Магнитная система продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра
FLAW DETECTOR LONGITUDINAL MAGNETIZATION MAGNETIC SYSTEM FOR THE SMALL DIAMETER THICK-WALLED PIPELINES DIAGNOSTICS

Изобретение относится к области неразрушающего контроля технического состояния нефтегазопроводов, нефтепродуктопроводов с помощью внутритрубных магнитных дефектоскопов и касается внутритрубной диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра.
Известна «Магнитная система поперечного намагничивания с фиксированными магнитными модулями для внутритрубного дефектоскопа» (патент RU147368, МПК G01N 27/83, приоритет с 30.06.2014), которая состоит из двух основных и четырех дополнительных поясов магнитных модулей, установленных на двух магнитопроводах, соединенных немагнитной вставкой, при этом каждый магнитный модуль состоит из постоянных магнитов и элементов из ферромагнитного материала, передающих магнитный поток в стенку трубопровода, а соседние в поясе магнитные модули имеют встречное направление магнитного поля в межполюсном пространстве.
Известна «Магнитная система внутритрубного дефектоскопа» (патент RU 2293314, МПК G01N 27/83, приоритет с 03.06.2005), включающая источник постоянного магнитного поля в виде двух постоянных магнитов, расположенных аксиально, обращенные к друг другу полюса которых имеют противоположную полярность, а внешние полюса магнитов соединены с магнитопроводами, включающими со стороны полюсов упомянутых магнитов устройства регулировки напряженности магнитного поля, упомянутые магнитопроводы выполнены в виде дисков, на боковой поверхности которых закреплены щетки с возможностью их механического контакта с внутренней поверхностью исследуемой трубы.
Недостатком указанной выше магнитной системы является то, что в состав конструкции входят щетки, что не позволяет изготовить магнитную систему для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра.
Известно устройство магнитного неразрушающего контроля труб малого диаметра (патент US 5293117, МПК G01N 27/82, G01N 27/72, G01R 33/12, приоритет с 14.05.1992), которое представляет собой детектор магнитного потока для применения с ферромагнитными трубами малого диаметра, использующий второе магнитное поле для ограничения первого магнитного поля. Это устройство содержит две магнитные системы - внутреннюю и наружную.
Внутренняя система создает магнитное поле в стенке трубы. Наружная система концентрирует магнитный поток внутреннего контура. Эффективность действия такой системы зависит от расстояния между магнитопроводами магнитных систем.
Недостатком данного устройства является то, что при очень малых расстояниях между ближайшими полюсами внутреннего и наружного контуров происходит перемагничивание части магнитопровода одного из контуров.
Наиболее близкой к заявленному изобретению является магнитная измерительная система для дефектоскопа с продольным намагничиванием на основе блоков датчиков комбинированных (патент RU 132208, МПК F17D 5/00, приоритет с 30.07.2013), в конструкцию которой входит цилиндрический магнитопровод, на котором между двумя кольцами магнитов противоположной полярности с помощью подвижных кронштейнов закреплено кольцо с блоками датчиков комбинированных, равномерно распределенных по длине окружности кольца. Магнитный поток от магнитов к стенке трубы передается при помощи элементов, передающих магнитный поток от магнитов к стенке трубы, представляющих собой щетки-магнитопроводы, выполненные из ферромагнитного материала.
Недостатком конструкции данной магнитной системы являются ее габаритные размеры, так как длина щеток-магнитопроводов не может быть меньше заданного минимального размера, что не позволяет использовать ее для внутритрубной диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра.
При создании магнитных систем внутритрубных дефектоскопов для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра возникают несколько взаимосвязанных задач:
- создание магнитного потока, который обеспечивает намагниченность трубопровода до состояния технического насыщения, при этом габариты постоянных магнитов, обеспечивающих магнитный поток, могут превышать допустимые размеры, так как ограничены размерами внутреннего диаметра трубопровода;
- передача магнитного потока между магнитами и стенкой трубопровода достигается различными видами магнитопроводов: контактными, такими как стальные щетки, сплошные стальные пластины-башмаки на независимых подвесках, и бесконтактными, например, через воздушный зазор;
- обеспечение прохождения внутритрубным дефектоскопом поворотов и сужений трубопроводов, что достигается подвижными или гибкими элементами магнитной системы, а также зазорами.
Существует несколько решений задач, упомянутых в указанных выше источниках информации:
1. Магнитная система состоит из цельного магнитопровода (обычно цилиндрической формы), на котором закреплены постоянные магниты и щетки из стальной проволоки. Магнитный поток постоянных магнитов замыкается с одной стороны магнитопроводом и щетками, с другой стороны стенкой диагностируемой трубы. Для обеспечения проходимости дефектоскопов щетины щеток делаются длинными и упругими. Недостаток такой системы - высокое магнитное сопротивление щетины щеток, которое ограничивает передаваемый в трубу магнитный поток. Для компенсации этого недостатка используются магниты больших габаритов. Такое решение подходит для трубопроводов большого диаметра.
2. Для трубопроводов малого диаметра применяются бесщеточные магнитные системы, так как в данном случае не удается разместить щетины достаточной длины. В этом случае щетины заменяются сплошными стальными пластинами-башмаками. Проходимость при этом обеспечивается разрезанным на сегменты магнитопроводом. Сегменты подвешиваются с помощью пружин на несущую ось. Каждый сегмент имеет некоторую степень свободы, позволяющую проходить сужения и повороты. Недостаток данного решения заключается в том, что для обеспечения проходимости по трубопроводу необходимо делать большие зазоры между сегментами магнитопровода, что в свою очередь уменьшает площадь сечения магнитопровода.
3. Еще одно решение не использует ни щеток, ни пластин-башмаков для передачи потока в трубу. Поток передается через воздушный зазор, который одновременно служит для прохождения внутритрубным дефектоскопом сужений и поворотов трубопровода. Недостаток данной конструкции в слишком большом магнитном сопротивлении воздушного зазора, что требует увеличения габаритов магнитов. Одновременно с этим появляются большие потери магнитного потока, вызывающие существенную неоднородность магнитного поля в области датчиков. Кроме того, такая конструкция не может обеспечить необходимой величины напряженности поля для толстостенных трубопроводов.
Технический результат заявленного изобретения состоит в создании магнитной системы продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра, конструкция которой уменьшила диаметр магнитной системы и расширила ее эксплуатационные возможности при проведении внутритрубной диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра. Также конструкция магнитной системы обеспечивает прохождение внутритрубным дефектоскопом сужений и поворотов трубопровода.
Технический результат достигается за счет того, что создана магнитная система продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра, которая содержит по крайней мере две несимметричные сегментные магнитные системы, установленные последовательно с угловым смещением относительно продольной оси дефектоскопа и состоящие из разделенного на секторы различного размера магнитопровода, на части секторов которого закреплены сплошные стальные пластины-башмаки для передачи магнитного потока в исследуемую область трубопровода, между которыми размещены блоки датчиков. Угол смещения несимметричных сегментных магнитных систем относительно продольной оси дефектоскопа находится в диапазоне от 1 до 180°.
Стальные пластины-башмаки размещены в одном заданного размера рабочем сегменте магнитопровода, при этом магнитопровод - сегментный, стальные пластины-башмаки установлены на магниты, между стальными пластинами-башмаками размещены блоки датчиков. В остальной части разрезанного на части магнитопровода размещены магниты с увеличенной площадью сечения и сегменты магнитопровода с увеличенным сечением.
В несимметричной сегментной магнитной системе продольного намагничивания магнитный поток к внутренней стенке трубопровода передается от разрезанного на сегменты магнитопровода с помощью сплошных стальных пластин-башмаков и намагничивает только исследуемый сектор трубопровода до состояния технического насыщения.
При этом для проведения внутритрубной диагностики всей окружности трубопровода в составе внутритрубного дефектоскопа используется магнитная система продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра, которая содержит по крайней мере две несимметричные сегментные магнитные системы, установленные последовательно с угловым смещением относительно продольной оси дефектоскопа и состоящие из разделенного на секторы различного размера магнитопровода, на части секторов которого закреплены сплошные стальные пластины-башмаки для передачи магнитного потока в исследуемую область трубопровода, между которыми размещены блоки датчиков. Угол смещения несимметричных сегментных магнитных систем относительно продольной оси дефектоскопа находится в диапазоне от 1 до 180°.
В результате возникает дополнительное повышение напряженности магнитного поля в исследуемом секторе трубопровода с одновременным уменьшением неоднородности магнитного поля по окружности трубопровода.
Магнитная система продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра обеспечивает намагниченность толстостенного трубопровода малого диаметра до состояния технического насыщения. При этом конструкция магнитной системы продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра обеспечивает прохождение внутритрубным дефектоскопом сужений и поворотов трубопровода. Магнитная система продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра эффективно используется для исследования трубопроводов ∅160 мм с толщиной стенки 14 мм.
Для диагностики всех исполнений размеров толстостенных трубопроводов малого диаметра параметры конструкции магнитной системы продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра подбирают в соответствии с толщиной стенки трубопровода и заданным размером диаметра, увеличивают или уменьшают угол смещения несимметричных сегментных магнитных систем относительно продольной оси дефектоскопа.
Заявленное изобретение может быть использовано в конструкции внутритрубных дефектоскопов различных типов: магнитных, комбинированных магнитно-ультразвуковых, комбинированных магнитных, а также в составе как односекционных внутритрубных дефектоскопов, так и многосекционных. Заявленное изобретение можно использовать при установке на секциях внутритрубного дефектоскопа продольного намагничивания, используемых для выявления поперечных дефектов трубопровода и диагностики поперечных сварных швов. При этом конструкция заявленного изобретения обеспечивает прохождение внутритрубным дефектоскопом сужений и поворотов трубопровода.
На фиг. 1 изображен внутритрубный дефектоскоп с установленной на нем магнитной системой продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - первая несимметричная сегментная магнитная система продольного намагничивания;
2 - вторая несимметричная сегментная магнитная система продольного намагничивания, которая повернута относительно первой на 180°;
3 - сплошные стальные пластины-башмаки;
4 - магниты;
5 - блоки датчиков, регистрирующих индукцию магнитного поля магнитопровода;
6 - рабочий сегмент магнитопровода;
7 - сегмент магнитопровода с увеличенным сечением;
8 - магнит с увеличенной площадью сечения;
9 - трубопровод.
На фиг. 2 изображено расчетное распределение по окружности напряженности магнитного поля в стенке трубопровода для симметричной сегментной магнитная система продольного намагничивания и для несимметричной сегментной магнитной системы
На фиг. 2 приняты следующие обозначения:
10 - Распределение по окружности напряженности магнитного поля в стенке трубопровода для магнитной системы продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра;
11 - 0-8 - уровень напряженности магнитного поля в стенке трубопровода.
В заявленной магнитной системе продольного намагничивания дефектоскопа для диагностики толстостенных трубопроводов малого диаметра магнитный поток 10 (фиг. 2) передается с помощью стальных пластин-башмаков 3 (фиг. 1), которые размещены в одном заданного размера рабочем сегменте магнитопровода, при этом магнитопровод в заявленной магнитной системе сегментный. При этом башмаки установлены на магниты 4 (фиг. 1). Между стальными пластинами-башмаками 3 (фиг. 1) размещены блоки датчиков 5 (фиг. 1). В остальной части разрезанного на части магнитопровода размещены магниты с увеличенной площадью сечения 8 (фиг. 1) и сегменты магнитопровода с увеличенным сечением 7 (фиг. 1). Заявленная магнитная система состоит по крайней мере из двух несимметричных сегментных магнитных систем продольного намагничивания 1 и 2 (фиг. 1), развернутых относительно друг друга на угол 180° и установленных последовательно, что позволяет проводить диагностику трубопровода 9 (фиг. 1) по всей окружности.