Устройство для магнитометрической диагностики наземных трубопроводов и емкостей без удаления изоляционного покрытия
DEVICE FOR MAGNETOMETRIC DIAGNOSTICS OF GROUND PIPELINES AND TANKS WITHOUT REMOVAL OF INSULATING COATING

Устройство относится к исследованиям покрытых поверхностей, например, для магнитной диагностики стальных трубопроводов без удаления изоляционного покрытия.
Предлагаемое техническое решение относится к устройствам магнитной диагностики наземных трубопроводов промышленных площадок, трубопроводов наземных коммунальных сетей, теплотрасс, а также, подземных трубопроводов в шурфах, вне зависимости от диаметра трубопровода.
Известен магнитный дефектоскоп, содержащий разъемную раму, состоящую из основания и двух полурам, снабженных шарнирами. Рама контактирует с поверхностью трубопровода приводными колесами, связанными с мотор-редуктором продольного движения, опорными и прижимными колесами и роликовыми опорами. Два магнитных модуля с блоками датчиков магнитного поля, один из которых намагничивает стенку трубопровода в продольном направлении, а другой - в поперечном, закреплены через подвесы на зубчатом кольце, состоящем из двух полуколец, соединенных петлевым узлом. Кольцо установлено на роликовых опорах рамы и соединено с мотор-редуктором привода окружного движения. На раме установлены одометр продольного движения, энергетическая установка, электрически соединенные с блоком управления приводами продольного и окружного движения. На зубчатом кольце установлены одометр окружного движения, блок накопления информации, соединенный с датчиками магнитного поля и одометрами, и блок питания (см., патент RU 2295721 G01N 1/00).
Недостатком данного технического решения является большая масса оборудования, необходимость иметь сменные рамы для трубопроводов различных диаметров, большое энергопотребление, связанное с необходимостью предварительного намагничивания металла.
Известен магнитный дефектоскоп цилиндрических объектов (а.с. SU 1161859, G01N 1/00), содержащий намагничивающую систему, измерительные преобразователи (датчики), блок регистрации, и тележку, выполненную в виде самоходного шасси. В данном устройстве устанавливают дефектоскоп на контролируемую поверхность, ориентируют его вдоль заданного направления, устанавливают заданное значение зазора между полюсом намагничивающей системы и контролируемой поверхностью, перемещают дефектоскоп по контролируемой поверхности и регистрируют потоки рассеяния магнитного поля от дефектов с помощью измерительного преобразователя.
Этот дефектоскоп обладает большой массой, вследствие чего имеет неустойчивое положение опор. Также, производить диагностику наземных трубопроводов промышленных площадок, имеющих небольшие радиусы изгиба, а также при наличии близкорасположенных конструкций, невозможно.
Известно устройство для бесконтактной диагностики стальных трубопроводов, содержащее, по крайней мере, два датчика идентичных датчика для измерения магнитного поля, устанавливаемые на расстоянии от 1 до 10000 м. друг от друга на оси трубопровода, средство синхронизации датчиков, средство для записи изменения напряженности магнитного поля, вызванного блуждающими токами, и средство обработки данных. Недостатком данного устройства является невозможность точной локализации дефекта, поскольку будет известно только то, что дефект находится где-то между двумя датчиками магнитного поля (см., патент RU 2506581, G01N 1/00).
Известно устройство для наружного неразрушающего контроля стенок труб (обнаружение дефектов, потери металла, растрескивание в стенках труб) непосредственно во время проведения ремонтных работ при замене изоляции трубопровода. Устройство содержит магнитную поисковую систему, в которую входит подпружиненный блок преобразователей с измеряющими датчиками, которые измеряют магнитное поле рассеяния над поверхностью исследуемого объекта, блок намагничивания, блок электроники и транспортирующие элементы. Кроме того, магнитная поисковая система имеет устройство блокирования магнитного поля, что позволяет без затруднения снять дефектоскоп с исследуемого объекта после окончания работ. В блок преобразователей входит двухкоординатные энкодеры, которые конструктивно изготовлены единым узлом с блоком преобразователей и подпружиненной подвеской, (см., а.с. SU 2563601).
Недостатком данного устройства является возможность работать только при полностью снятой изоляции трубопровода при проведении ремонтных работ, что ограничивает область применения устройства, а также, в необходимости осуществлять предварительное намагничивание контролируемой поверхности, что значительно повышает энергопотребление, массу и габариты устройства.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату является устройство для вихретоковой магнитной дефектоскопии ферромагнитных объектов для выявления дефектов в поверхностных и подповерхностных объектах. Устройство содержит источник постоянного магнитного поля, линейку вихретоковых преобразователей между его полюсами, параллельную полюсам, и узел регулировки намагничивающего постоянного поля. Узел регулировки выполнен в виде рамы и подрамника, соединенных с возможностью поворота относительно оси вращения, направленной вдоль одной из сторон рамы и перпендикулярной линейке преобразователей, а, также, фиксаторов подрамника относительно рамы с заданным углом между их плоскостями. Система обеспечивает создание магнитного поля монотонно изменяющегося вдоль линейки преобразователей. Недостатком данного устройства является необходимость в предварительном намагничивании контролируемой поверхности и зачистки поверхности от изоляционного покрытия. Вихретоковые преобразователи магнитного поля реагируют только на трещиноподобные дефекты, и с большими потерями чувствительности на коррозионные дефекты, и совсем не реагируют на иные концентраторы напряжений, связанные с расслоениями металла, вмятины, гофры и т.п. (см., a.c. SU 2566416).
Техническим результатом изобретения является повышение точности диагностики, расширение области применения, значительное снижение габаритов и энергопотребления устройства, повышение производительности оборудования, а, также, возможность сплошного (непрерывного) контроля трубопроводов без снятия теплоизоляционного покрытия толщиной до 150 мм.
Сущность изобретения состоит в использовании линейно расположенных датчиков магнитного поля магниторезистивного типа с шагом 2,5 см, причем, в одной секции устройства расположено 16 датчиков, с возможностью увеличения полосы охвата с помощью пристыковки необходимого количества секций (до 4-х). Рабочее положение устройства - параллельно образующей трубопровода, при этом устройство перемещается по окружности, что позволяет использовать устройство на трубопроводах любых диаметров без трансформации системы. Данные передаются на блок памяти и отображения информации с помощью системы беспроводной связи, что исключает наличие кабелей. Собранная информация отображается на устройстве отображения информации в виде цветовой картины, на которой каждому цвету соответствует определенный уровень намагниченности поверхности трубопровода.
Новизна данного технического решения состоит в применении высокочувствительных магниторезистивных преобразователей магнитного поля, позволяющих производить контроль поверхности без предварительного намагничивания и снятия изоляционного покрытия; в представлении данных не в виде магнитограммы по каждому датчику, затрудняющего общее представление о распределении магнитного поля по контролируемой поверхности, а в виде цветной картины, на которой каждому цвету соответствует определенная величина намагниченности поверхности; в возможности наращивания ширины полосы охвата путем пристыковки дополнительных измерительных блоков; в возможности контроля трубопроводов и резервуаров любых диаметров без адаптации измерительной системы; в применении беспроводной связи между измерительным блоком датчиков магнитного поля с блоком отображения и хранения информации, что значительно облегчает производство полевых работ.
Изобретение иллюстрируют чертежи.
На фигуре 1 изображена блок-схема устройства, где:
1 - датчик магнитного поля;
2 - усилитель;
3 - фильтр низких частот;
4 - АЦП;
5 - контроллер;
6 - блок беспроводной связи;
7 - устройство отображения информации;
8 - блок памяти.
На фигуре 2 показана картина распределения магнитного поля поверхности трубопровода на участке 50×50 см. Виден продольный шов и области повышенной намагниченности, связанные с язвенной коррозией более 50% толщины стенки в околошовной зоне.
На фигуре 3 показан вид измерительного блока устройства (блок датчиков магнитного поля).
На фигуре 4 показана схема расположения блока датчиков на поверхности контролируемого трубопровода, где:
9 - трубопровод с теплоизоляционным покрытием;
10 - блок датчиков магнитного поля;
11 - ширина полосы захвата;
12 - теплоизоляция;
13 - направление движения при контроле поверхности.
Устройство работает следующим образом.
Устройство содержит идентичных 16 каналов измерения магнитного поля.
Каждый канал устроен следующим образом.
В качестве первичного датчика (преобразователя) магнитного поля (1) использован магниторезистивный измеритель индукции магнитного поля Honeywell НМС 1053. Сигнал с датчика магнитного поля поступает на усилитель (2), выполненный на базе микросхемы AD 8642, затем на LC-фильтр низких частот (3), предназначенный для повышения помехоустойчивости устройства при работе в условиях сильного электромагнитного фона промышленных площадок, после чего отфильтрованный сигнал поступает на АЦП (4), в качестве которого используется микросхема ADS 1115, с выхода которого сигнал поступает на вход контроллера (5) типа Atmega 326Р, с выхода которого сигнал поступает на устройство (6) беспроводной связи типа НС-06, с выхода которого сигнал поступает на устройство отображения информации (7) LM 4228 и блок памяти (8) КНПС. 467669.01.
Конструкция устройства такова.
Датчики магнитного поля, установленные линейно друг за другом с шагом 2,5 см, перпендикулярно направлению движения антенного блока по контролируемой поверхности, воспринимают магнитное поле поверхности, в результате чего на экране устройства отображения информации отображается картина распределения магнитного поля поверхности.