Способ выявления растущих дефектов магистральных трубопроводов
METHOD FOR IDENTIFYING DEVELOPING DEFECTS OF MAIN PIPELINES

Изобретение относится к области внутритрубной диагностики трубопроводов, а именно к определению дефектов магистральных трубопроводов, параметры которых изменились в промежуток между последовательными пропусками внутритрубных инспекционных приборов (ВИП) с магнитными системами MFL/TFI и ВИП с ультразвуковыми системами, использующими наклонный ввод ультразвукового импульса в стенку трубы.
Из уровня техники известен способ отбраковки и ремонта труб подземных трубопроводов (RU 2639599 С2, 21.12.2017), заключающийся в том, что:
- снимают изоляционное покрытие со вскрытого участка трубопровода, выполняют наружный контроль вскрытого участка трубопровода, на котором выявляют трещины глубиной, превышающей 0,1t, для последующей замены труб, с выявленными дефектами;
- если указанные трещины не выявлены или глубина выявленных трещин не превышает 0,1t, контролю подвергают околошовные зоны труб, прилегающие к заводским сварным швам и кольцевым сварным стыкам на расстоянии, по меньшей мере 25 мм в обе стороны от них, в которых проводят магнитопорошковый неразрушающий контроль (НК) с целью выявления трещин;
- трещины на вскрытых участках трубопровода глубиной, не превышающей 0,1t, идентифицируют на соответствие признакам КРН и затем трещины глубиной, не превышающей 0,1t, с признаками коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) относят к незначительным повреждениям, а трубу с незначительными повреждениями - подлежащей ремонту. Изобретение относится к выявлению особо опасных (развивающихся) дефектов тела трубы и сварных швов по данным ВИП с магнитными системами MFL/TFI и ВИП с ультразвуковыми системами, использующими наклонный ввод ультразвукового импульса в стенку трубы. Прямое измерение глубины дефектов по данным указанных систем невозможно либо осуществляется со значительной погрешностью, связанной с неопределенностью зависимости параметра сигнала датчиков от параметров дефектов и разбросом показаний датчиков ВИП.
Известен способ обнаружения дефектов внутрипромысловых трубопроводов (RU 2301941 С1, 27.06.2007). Способ обнаружения дефектов внутрипромысловых трубопроводов реализуется следующим образом.
На местности вдоль трубопровода осуществляют измерение магнитной индукции на пунктах, отстоящих друг от друга на расстоянии от 0,25-0,5 м. Для проведения измерений может быть использован шаговый магнитометр типа ММ-60. Как правило, положение трубопровода на местности известно. В случае отсутствия такой информации шаговый магнитометр используют в качестве металлоискателя и предварительно определяют положение трубопровода на местности.
В процессе проведения измерений вдоль трубопровода получают график зависимости величины магнитной индукции от расстояния и находят средние значения величин магнитной индукции для выбранного участка. Оптимальная величина участка, для которого проводят определение средних значений магнитной индукции, составляет 250 м, так как обычно на таком расстоянии не наблюдается резких изменений рельефа.
Затем определяют величины среднеквадратичных отклонений и выделяют области, где величины значений индукции магнитного поля равны или превышают удвоенное значение величины среднеквадратичных отклонений.
В соответствии с теорией надежности технических систем, выход измеряемой величины за пределы «среднее значение плюс/минус два среднеквадратичных отклонения измеряемой величины» является свидетельством перехода технической системы (в нашем случае трубопровода) в аварийное состояние.
Выделенные на графике области определяют на местности, раскапывают эти участки и осуществляют визуально-измерительный контроль с использованием ультразвуковых или вихретоковых толщиномеров.
Как правило, на этих участках отмечаются либо дефекты, либо области, представляющие потенциальную угрозу возникновения дефектов.
Из документа RU 2607766 С2, 10.01.2017 известен способ оценки геометрических размеров дефектов стенки трубной секции и сварных швов по данным ультразвукового внутритрубного дефектоскопа с помощью поиска связанных индикаций, заключающийся в том, что на основе полученных диагностических данных внутритрубного инспекционного прибора с ультразвуковой системой CD оценивают геометрические параметры, а также проводят классификацию типов дефектов стенки трубной секции и сварных швов. Такой способ позволяет снизить трудозатраты на обработку отдельного участка нефтепровода и значительно снизить время детектирования опасных видов дефектов.
Из уровня техники известен также способ контроля коррозионных процессов (RU 2648198 С1, 22.03.2018), включающий в себя установку метки, отбор флюида и контроль индикаторов. Метку устанавливают на внутренней поверхности исследуемого объекта. Метку выбирают с возможностью нанесения на металлическую поверхность с обеспечением устойчивости к рабочему флюиду, отсутствия аналогов в составе рабочего флюида, биологической и химической неактивности по отношению к рабочему флюиду и поверхности, на которую наносят метку, а также с обеспечением устойчивости метки к баротермическому воздействию. После чего метку наносят на заранее определенные участки исследуемого объекта. Вводят в эксплуатацию, заполняя рабочим флюидом. После начала коррозионного процесса метка, нанесенная на участки, подвергшиеся коррозии, вместе с частицами металла или антикоррозийного покрытия подвергшихся коррозии участков, отслаивается от объекта. Затем метка выходит в зону отбора флюида для контроля концентрации меток, которые и определяют наличие и интервал, в котором произошла коррозия и интенсивность коррозионного процесса. На разные заранее намеченные участки объекта наносят различные по идентификации метки. Скорость коррозии определяют по концентрации количества меток в процессе исследования. В качестве метки выбирают флуоресцентные вещества, или индикаторы радикального типа, или вещества с высоким поглощением тепловых нейтронов, или радиоактивные изотопы, или цветные вещества. Метку наносят на максимальную площадь возможной коррозии.
Недостатком вышеуказанных известных способов является то, что они не обеспечивают выявление развивающихся дефектов, что ведет к значительной перебраковке (ложному выявлению роста дефектов) дефектов, параметры которых в межинспекционный период не увеличились.
Задачей, на которую направлено заявляемое техническое решение является выявление развивающегося дефекта по данным внутритрубной диагностики в соответствии с определенным пороговым значением изменения параметра сигнала от датчиков ВИП.
Техническим результатом заявленного решения является повышение точности определения межремонтных сроков магистрального трубопровода.
Технический результат обеспечивается тем, что способ выявления растущих дефектов магистральных трубопроводов включает определение критерия выявления растущих дефектов, путем осуществления двух прогонов внутритрубного инспекционного прибора (ВИП) по испытательному трубопроводному полигону, имеющему секции трубопровода с набором искусственных дефектов, причем набор содержит нерастущие дефекты и растущие дефекты, размер которых после первого прогона увеличен в соответствии с аналогичными растущими дефектами, рост которых требуется выявить на магистральном трубопроводе, при этом в первом прогоне осуществляют, по меньшей мере три последовательных пропуска ВИП, проводят регистрацию параметров сигналов от дефектов, осуществляют проверку корреляции изменения параметра сигнала от дефекта и изменения параметра дефекта, требующего выявления, отбирают параметр сигнала от дефекта, изменение которого коррелируется с изменением параметра дефекта, требующего выявления, во втором прогоне производят, по меньшей мере три последовательных пропуска ВИП, проводят регистрацию параметров сигналов от дефектов, производят отбор параметров сигналов от дефектов, выбранных для определения критерия роста дефектов при первом прогоне ВИП, проводят сравнение параметров сигналов от дефектов по данным всех пропусков ВИП, вычисляют разницу параметров сигналов от дефектов, определенных по результатам последовательных пропусков ВИП первого прогона и второго прогона, для каждого определенного на предыдущем этапе значения разницы параметров растущих и нерастущих дефектов отдельно производится подсчет количества измерений, определивших такое значение разницы, и вычисляют отношение количества измерений, определивших значение разницы, к общему количеству измерений дефектов в процентном соотношении, производят визуализацию зависимости количества измерений в процентном соотношении и разницы параметров растущих и нерастущих дефектов, по которой определяют границы, в которых минимальное количество нерастущих дефектов, зарегистрированы как растущие, и минимальное количество растущих дефектов, зарегистрированы как не растущие, принимают значение этих границ в качестве критерия выявления растущих дефектов, осуществление внутритрубной диагностики магистрального трубопровода путем пропуска ВИП, определение на основании полученной информации величины параметра сигнала от дефекта, соответствующего выбранному для определения критерия выявления растущих дефектов, сопоставление величины параметра сигнала от дефекта с величиной соответствующего параметра сигнала от дефекта предыдущего пропуска ВИП, выявление разницы этих величин, проведение сравнения полученной разницы и критерия выявления растущих дефектов, при соответствии величины разницы параметра сигнала от дефекта с величиной соответствующего параметра сигнала от дефекта предыдущего пропуска ВИП критерию выявления растущих дефектов осуществляют отнесение дефекта к растущему.
В качестве выбираемого параметра сигнала от дефекта принимают значение относительной амплитуды сигнала от датчика, зарегистрировавшего дефект, или количество датчиков, зарегистрировавших изменение.
Значение относительной амплитуды сигнала коррелируется с геометрическими параметрами глубины дефекта.
Значение количества датчиков, зарегистрировавших изменение коррелируется с геометрическими параметрами ширины дефекта.
Изобретение позволяет выявлять рост параметров плоскостных (трещины в сварных швах и по телу трубопровода) и объемных (коррозия) дефектов трубопровода.
Изобретение позволяет без дополнительных инспекционных прогонов ВИП по участкам трубопровода определить числовое значение критериев роста дефектов по телу трубы и в сварных швах магистрального трубопровода, произошедших в межинспекционный период, что дает возможность прогнозировать наступление критического состояния магистрального трубопровода с точки зрения аварийности и более точно определить межремонтные сроки данного участка магистрального трубопровода, а также снижает себестоимость неразрушающего контроля магистрального трубопровода.
Краткое описание чертежей:
Фиг. 1 - Диаграмма распределения изменения амплитуды сигнала;
отн
Фиг. 2 - Диаграмма вероятности регистрации растущих дефектов и перебраковки нерастущих при изменении порога относительной амплитуды сигнала (ΔА);
Фиг. 3 - Диаграмма оптимизационных функций для определения критерия выявления растущих дефектов.
Заявленное техническое решение осуществляется следующим образом.
На испытательном трубопроводном полигоне создают макет участка магистрального трубопровода, дублирующего существующий участок трубопровода, который определили для проведения внутритрубной диагностики, при этом макет содержит секции трубопровода с искусственными дефектами, аналогичными дефектам, рост которых требуется выявлять.
Для определения критерия выявления растущих дефектов требуется изготовить набор дефектов с различными начальными параметрами. Набор дефектов содержит нерастущие дефекты и растущие дефекты. Параметры растущих дефектов в последствии будут увеличены механическим путем. При этом при нанесении искусственных дефектов на макет трубопровода учитывают заявленные паспортные характеристики ВИП по регистрации дефектов.
Наименьший размер изготавливаемых растущих дефектов устанавливают на 30-50% меньше минимального гарантировано выявляемого по техническим характеристикам ВИП с целью выявления дефектов, размер которых может в процессе роста увеличится до значений, выявляемых ВИП, далее в наборе дефектов параметры растущих дефектов увеличиваются с определенным шагом до достижения ограничивающего параметра (например, 80% от толщины стенки).
По макету участка магистрального трубопровода выполняют два прогона ВИП.
В первом прогоне осуществляют серию последовательных пропусков ВИП, по меньшей мере три последовательных пропуска.
По данным пропуска ВИП по макету участка магистрального трубопровода проводят регистрацию параметров сигналов от дефектов. По результатам полученных измерений осуществляется проверка корреляции изменения параметра сигнала от дефекта и изменения параметра дефекта, требующего выявления, отбираются параметры сигнала от дефекта, изменение которых коррелируется с изменением параметра дефекта, требующего выявления.
Например, в качестве выбираемого параметра сигнала от дефекта принимают значение относительной амплитуды сигнала или количество датчиков, зарегистрировавших изменение.
Значение относительной амплитуды сигнала коррелируется с геометрическими параметрами глубины дефекта.
Значение количества датчиков, зарегистрировавших изменение коррелируется с геометрическими параметрами ширины дефекта.
Выявление растущих дефектов согласно заявленному способу, может осуществляться по нескольким параметрам дефекта параллельно, в зависимости от выбранного параметра сигнала от дефекта, в отношении которого выявляется критерий выявления растущих дефектов, что дает возможность выявить как дефекты, выросшие в глубину, так и дефекты, выросшие в ширину.
После осуществления пропуска ВИП проводят увеличение размеров растущих дефектов, при этом используют диапазон изменения размеров для каждого исходного состояния дефекта, при этом шаг роста дефектов определяют для каждого участка трубопровода индивидуально.
Далее проводят второй прогон ВИП, в котором осуществляют повторные серии пропусков того же ВИП, что использовали для исходных последовательных пропусков, по меньшей мере три последовательных пропуска.
По данным пропуска ВИП проводят регистрацию параметров сигналов от дефектов, производят отбор параметров сигналов от дефектов, выбранных для определения критерия роста дефектов при первом прогоне ВИП.
Далее проводят сравнение параметров сигналов от дефектов по данным всех пропусков ВИП.
Определяют разницу регистрируемых параметров сигналов от дефектов до и после увеличения их размеров по данным последовательных пропусков ВИП.
Для каждого определенного на предыдущем этапе значения разницы параметров растущих и нерастущих дефектов отдельно производится подсчет количества измерений, определивших такое значение разницы.
Вычисляют отношение количества измерений, определивших значение разницы, к общему количеству измерений дефектов в %.
По данным расчетам осуществляют визуализацию зависимости количества измерений в процентном соотношении и разницы параметров растущих и нерастущих дефектов, например построением гистограммы (фиг. 1).
На приведенной гистограмме представлен пример распределения изменения амплитуды сигнала. Синим цветом обозначено распределение нерастущих дефектов, красным цветом - распределение растущих дефектов. По данной гистограмме определяют границы, в которых минимальное количество нерастущих дефектов, зарегистрированы как растущие и минимальное количество растущих дефектов, зарегистрированы как не растущие.
По определенным по гистограмме границам и массиву определенных по результатам последовательных пропусков ВИП изменения амплитуд сигнала или другого параметра можно создать таблицу, в которой подсчитывается количество верно и неверно определенных растущих и нерастущих дефектов (таблица 1).
По данным таблицы можно осуществить выбор оптимального критерия определения роста дефектов по минимуму суммы ошибок определения: «Нерастущих дефектов, зарегистрированных как растущие» и «Растущих дефектов, зарегистрированных как не растущие». Графическое отображение оптимизационных функций приведено на фиг. 2.
Требуемый критерий браковки можно также определить исходя из процентного соотношения количества требуемых ремонтов и вероятности выявления растущих дефектов фиг. 3.
Значение границ, в которых минимальное количество нерастущих дефектов, зарегистрированы как растущие, и минимальное количество растущих дефектов, зарегистрированы как не растущие, принимают в качестве критерия выявления растущих дефектов.
Оптимальное значение критерия роста дефектов подбирается, исходя из требуемых или задаваемых уровней браковки растущих дефектов и перебраковки нерастущих дефектов.
На действующем магистральном трубопроводе осуществляют внутритрубную диагностику путем пропуска по нему ВИП. Определяют на основании полученной информации величины параметра сигнала от дефекта, соответствующего выбранному для определения критерия выявления растущих дефектов. Осуществляют сопоставление величины параметра сигнала от дефекта с величиной соответствующего параметра сигнала от дефекта предыдущего пропуска ВИП и выявление разницы этих величин. Проводят сравнения полученной разницы и критерия выявления растущих дефектов, при этом при соответствии величины разницы параметра сигнала от дефекта с величиной соответствующего параметра сигнала от дефекта предыдущего пропуска ВИП критерию выявления растущих дефектов, осуществляют отнесение дефекта к растущему.
Данный способ позволяет выявлять растущие (то есть наиболее опасные) дефекты по результатам сопоставления данных последовательных пропусков ВИП по магистральным трубопроводам, что позволяет предотвратить разрушение трубопровода по развивающимся плоскостным дефектам (трещинам в сварных швах и телу трубы), оптимизировать ремонт коррозионных дефектов, выявляя участки трубопровода с развивающейся коррозией, оценить работоспособность систем защиты трубопровода от коррозии и более точно определить межремонтные сроки участков трубопроводов.
Данный способ выявления растущих дефектов подтвержден при проведении испытаний на полигоне АО «Транснефть-Диаскан», разработанные критерии выявления растущих дефектов внедрены в технологический процесс обработки и анализа диагностических данных внутритрубной диагностики магистральных трубопроводов ПАО «Транснефть» в АО «Транснефть-Диаскан». Эффективность доказана выявлением развивающихся дефектов на действующих магистральных трубопроводах ПАО «Транснефть».