СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ВНУТРИТРУБНОГО ИНСПЕКЦИОННОГО ПРИБОРА НА КОЛЬЦЕВОМ ТРУБОПРОВОДНОМ ПОЛИГОНЕ
TESTING OF IN-PIPE INSPECTION INSTRUMENT AT CIRCULAR PIPELINE SITE

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для проведения ресурсных и метрологических испытаний внутритрубных инспекционных приборов.
Любая трубопроводная конструкция, формируемая в реальных условиях, неизбежно претерпевает изменения, связанные с накоплением и развитием дефектов, что приводит к снижению надежности. Главная причина дефекта - отклонение рабочего параметра от нормативного значения задаваемого, как правило, обоснованным допуском. Дефект, не выявленный при строительстве, является потенциальным очагом отказа. Вместе с тем, вероятность отказа и период времени до отказа зависят от многих факторов, основными из которых являются тип и размеры дефекта, условия нагружения при эксплуатации.
Любая трубопроводная система в реальных условиях функционирования неизбежно претерпевает изменения, связанные с появлением и развитием дефектов, снижающих в той или иной степени надежность и безопасность трубопровода. Как показывает опыт эксплуатации, большинство отказов, за исключением случаев явного нарушения правил эксплуатации, связаны именно с наличием дефектов в металле труб и сварных швах.
Основой технической политики ОАО «АК «Транснефть» по обеспечению безопасной эксплуатации магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, суммарной протяженностью более 65 тыс.км, является внутритрубная диагностика линейной части и устранение дефектов по ее результатам.
Поэтому очень важно чтобы внутритрубные инспекционные приборы сами должны соответствовать определенным требованиям.
Известное устройство, предназначенное для внутритрубного ультразвукового обследования магистральных трубопроводов с целью выявления дефектов толщины стенки, типа потери металла металлургического, механического и коррозионного происхождения, а также расслоений и включений. Здесь используется принцип ультразвуковой толщинометрии, основанный на акустическом эхо-импульсном зондировании стенки трубопровода с использованием ультразвуковых иммерсионных преобразователей совмещенного типа.
Х
Технический результат достигается тем, что многосекционный внутритрубный снаряд для диагностики состояния трубопровода содержит последовательно сочлененные секции, одна из которых является измерительной секцией, каждая секция содержит цилиндрический корпус, на торцах которого расположены опорно-двигательные элементы, измерительная секция содержит намагничивающую систему, обеспечивающую намагничивание стенок трубопровода слабым магнитным полем и выполненную в виде установленных на корпусе двух намагничивающих поясов из радиально намагниченных постоянных магнитов, на полюсах которых закреплены щетки из магнитомягкого материала, причем направление намагниченности в намагничивающих поясах противоположное, и измерительную систему, установленную между намагничивающими поясами и выполненную в виде подвижного измерительного пояса из датчиков магнитного поля, подпружиненных к стенке трубы, которые измеряют тангенциальную составляющую магнитного поля Н вдоль образующей трубы (см. патент RU №104696 от 20.01.2011 г. МПК G01B 7/28). Однако данное устройство не обеспечивает испытаний диагностических внутритрубных приборов.
Известен способ внутритрубной ультразвуковой диагностики состояния трубопровода, который используется при дефектоскопии магистральных нефте- и газопроводов в процессе их эксплуатации. Изобретение позволяет достоверно выявить все типы дефектов с обеспечением ультразвукового зондирования по всей длине окружности стенки трубопровода при минимальном количестве электроакустических преобразователей. Способ включает непрерывное перемещение дефектоскопа с электроакустическим преобразователем вдоль стенки трубопровода, генерирование электроакустическим преобразователем импульсов ультразвуковых колебаний, бесконтактную передачу импульсов ультразвуковых колебаний через перекачиваемую среду в стенку трубопровода, возбуждение ультразвуковых колебаний в стенке трубопровода, отражение ультразвуковых колебаний от неоднородностей материала стенки трубопровода, передачу отраженных ультразвуковых колебаний от стенки трубопровода к электроакустическому преобразователю, запись отраженных ультразвуковых колебаний и определение по результатам измерений характера, размеров и местоположения дефектов в стенке трубопровода (см. патент Российской Федерации №2153163, кл. G01N 29/10, от 20.07.2000).
Известен способ диагностики технического состояния трубопроводов и устройство для его осуществления. Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностирования трубопроводов и других стальных пустотелых сооружений. Сущность изобретения заключается в том, что устройство диагностики технического состояния трубопровода включает источник магнитного поля и приемник для принятия сигнала, размещенные вне трубопровода с возможностью их перемещения, при этом в трубопроводе установлен дополнительный источник магнитного поля с возможностью его перемещения, причем дополнительный источник магнитного поля с возможностью его перемещения выполнен из тора с источником магнитного поля, который заполнен жидкостью или газом (см. патент Российской Федерации №2445613, кл. G01N 82/10, от 20.03.2012).
Известен комбинированный дефектоскоп (дефектоскоп магнитно-ультразвуковой - ДМУ), предназначенный для сбора и накопления диагностической информации о состоянии стенок трубопровода в процессе внутритрубного инспекционного обследования и способен за один пропуск обеспечить выявление всех типов дефектов линейной части. При этом качество информации, выдаваемой ДМУ, выше, чем от трех односекционных, за счет того, что в «комбайне» один и тот же дефект измеряется разными методами, эти методы дополняют друг друга, и поэтому параметры дефектов более достоверные.
В состав ДМУ входят: батарейный модуль, ультразвуковой модуль CD+WM и магнитный модуль MFL.
Ультразвуковая секция CD+WM представляет собой автономное устройство, снабженное ультразвуковыми датчиками с прямым вводом луча для измерения толщины стенки и выявления дефектов типа коррозии и с наклонным вводом луча для обнаружения продольных трещиноподобных дефектов. Ультразвуковая секция состоит из герметичного корпуса, в котором расположены электроника и накопители информации, и носителя датчиков, обеспечивающего равномерное расположение датчиков по окружности трубы, фиксированный защитный отступ между излучающей поверхностью датчика и внутренней поверхностью трубопровода и угловое положение датчиков по отношению к стенке трубы. Аппаратура модуля состоит из аппаратуры управления ультразвуковыми датчиками, аппаратуры обработки и записи информации, аппаратуры управления дефектоскопом, датчиков дистанции и углового положения. Компактная и высокоэффективная аппаратура сбора диагностических данных обеспечила возможность создания компактного ультразвукового модуля, который выполняет функции двух экплуатирующихся в настоящее время дефектоскопов (типа WM и CD).
В задней части модуля располагается герметичный корпус, в котором размещена аппаратура бортовой электроники и бортовые накопители информации. Сборка батарейного, магнитного и ультразвукового модулей в единое целое осуществляется посредством карданных соединений и электрических кабелей.
Измерительная часть магнитного модуля состоит из двух комплектов датчиков (основной и дополнительной системы) и нескольких устройств сбора данных (мультиплексоров).
За один пропуск дефектоскопа проводится полное обследование трубопровода на дистанции до 200 км при скорости движения до 2 м/с, которое ранее обеспечивалось применением трех отдельных дефектоскопов.
Применение магнитного модуля в комбинированном дефектоскопе позволяет дополнить информацию по дефектам, обнаруживаемым ультразвуковым модулем, что существенно расширяет возможности дефектоскопа. Дополнительно обнаруживаются коррозионные дефекты малых поперечных размеров (равных толщине стенки трубы и менее), дефекты в поперечных сварных швах, трещиноподобные дефекты, ориентированные под углами ±45° относительно поперечной оси трубы (см. Основы технической диагностики трубопроводных систем нефти и нефтепродуктов. Санкт-Петербург, изд. Недра, с.283-286).
Однако вышеприведенные способы и устройства не обеспечивают проверку внутритрубных инспекционных приборов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ диагностики состояния магистральных трубопроводов, защищенный патентом Российской Федерации №2156455, кл. G01N 29/10, от 20.09.2000.
Известный способ включает перемещение внутри трубопровода внутритрубного инспекционного прибора и ультразвуковой контроль стенки трубопровода с передачей через транспортируемый по трубопроводу продукт зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний в стенку трубопровода, возбуждением в ней ультразвуковых волн и регистрацией отраженных от неоднородностей материала стенки трубопровода сигналов, по параметрам которых судят о характере, размерах и местоположении дефектов в стенке трубопровода. В данном способе реализован многопучковый ввод ультразвуковых колебаний в одну зону на внутренней поверхности стенки трубопровода с вводом каждого пучка под различным углом к указанной поверхности, что позволяет выявить дефекты в стенке трубопровода с различной пространственной ориентацией, в том числе продольно ориентированные дефекты.
Признак аналога, совпадающий с существенными признаками заявляемого изобретения, включает перемещение внутритрубного инспекционного прибора.
Причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивается изобретением, является то, что известный способ не обеспечивает проведения испытаний внутритрубных инспекционных приборов, применяемых на магистральных нефте- и газопроводах в диапазоне от 159 до 1200 мм, аттестации и проверки внутритрубных инспекционных приборов, комплексной проверки функционирования всех узлов и систем приборов, проверки соответствия между показаниями приборов и фактическими размерами дефектов при различных скоростях движения снаряда (внутритрубного инспекционного прибора).
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в проведении испытаний внутритрубных инспекционных приборов путем пропусков по кольцевому трубопроводу полигона.
Технический результат предлагаемого изобретения выражается в аттестации и проверке внутритрубных инспекционных приборов, комплексной проверки функционирования всех узлов и систем приборов, проверки соответствия между показаниями приборов и фактическими размерами дефектов при различных скоростях движения снаряда (внутритрубного инспекционного прибора).
Испытания разработанного и изготовленного испытательного полигона показали, что он обеспечивает решение комплекса задач по проведению испытаний всех внутритрубных инспекционных приборов (дисковых и щеточных скребков, профилемеров, ультразвуковых и магнитных дефектоскопов), применяемых на магистральных нефте- и газопроводах в диапазоне от 159 до 1200 мм, аттестации и проверки внутритрубных инспекционных приборов, комплексной проверки функционирования всех узлов и систем ультразвуковых и магнитных приборов, проверки соответствия между показаниями приборов и фактическими размерами дефектов при различных скоростях движения снаряда-дефектоскопа, определение пороговой чувствительности ультразвуковых и магнитных снарядов-дефектоскопов при различных скоростях перемещения их потоком перекачиваемой жидкости, проверки прохождения приборов через различные препятствия (сужения, задвижки, тройники, повороты различного радиуса, сварные кольцевые стыки на подкладных кольцах и т.д.), а также совершенствование программ обучения персонала, проводящего ремонт нефтепроводов, методам дополнительного дефектоскопического контроля, уточнение критериев идентификации дефектов для использования их при обработке данных обследования нефтепроводов.
Совокупность существенных признаков, характеризующих изобретение, обеспечивает получение указанного технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны и находящиеся в причинно-следственной связи с указанным результатом способа испытания внутритрубного инспекционного прибора на кольцевом трубопроводном полигоне, включающего перемещение внутритрубного инспекционного прибора, согласно изобретению, предварительно внутритрубный инспекционный прибор вводят в контролируемый трубопровод через камеру пуска-приемки, а затем потоком перекачиваемого продукта перемещают его в по замкнутому кольцевому трубопроводу с направлением движения по часовой стрелке, с возможностью считывания информации о состоянии трубопровода и накопления информации о ее состоянии в бортовой памяти внутритрубного инспекционного прибора, соответствия между показаниями приборов и фактическими размерами дефектов, причем количество пропусков внутритрубного инспекционного прибора по замкнутому кольцевому трубопроводу и скорость перемещения его зависят от диаметра трубопровода, после выполнения задания осуществляют остановку насосной станции, извлекают внутритрубный инспекционный прибор через камеру пуска-приемки, считывают информацию на внешний терминал, а затем на сервер для подготовки данных к интерпретации, расшифровывают, обрабатывают программой обработки данных, анализируют и представляют в виде отчета.
Скорость внутритрубного инспекционного прибора обеспечивают путем регулирования давления и расхода рабочей жидкости в трубопроводах.
При испытании внутритрубного инспекционного прибора на кольцевом трубопроводном полигоне за цикл определяют до 5000 различных дефектов, которые встречаются на трубопроводах.
Программой обработки данных выделяют области аномалий трубопровода, идентифицируют их, причем количество измерений каждого типа контрольных образцов кольцевого трубопроводного полигона должно быть не менее пятнадцати, а в случае получения выборки с количеством измерений менее пятнадцати доверительные интервалы не определяются.
Выполняют статистическую обработку массива погрешностей измерений.
Проведенные экспериментальные исследования и НИОКР в Центре технической диагностики «Диаскан» позволили разработать способы, технологии и устройства для оценки и настройки внутритрубных инспекционных приборов.
Средствами проведения контроля является трубопроводный полигон.
3
3
3
Это уникальное гидротехническое сооружение выполнено на высоком техническом уровне и не имеет аналогов в в мире. Оно включает в себя кольцевые трубопроводы диаметром 1220 мм, 720 мм и 530 мм протяженностью порядка 500 м, полукольцевые трубопроводы диаметром 1067 мм протяженностью порядка 200 ми 159, 219, 325 мм, протяженностью порядка 60 м, резервуары железобетонный РЖБ-1000 объемом 1000 м и стальной Р8С-500 объемом 500 м, насосную станцию, которые обеспечивают расход жидкости от 300 до 2500 м/ч и давление от 0,5 до 2,0 МПа, запорную и регулирующую арматуру, а также систему автоматизации стенда, которая обеспечивает централизованное управление процессами запуска и останова насосных агрегатов, контроль за их работой, управление и контроль положений задвижек и шаровых кранов, управление и контроль процессами запуска и пропуска внутритрубного инспекционного прибора, регулирование скорости прохождения, отображение технологических процессов на экране рабочей станции оператора, формирование отчетов и журнала событий.
Он предназначен для решения комплекса задач по проведению испытаний всех внутритрубных инспекционных приборов (дисковых и щеточных скребков, профилемеров, ультразвуковых и магнитных дефектоскопов), применяемых на магистральных нефте- и газопроводах в диапазоне от 159 до 1200 мм, аттестации и проверки внутритрубных инспекционных приборов, комплексной проверки функционирования всех узлов и систем ультразвуковых и магнитных приборов, проверки соответствия между показаниями приборов и фактическими размерами дефектов при различных скоростях движения снаряда, определения пороговой чувствительности ультразвуковых и магнитных снарядов-дефектоскопов при различных скоростях перемещения их потоком перекачиваемой жидкости, проверки прохождения приборов через различные препятствия (сужения, задвижки, тройники, повороты различного радиуса, сварные кольцевые стыки на подкладных кольцах и т.д.). а также совершенствования программ обучения персонала, проводящего ремонт нефтепроводов, методам дополнительного дефектоскопического контроля, уточнение критериев идентификации дефектов для использования их при обработке данных обследования нефтепроводов.
На кольцевых трубопроводах выполнены различные дефекты в количестве порядка 5000 шт. (продольные и кольцевые трещины на наружных и внутренних поверхностях трубопроводов, потери металла (коррозии), вмятины, сужения и т.д.), которые встречаются на магистральных нефтепроводах.
Работа.
Внутритрубный инспекционный прибор вводят в контролируемый трубопровод через камеру пуска-приемки, а затем потоком перекачиваемого продукта перемещают его в по замкнутому кольцевому трубопроводу с направлением движения по часовой стрелке, с возможностью считывания информации о состоянии трубопровода и накопления информации о ее состоянии в бортовой памяти инспекционного прибора. При этом проводят комплексную проверку функционирования всех узлов и систем приборов, проверку соответствия между показаниями приборов и фактическими размерами дефектов при различных скоростях движения внутритрубного инспекционного прибора.
Во время пропусков поддерживается необходимая скорость движения внутритрубного инспекционного прибора в потоке незамерзающей рабочей жидкости. Скорость внутритрубного инспекционного прибора обеспечивается путем регулирования давления и расхода рабочей жидкости в трубопроводах.
Параметры пропусков внутритрубного инспекционного прибора (ВИЛ) по испытательным трубопроводам полигона соответствуют таблице 1.
Таблица 1
Параметры пропусков ВИП
№ пп
Диаметр трубопровода, мм
Количество пропусков, шт.
Скорость ВИП, м/с
1
159
9
0,5
2
219
9
0,5
3
325
9
0,5
3
0,5
4
530
3
1,0
3
1,5
3
0,5
5
720
3
1,0
3
1,5
6
1067
9
0,8
7
1220
9
0,6
После выполнения задания осуществляют остановку насосной станции, извлекают инспекционный прибор через камеру пуска-приемки, считывают информацию на внешний терминал, а затем на сервер для подготовки данных к интерпретации, расшифровывают, обрабатывают программой обработки данных, анализируют и представляют в виде отчета.
Для определения значения каждой контролируемой характеристики ВИП количество измерений каждого типа контрольных образцов полигона должно быть не менее 15. В случае получения выборки с количеством измерений менее 15 доверительные интервалы не определяются. За интервал изменения погрешности в полученной выборке принимается диапазон от минимального до максимального значения погрешности.
Применение предложенного способа обеспечило аттестацию и проверку внутритрубных инспекционных приборов, комплексную проверку функционирования всех узлов и систем приборов, проверку соответствия между показаниями приборов и фактическими размерами дефектов при различных скоростях движения снаряда (внутритрубного инспекционного прибора).