Способ комплексного наземного бесконтактного технического диагностирования подземного трубопровода
METHOD FOR INTEGRATED CONTACTLESS GROUND TECHNICAL DIAGNOSTICS OF UNDERGROUND PIPELINES

Изобретение относится к области обеспечения промышленной безопасности опасных производственных объектов.
Известен способ обнаружения нарушений изоляционного покрытия, разработанный Д. Пирсоном в 40-х годах (см. Глазков В.И. Электрический метод нахождения сквозных повреждений в изоляционных покрытиях действующих магистральных трубопроводов, «Защита металлов», 1965, №2, с. 21).
Согласно способу Д. Пирсона через трубопровод пропускают переменный ток, источник переменного тока (генератор) соединяют с испытательным выводом системы катодной защиты (контрольно-измерительным пунктом) и заземляющим электродом. В случае наличия дефектов изоляционного покрытия на контролируемом участке между трубопроводом и заземляющим электродом возникает падение напряжения, которое измеряют вольтметром. Описанный способ используют в измерителях повреждения изоляции (ИПИ). По мере приближения к дефектному участку и соответственно возрастанию падения напряжения в наушниках прибора возникает звуковой сигнал, максимум которого приходится на максимум падения напряжения и приблизительно совпадает с проекцией дефекта на земную поверхность. После прохождения зоны дефектного участка сигнал постепенно затухает.
К недостаткам известного способа относятся:
- затруднение в определении местоположения дефектного участка и оценке размера нарушения изоляционного покрытия вследствие невозможности точного определения глубины залегания трубопровода;
- при обработке результатов наблюдений не предусмотрен учет важных параметров: глубины залегания трубопровода, силы тока в трубопроводе, фоновых составляющих электромагнитного поля, влияющих на величину измеряемых способом величин;
- достоверность результатов, полученных способом Д. Пирсона, во многом зависит от квалификации оператора, выполняющего обследование;
- низкая чувствительность к мелким дефектам изоляционного покрытия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ диагностирования подземного трубопровода, заключающийся в том, что определяют точное местоположение оси трубопровода и затем с помощью подключенных к измерительному прибору двух электродов сравнения, которые размещают на грунте один над трубопроводом, а второй на расстоянии от него, определяют местоположение нарушений изоляционного покрытия трубопровода (см. патент US №4611175, кл. G01N 27/42, 09.09.1986).
Недостатком данного способа является невозможность выявления мест отслоений изоляционного покрытия, что не позволяет оценить «характер» подпленочной коррозии.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.
Технический результат заключается в повышении достоверности оценки и прогноза технического состояния подземного трубопровода за счет более точного определения местоположения, размеров и степени опасности нарушений изоляционного покрытия и зон концентрации механических напряжений.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что способ комплексного наземного бесконтактного технического диагностирования подземного трубопровода заключается в том, что вначале определяют точное местоположение оси трубопровода с помощью трассопоискового комплекса, затем определяют местоположение нарушений изоляционного покрытия трубопровода, размещая попарно четыре медносульфатных электрода сравнения на грунте, причем в продольном направлении электроды сравнения устанавливают попарно вдоль оси трубопровода на расстоянии 7 м и в поперечном два электрода сравнения устанавливают на грунте непосредственно над осью трубопровода, а два других - на расстоянии около 10 м от оси трубопровода в перпендикулярном от нее направлении, при этом, приближаясь к дефекту изоляционного покрытия, наблюдают на измерительном приборе за пульсирующими значениями градиента напряжения постоянного тока и потенциалов «труба-земля», синхронными с тактом прерывателя постоянного тока, по которым определяют местоположение эпицентра дефекта изоляционного покрытия, в котором продольный градиент напряжения равен нулю, а поперечный градиент напряжения принимает максимальное значение, после этого проводят измерения сопротивления грунта вдоль подземного трубопровода, исследование подземного трубопровода методом магнитной томографии и в завершение по данным наземного обследования в наиболее опасных зонах проводят контрольное шурфование и по полученным результатам определяют комплексный показатель технического состояния трубопровода p, на основе которого принимается решение об условиях дальнейшей эксплуатации трубопровода, при этом показатель технического состояния трубопровода р определяют по формуле
t
ш
ш
σ
p
p
p=1-(1-р)⋅(1-ν⋅р)⋅(1-р)⋅(1-ν⋅р),
где
t
p - показатель технического состояния труб и соединительных деталей;
ш
ν - весовой коэффициент, равный 0,5;
ш
р - показатель технического состояния сварных соединений;
σ
р - показатель непроектного положения оси трубопровода;
p
ν - весовой коэффициент, равный 0,3;
р
р - показатель технического состояния защитного покрытия.
В ходе проведенных исследований была выявлена возможность повышения достоверности результатов технического диагностирования и эффективности управления техническим состоянием трубопроводов, особенно неприспособленных к внутритрубному диагностированию (ВТД). Описанный выше способ позволил создать технологию комплексного обследования, которая позволит более обосновано назначать места для шурфования и ремонта, где ранее сделать это было крайне затруднительно в силу недостаточности и/или низкой достоверности диагностических данных.
В конечном итоге представляется возможным:
- провести оценку и коррозионный прогноз состояния металла трубы, оценку напряженно-деформированного состояния, оценку состояния изоляционного покрытия и защищенности средствами электрохимической защиты трубопровода за один «проход»;
- выполнить обследование при идентичных условиях (влажность грунта, выходной ток средств коррозионной защиты);
- позиционировать измерения в единой системе координат (отсутствие проблемы взаимной координатной привязки);
- обеспечить высокую производительность (до 10 км в день) диагностирования подземных трубопроводов при увеличенной интенсивности измерений (шаг измерений составляет менее 1 м; для близких по технической сущности к заявляемому изобретению способов - от 3 до 5 м);
- повысить достоверность обнаружения и классификации дефектов металла трубы в местах повреждений изоляционного покрытия.
На фиг. 1 схематически показано обнаружение дефектов изоляционного покрытия с помощью электродов сравнения при их положении в продольном (а) и поперечном (б) направлениях с указанием позиции эпицентра дефекта изоляционного покрытия.
На фиг. 2 показана схема произведения измерений описываемым способом технического диагностирования подземного трубопровода бригадой в составе из 5 человек, при которой задействовано два человека (Оператор 2, Оператор 3) с использованием четырех электродов сравнения, расположенных вдоль трубопровода на расстоянии 7 м друг от друга. Проведенные исследования показали, что расстояние между операторами в 7 м обеспечивает захват более 95% градиента напряжения, связанного с дефектом изоляционного покрытия с размером более 100 мм в диаметре. Вначале вдоль трубопровода движется Оператор 1 с трассопоисковым комплексом. Оператор 1 определяет пространственное положение оси подземного трубопровода и выполняет измерение глубины его залегания. Затем, передвигаясь синхронно с Оператором 2 вдоль трубопровода с шагом менее 1 м, Оператор 3 регистрирует продольный градиент в измерительной цепи «ЭС 1 - ЭС 3» и «ЭС 2 – ЭС 4» при включенных и выключенных средствах электрохимической защиты. При обнаружении дефекта изоляционного покрытия, Оператор 3 сигнализирует об этом Оператору 2, после чего тот перемещается из положения 1 в положение 2, как это показано на фиг. 2. В положении 2 операторы локализуют эпицентр дефекта изоляционного покрытия, выполняют измерения поперечного градиента до «удаленной земли» и потенциала «труба-земля» в эпицентре дефекта изоляционного покрытия при включенных и отключенных средствах электрохимической защиты. За ними движется Оператор 4, который выполняет измерения удельного электрического сопротивления грунта вдоль оси подземного трубопровода. Последний задействованный оператор 5 проводит исследование подземного трубопровода методом магнитной томографии.
Таким образом, бригадой из пяти человек реализуется способ комплексного наземного бесконтактного технического диагностирования подземного трубопровода, заключающийся в том, что вначале определяют точное местоположение оси трубопровода с помощью трассопоискового комплекса, затем определяют местоположение нарушений изоляционного покрытия трубопровода, размещая попарно четыре медносульфатных электрода сравнения на грунте, в продольном направлении электроды сравнения устанавливаются попарно вдоль оси трубопровода на расстоянии 7 м и в поперечном два электрода сравнения устанавливаются на грунте непосредственно над осью трубопровода, а два других - на расстоянии около 10 м от оси трубопровода в перпендикулярном от нее направлении и, приближаясь к дефекту изоляционного покрытия, наблюдают на измерительном приборе за пульсирующими значениями градиента напряжения постоянного тока и потенциалов «труба-земля», синхронными с тактом прерывателя постоянного тока, по которым определяют местоположение эпицентра дефекта изоляционного покрытия, в котором продольный градиент напряжения равен нулю, а поперечный градиент напряжения принимает максимальное значение, после этого проводят измерения сопротивления грунта вдоль подземного трубопровода (в т.ч. в выявленных эпицентрах дефектов изоляционного покрытия) и исследование подземного трубопровода методом магнитной томографии (бесконтактной магнитометрии), в завершение по данным наземного обследования в наиболее опасных зонах проводят контрольное шурфование и по полученным результатам определяют комплексный показатель технического состояния трубопровода р, на основе которого принимается решение об условиях дальнейшей эксплуатации трубопровода, при этом показатель технического состояния трубопровода р определяют по формуле
t
ш
ш
σ
p
p
p=1-(1-р)⋅(1-ν⋅р)⋅(1-р)⋅(1-ν⋅р),
где
t
p - показатель технического состояния труб и соединительных деталей;
ш
ν - весовой коэффициент, равный 0,5;
ш
р - показатель технического состояния сварных соединений;
σ
р - показатель непроектного положения оси трубопровода;
p
ν - весовой коэффициент, равный 0,3;
р
р - показатель технического состояния защитного покрытия.
t
При этом показатель р, учитывающий техническое состояние труб и СДТ газопровода-отвода, вычисляют по формуле
∂
где N - количество, штук, обследованных в шурфах труб, имеющих один из следующих признаков: коррозионные дефекты относительной глубиной более 20% толщины стенки трубы, стресс-коррозионные дефекты любой глубины; дефекты, недопустимые в соответствии с техническими условиями завода-изготовителя, дефекты геометрии сечения (вмятины, гофры, овальность сечения), подлежащие в соответствии с Рекомендациями удалению, механические повреждения, подлежащие удалению;
N - общее количество обследованных в шурфах труб, штук.
ш
Показатель р, учитывающий состояние кольцевых сварных соединений, вычисляют по формуле
∂
где K - количество обследованных в шурфах кольцевых сварных соединений, признанных дефектными, штук;
К - общее количество обследованных в шурфах кольцевых сварных соединений, штук.
σ
Показатель непроектного положения оси трубопровода р вычисляют но формуле
0
где L - суммарная протяженность участков газопровода, характеризуемых недостаточным заглублением или всплытием, выпучиванием, провисанием, размывом, наличием оползня, км;
m
L - протяженность газопровода, км.
р
Показатель технического состояния защитного покрытия рвычисляют по формуле
∂
где L - суммарная протяженность участков газопровода, на которых состояние защитного покрытия нарушено, км;
L - протяженность газопровода, км.
Рекомендуемые мероприятия по поддержанию работоспособного технического состояния участка трубопровода
Таким образом, показатель технического состояния трубопровода p позволяет в целом оценить техническое состояние трубопровода.
Как результат, достигнуто повышение достоверности результатов технического диагностирования и эффективности управления техническим состоянием и целостностью трубопроводов, не приспособленных к внутритрубному диагностированию.