВОДОВ
METHOD OF INTRA-TUBE DEFECTOSCOPY OF PIPELINE WALLS

Изобретение относится к области физики, в частности к способам неразрушающего контроля качества стенок трубопроводов, и может быть использовано для создания внутритрубного дефектоскопа.
Известен способ внутритрубной дефектоскопии при помощи дефектоскопов-снарядов, заключающийся в измерении отклонений величин параметров материала стенок трубы и электрического тока, распределенного в ее стенках, от их заданных значений, в процессе перемещения дефектоскопа-снаряда по трубопроводу в потоке транспортируемого продукта, привязке выявленного отклонения к текущим координатам и регистрации результатов измерений и текущих координат. По сформированной в системе управления команде производят остановку дефектоскопа-снаряда, возвращают дефектоскоп-снаряд к координатам выявленного отклонения и со скоростью, обеспечивающей заданную точность измерений, проводят повторную дефектоскопию зоны выявленного отклонения с последующей обработкой результатов измерений и регистрацией информации (Патент RU №2109206 С1. Способ внутритрубной дефектоскопии и дефектоскоп-снаряд для его осуществления. МПК: F17D 5/00, В08В 9/04, 20.04.1998). Данный способ внутритрубной дефектоскопии принят за прототип.
Основным недостатком известного технического решения является недостаточная точность дефектоскопии и достоверность информации, получаемой в результате его реализации, и необходимость плотного контакта электродов с поверхностью стенки трубы, затрудняющий аксиальное перемещение дефектоскопа-снаряда по трубопроводу.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение точности дефектоскопии и достоверности информации, полученной в результате измерения частотных характеристик электрического импеданса распределенной резистивной среды в приповерхностном слое стенки трубы и локализации дефектов в стенке трубопровода путем бесконтактной емкостной связи электродов с внутренней поверхностью трубы.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым техническим решением, является повышение точности и достоверности дефектоскопии стенок трубопровода.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе внутритрубной дефектоскопии стенок трубопроводов, заключающемся в измерении величины электрического тока, распределенного в стенке трубы, электродами, расположенными кольцевыми рядами, аксиальным перемещением по трубопроводу, и выявлении зоны дефекта в стенке трубопровода путем определения отклонений распределенного в стенке трубы электрического тока от заданных значений с привязкой к текущим координатам, затем по сформированной в системе управления команде электроды возвращают к координатам участка трубопровода с выявленным отклонением и проводят повторную дефектоскопию с последующей обработкой результатов измерений и регистрацией информации о состоянии структуры материала стенки трубопровода, согласно предложенному техническому решению,
дефекты в стенке трубы выявляют отклонением частотной характеристики электрического импеданса приповерхностного слоя стенки трубы от заданных значений, измеренных зондирующим сигналом в диапазоне частот, задаваемом в зависимости от глубин зондирования стенки и межэлектродного расстояния, с последующей обработкой отклонений частотной характеристики электрического импеданса с привязкой к текущим координатам трубопровода;
частотную характеристику электрического импеданса приповерхностного слоя стенки трубы измеряют бесконтактной емкостной связью электродов с внутренней поверхностью трубопровода;
электроды перемещают по трубопроводу как непрерывно, так и дискретно с интервалом, равным межэлектродному расстоянию;
дефект в стенке трубы выявляют сравнением частотной характеристики электрического импеданса на двух смежных участках трубы с равным межэлектродным расстоянием, и по отклонению составляющих частотной характеристики электрического импеданса на одном из участков выявляют зону дефекта в стенке трубы и регистрируют координаты участка с отклонением частотной характеристики электрического импеданса для повторной локальной дефектоскопии стенки трубы;
повторную дефектоскопию стенки трубы выполняют измерением электрического импеданса приповерхностного слоя на длине дуги внутренней образующей стенки трубы, равной межэлектродному расстоянию, по мере аксиального перемещения электродов по трубопроводу в координатах участка с выявленным отклонением частотной характеристики электрического импеданса.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа внутритрубной дефектоскопии, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленное техническое решение может быть успешно использовано для решения проблем диагностики стенок трубопроводов. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
На фиг. 1 показана схема внутритрубной дефектоскопии стенок трубопроводов двурядным расположением электродов; на фиг. 2 - то же, трехрядным расположением электродов; на фиг. 3 - то же, кольцевым расположением электродов.
Сущность предлагаемого способа внутритрубной дефектоскопии стенок трубопроводов заключается в следующем
С помощью двух бесконтактных со стенкой трубы электродов 1, подключенных к источнику переменного тока  и образующих емкостную электрическую связь с внутренней поверхностью металлической трубы 2, измеряют частотную характеристику импеданса  межэлектродного участка L трубы, изменяя частоту  источника переменного тока  от  до . Глубина проникновения Δy переменного тока в стенку трубы 2 зависит от частоты  и определяется по известной формуле:
o
где μ и μ - абсолютная и относительная магнитные проницаемости материала трубы; σ - удельная проводимость;  - частота переменного тока (см. Физический энциклопедический словарь. М., Советская энциклопедия, 1983 г., стр. 690).
max
min
Максимальная глубина проникновения Δy имеет место при минимальной частоте , а наименьшая глубина Δy - при максимальной частоте  переменного тока. Таким образом, изменяя частоту переменного тока источника  от  до , можно зондировать стенку трубы по толщине. Наличие дефекта 3 (трещина, каверна, коррозия и т.п.) в стенке трубы приводят к удлинению пути протекания высокочастотного зондирующего тока (повышению погонного сопротивления) и, соответственно, к отклонению импеданса  от его значения  в бездефектной стенке 2. Таким образом, наличие дефекта 3 и глубина его залегания в стенке трубы определяется по частоте  переменного тока, при котором значение импеданса  отклонилось от заданного значения , регистрируемого соответствующим прибором - измерителем импеданса. Внутритрубную дефектоскопию стенок 2 трубопроводов выполняют с внутренней стороны трубы зондирующим сигналом в диапазоне частот , задаваемом в зависимости от глубин Δy зондирования стенки 2 и межэлектродного расстояния L кольцевых рядов электродов 1. Ввод в толщу стенки 2 трубы и вывод зондирующего сигнала осуществляют через электроды путем бесконтактной или контактной емкостной связи с внутренней поверхностью трубопровода. Кольцевые электроды располагают относительно внутренней поверхности трубы с зазором ε кольцевыми рядами на расстоянии L друг от друга. Глубина зондирования при этом зависит от частоты  зондирующего сигнала. Импеданс  измеряют аксиальным перемещением электродной системы по трубопроводу как непрерывно, так и дискретно с интервалом, равным межэлектродному расстоянию L, и по его отклонению от заданного значения  фиксируют координаты участка трубы с дефектом 3 (Фиг. 1).
1
2
Дефектоскопию стенок 2 трубопроводов тремя кольцевыми электродами 1 с одинаковым межэлектродным расстоянием l=l=L/2, включенными по мостовой измерительной схеме, проводят аксиальным перемещением электродов 1 вдоль трубопровода. Дефект 3 в стенке 2 трубы выявляют регистрацией дисбаланса напряжения в диагонали электрического моста, образованного двумя резисторами R1, и электрических импедансов  и  на смежных участках трубы (Фиг. 2). При отсутствии дефекта 3 на смежных участках трубы значения , мост сбалансирован и напряжение на диагонали моста близко к нулю, на что показывает регистратор 4, подключенный к диагонали моста. При появлении дефекта 3 возникает отличие электрических импедансов  на смежных участках, что приводит к дисбалансу моста и появлению дисбаланса напряжения в диагонали моста, что индицируется регистратором 4.
1
2
С выявлением дефекта 3 в стенке 2 трубопровода по сформированной в системе управления команде электроды 1 возвращают к координатам участка трубопровода с выявленным отклонением частотной характеристики электрического импеданса  и проводят повторную дефектоскопию, которую выполняют электрическим импедансом  приповерхностного слоя на длине дуги внутренней образующей стенки трубы, равной межэлектродному расстоянию L. Располагая кольцевые электроды 1 на расстоянии l=l=L/2 друг от друга на внутреннем диаметре D трубопровода, при одноканальной измерительной системе, диагностируемая площадь будет равной S=πDL. Внутритрубную дефектоскопию стенки 2 ведут по мере аксиального перемещения электродов 1 по трубопроводу в координатах участка выявленного отклонения частотной характеристики электрического импеданса  с локализацией дефекта 3 в стенке 2 трубопровода и последующей обработкой результатов измерений и регистрацией информации о состоянии структуры материала стенки 2 трубопровода (Фиг. 3).
Пример внутритрубной дефектоскопии стенок трубопроводов.
1
1
1
2
Внутритрубную дефектоскопию стенки 2 трубопровода ведут многорядным расположением электродов 1 по длине и внутреннему диаметру D образующей трубы. Количество электродов 1 выбирается исходя из точности локализации участка дефекта 3. Например, при 9 электродах, положение дефекта 3 в стенке 2 трубы определяется с угловым разрешением 40 градусов. При этом каждая тройка электродов подключается к соответствующей мостовой схеме, как показано на фиг. 2 и 3. Перемещая электродную систему вдоль трубопровода, регистрируют сигнал дисбаланса на диагоналях мостов пары смежных электродов 1. Появление сигнала дисбаланса и соответственно координата и угловое положение дефектного участка регистрируется регистратором 4. Так, на частоте f=10 кГц глубина проникновения зондирующего сигнала электрического импеданса в стальную стенку трубы составляет Δy=16 мм, на частоте  и на частоте . С выявлением дефекта 3 в стенке 2 трубопровода электроды 1 по сформированной в системе управления команде возвращают к координатам участка трубопровода с выявленным отклонением частотной характеристики электрического импеданса  и проводят повторную дефектоскопию, которую выполняют электрическим импедансом  приповерхностного слоя на длине дуги вдоль внутренней образующей стенки 2 трубы, располагая кольцевые электроды 1 на расстоянии l=l=L/2 друг от друга, диагностируя площадь равной S=πDL. Внутритрубную дефектоскопию стенки 2 ведут по мере аксиального перемещения электродов 1 по трубопроводу в координатах участка выявленного отклонения частотной характеристики электрического импеданса  с локализацией дефекта 3 в стенке 2 трубопровода и последующей обработкой результатов измерений и регистрацией информации о состоянии структуры материала стенки 2 трубопровода.