Исследование эффективности выявляемости дефектов магистральных газопроводов при вариации параметров работы внутритрубных магнитных дефектоскопов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат наук Уланов Валерий Владимирович

• Уланов Валерий Владимирович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Уланов Валерий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

1.1 Характеристика объекта и задач диагностирования магистрального газопровода

1.2 Технологии, методы и системы НК и ТД газопроводов

1.3 Устройство магнитного дефектоскопа

Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. СТАНОВЛЕНИЕ ОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ В СТЕНКЕ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

2.1 Магнитное поле. Магнитные свойства вещества

2.2 Влияние марки стали на измерение магнитного поля в стенке трубопровода

2.3 Постановка и формализация задачи определения оптимальной скорости контроля магистрального трубопровода

2.4 Решение задачи определения оптимальной скорости контроля магистрального трубопровода

2.5 Анализ решения задачи

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДЕФЕКТОСКОПОВ

3.1 Обзор требуемых значений скорости газа, ВТУ и давления в МГ

3.2 Обзор разработок регуляторов скорости

3.3 Анализ местных сопротивлений

3.4 Постановка задачи исследования параметров систем активного регулирования скорости магнитных дефектоскопов, влияющих на скорость магнитного дефектоскопа

3.5 Решение задачи определения параметров систем активного регулирования скорости магнитных дефектоскопов, влияющих на скорость магнитного дефектоскопа

3.6 Рекомендации к конструкции систем активного регулирования скорости магнитных дефектоскопов для достижения требуемой скорости

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ МАГНИТНОГО ДЕФЕКТОСКОПА НА СТАНОВЛЕНИЕ ОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

В СТЕНКЕ ТРУБОПРОВОДА И ВЫЯВЛЯЕМОСТЬ ДЕФЕКТОВ

4.1 Метод рассеяния магнитного потока(MFL)

4.2 Реализация метода рассеяния магнитного потока

4.3 Условия проведения дефектоскопического обследования

4.4 Чувствительность в магнитных методах дефектоскопии к глубинным дефектам

4.5 Влияние скорости движения магнитного дефектоскопа на выявляемость дефектов

Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена проблематике выявляемости дефектов стенки магистральных трубопроводов внутритрубными магнитными дефектоскопами с устройствами активного регулирования их скорости. Приведен анализ существующих устройств регулирования скорости внутритрубных диагностических снарядов. Проведен расчет времени становления магнитного поля в стенке участка магистрального газопровода и, как следствие, расчет потери давления при пропуске снаряда в рамках внутритрубного диагностирования [101,102]. Даны рекомендации касаемо оптимальных параметров конструкции устройств автоматического регулирования скорости магнитных дефектоскопов для достижения больших результатов гашения скорости.

Высокая надёжность газотранспортной системы страны является одним из основных факторов для повышения экономических показателей любого государства, в котором имеются такие системы. Работа линейной части без аварийных ситуаций и отказов обеспечивается благодаря регулярной внутритрубной дефектоскопии (ВТД) трубопроводов для выявления дефектов стенок трубопроводов. Данные, которые получены по результатам внутритрубной диагностики, анализируются и исследуются на предмет выявления причин образования дефектов в стенке трубопровода и определения взаимосвязи между различными факторами, которые влияют на их распространение и природу образования. Информация, полученная в результате ВТД, имеет высокую ценность для совершенствования трубопроводов и расшифровки полученных данных на всех уровнях: выбор изоляции, трубное производство, выбор способа прокладки трубопровода и др. [59, 108].

До 1986 года дефектоскопия магистральных газопроводов практически отсутствовала. Однако к началу девяностых годов этот вопрос стал наиболее

актуальным и дефекты общего характера, которые начали себя проявлять, способствовали этому. Уже в то время, когда внутритрубная дефектоскопия начала выходить на промышленный уровень, основным вопросом стало обнаружение дефектов типа стресс-коррозии. Когда работа в области разработок внутритрубных дефектоскопов достигла такого уровня, что дефектоскопы стали способны выявлять стресс-коррозионные дефекты, количество аварий из-за дефектов данного типа значительно сократилось. С течением времени также увеличивались вычислительные мощности, что неизбежно привело к повышению качественных показателей ВТД за счет того, что было увеличено количество датчиков на ВТУ (внутритрубных устройствах), а также уменьшен шаг опроса датчиков. Развиваясь таким темпом уже за пару десятков лет сформировалась новая отрасль -внутритрубная неразрушающая диагностика, задачей которой является повышение надежности ГТС (газотранспортной системы) России (Рисунок 1), которая включает в себя порядка 172,1 тысяч километров трубопроводов [68].

Таблица 1 - Поступивший и распределенный газ, перекаченный ГТС «Газпром» по всей территории России, млрд. куб. м

За год, закончившийся 31 декабря

2014

Поступление в газотранспортную систему (ГТС)

Поступление в ГТС, в том числе: 588,7 574,2 573,8 623,1 638,7

центральноазиатский газ 26,4 20,0 18,0 20,8 17,7

азербайджанский газ 0,2 — — — —

Отбор газа из ПХГ России и Латвии 32,7 24,3 44,9 45,7 52,0

Сокращение запаса газа в ГТС 6,1 4,1 3,9 3,3 2,4

Всего 627,5 602,6 622,6 672,1 693,1

Распределение из ГТС

Поставка внутри России, в том числе: 356,5 342,3 351,7 354,0 364,7

центральноазиатский газ — — — — —

Поставка за пределы России, в том числе: 196,2 196,8 209,4 232,4 234,8

центральноазиатский газ 26,4 20,0 18,0 20,7 17,7

азербайджанский газ 0,2 — — — —

Закачка газа в ПХГ России 35,1 27,1 24,7 44,2 49,4

Собственные технологические нужды ГТС и ПХГ 33,2 33,2 32,3 37,8 40,6

Увеличение запаса газа в ГТС 6,5 4,1 4,5 3,7 3,6

Всего 627,5 602,6 622,6 672,1 693,1

Рисунок 1 - Система газоснабжения РФ

Как известно, существенным недостатком всех известных внутритрубных дефектоскопов является одинаковая с транспортируемым продуктом скорость, что приводит к перекрытию всего "живого" сечения трубопровода дефектоскопами-снарядами. Это обстоятельство не сильно существенно при проведении ВТД в нефтепроводах, где скорость перекачиваемого продукта лежит в пределах примерно 1,5-2 м/с, но, при проведении внутритрубной диагностики магистральных газопроводов, скорость транспортируемого газа в пределах около 8-15 м/с.

Исследования в области методов неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики (ТД) ведутся в следующих организациях:

• ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр»

• ИМАШ РАН, ОАО «ВНИИГАЗ»

• МГТУ им. Н.Э. Баумана

• ОАО ЦТД «ДИАСКАН»

• Институт физики металлов и Институт машиноведения Уро РАН (г.

Екатеринбург)

• Физико-технический институт РАН (г. Ижевск)

• Институт нефти и газа (г. Ивано-Франковск)

• Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины (г. Киев)

• ИНК ТПУ (г. Томск)

• ООО «ИНТРОН+» (г. Москва)

Как показывает опыт, наиболее эффективным методом выявления дефектов МГ является внутритрубная дефектоскопия ввиду того, что используя данный метод, может быть осуществлена диагностика трубопроводов большой длины за один "прогон" снаряда [64, 21, 44, 38]. Следует иметь ввиду, что достоверность внутритрубной дефектоскопии отличается от наружной, к которой относят ультразвуковой метод, магнитнопорошковый, полуавтоматическое наружное сканирование и др. [24]. Поэтому наружные методы используются только для подтверждения результатов, полученных при ВТД, и для работ при замене изоляции трубы. Для дальнейшего увеличения надежности ГТС (газотранспортной сети) России требуется повышение именно достоверности внутритрубной дефектоскопии, т.к. этот метод зарекомендовал себя как наиболее приемлемый. Но также на данный момент существуют факторы, которые не дают развиваться магнитной дефектоскопии в полной мере - выход значения скорости дефектоскопа за рамки допустимого диапазона скоростей, что приводит неполному промагничиванию стенки трубопровода, низкой достоверности полученных данных и низкой выявляемости дефектов.

Как известно, методы диагностирования подразделяются на разрушающий контроль и неразрушающий [31, 32, 36, 51-54] Например, предпусковые и периодические гидравлические испытания, а также испытания образцов металлов, вырезанных из контролируемых объектов, являются разрушающими методами. При неразрушающем контроле применяют методы контроля качества, которые не влияют на работоспособность контролируемого объекта. Рассматривая неразрушающие методы, следует отметить, что они разделяются на пассивные и активные. Активными являются методы, используя которые производится замер изменения возбуждаемого физического поля, а пассивные методы используют непосредственно свойства самого физического поля, которое возбуждается самим диагностируемым объектом. Активными методами являются: визуальноизмерительный контроль (ВИК), ультразвуковой метод, магнитный метод, вихретоковый метод и электрический метод [7, 26, 27]. Пассивные методы: тепловизионный, виброакустический, акустической эмиссии [30]. ВИК применяется для обнаружения таких дефектов, как трещины, свищи, пористые структуры наружной поверхности шва, подрезы, наплывы, поджоги, несоответствия формы и размера шва требованиям технической документации и др.

Если говорить о ручных методах, то для обнаружения дефектов внутри металла и сварных соединений трубопроводов обычно применяются радиационный и ультразвуковые методы контроля, реже - магнитный.

На сегодняшний день для обеспечения высокой достоверности обнаружения дефектов металла газопроводов скорость диагностического снаряда в трубопроводе должна находиться в определенных интервалах [75-78, 96, 101, 104].

Раньше необходимая скорость снаряда в газопроводе обычно регулировалась скоростью потока перекачиваемого газа диспетчером на соответствующей компрессорной станции (КС), которая, в свою очередь, ограничивается необходимостью подачи газа конечному потребителю. Ввиду этого не всегда имеется возможность создать необходимую скорость для пропуска снаряда в трубопроводе для достижения достаточной достоверности диагностики.

Оснащение ВТУ (внутритрубных устройств) устройствами автоматического регулирования скорости движения (УАРСД) позволяет решить проблему поддержания необходимой скорости дефектоскопа по трубопроводу [78, 101, 104]. Так как были отмечены преимущества проведения диагностики с УАРСД, уже в начале 2000-х годов все устройства и комплексы ВТД, которые когда-либо использовали на МГ, которые разрабатывались вновь и модернизировались силами ЗАО "НПО Спектр", начали снабжать УАРСД, а именно байпасными т.е. перепускающими газ устройствами. Это становится понятно, т.к. внутритрубный дефектоскоп имеет возможность автоматически регулировать свою скорость с помощью УАРСД и практически постоянно удерживать необходимую для достоверного получения достоверных данных от диагностирования о состоянии стенок магистрального трубопровода без какого-либо вмешательства в процесс перекачки газа и проведения внутритрубной диагностики.

Подгорбунских А.М. и Лоскутов В.Е. в 2008 году в журнале Дефектоскопия описали преимущество систем автоматического регулирования скорости дефектоскопов акцентируя внимание на том, что компания, на тот момент еще ОАО "Газпром", довольно быстро положительно оценила первые диагностические снаряды снаряженные УАРСД и, как следствие, для каждого последующего диагностирования начала подавать заявки на проведение дефектоскопии с обязательным требованием - оснащаться дефектоскопы перепускными (байпасными) устройствами даже в тех случаях, когда не было необходимости в использовании УАРСД [75-78, 96, 101, 104].

Общей концепцией управления техническим состоянием и целостностью линейной части и площадных объектов ПАО "Газпром" являлось обеспечение надежности Единой ГТС России при ее эксплуатации с гарантией поставок газа всем своим многочисленным потребителям и при этом сохранять минимальные затраты [18].

Ввиду того, что с 1992 года в ОАО "Газпром" осуществлялись плановые работы по диагностированию магистральных газопроводов с применением внутритрубных снарядов-дефектоскопов, которые позволяют выявить дефекты и

повреждения стенок газопроводов, природа которых, либо коррозионная, либо механического воздействия, что потребовало плана и организации ремонта на совершенно новой основе. Следует отметить, что если в 90-х годах выявлялись около 22 дефектов на 100 км, которые требовали ремонта или вырезки, а уже с 2000-х годов количество дефектов того же качества составляло около 40 дефектов на 100 км [33].

Помимо всего прочего имеет место тот факт, что газотранспортная система устаревает и, как следствие, выдвигаются ряд новых требований к разработке методологии оптимизации и сроков вывода газопроводов в ремонт и к пересмотру методов и средств для проведения ремонта [18].

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование эффективности выявляемости дефектов магистральных газопроводов при вариации параметров работы внутритрубных магнитных дефектоскопов»

Актуальность темы исследования

Опыт эксплуатации магистральных трубопроводов показывает, что их надежность во многом определяется достоверностью внутритрубного контроля. Пропуск дефектов, неверное определение размеров дефектов и недооценка опасности дефекта могут приводить к ошибкам в определении сроков и методов проведения ремонта, а также определения остаточного ресурса трубопровода при его эксплуатации и, как следствие, к авариям. В связи с этим повышение чувствительности внутритрубной дефектоскопии и выявляемости дефектов является актуальной проблемой и на сегодняшний день.

Оценка остаточного ресурса трубопровода - одна из основных задач при его эксплуатации. Механические повреждения, коррозия и КРН (коррозионное растрескивание под напряжением) - одни из часто вчтречающихся факторов, которые влияют на безаварийную работу нефте- и газопроводов. Существуют различия в проявлениях и частоте перечисленных факторов в зависимости от транспортируемого продукта, способа прокладки трубопровода и условий внешней среды. При этом коррозия и коррозия под напряжением не ограничиваются одним типом трубопровода, опыт эксплуатации газо- и нефтепроводов показывает, что она в основном представляет угрозу именно для газопроводов [47]. Такая же ситуация и с внешней коррозией, а именно капельки конденсированного газа,

приводящие к точечной коррозии и представляющие значительный риск для газопроводов [6, 19, 33, 34, 67, 108]. Усугубляет ситуацию и характер движения диагностического снаряда по трубопроводу [130]. В частности, учитывая скорость его движения, пропуск снаряда требует специализированных конфигураций инструмента, чтобы учесть конкретные условия потока и давления в трубопроводе.

Степень разработанности темы исследования

В настоящее время существует ряд технических средств (дефектоскопы, профилемеры, комбинированные и др.) и методов (магнитный, ультразвуковой) внутритрубного неразрушающего контроля, в область развития которого наиболее весомый вклад внесли Алешин Н.П., Вавилов В.П., Велиюлин И.И., Горкунов Э.С., Гурвич А.К., Ермолов И.Н, Клюев В.В., Махутов Н.А., Потапов А.И., Самокрутов

A.А., Соколов С.Я., Сухоруков В.В., Шевалдыкин В.Г., Щербинин В.Е., Щербинский В.Г. и др.

Важные исследования методов и технологий неразрушающего контроля трубопроводов выполнены Алимовым С.В., Бородавкиным П.П., Будзуляком Б.В., Василевичем А.В., Гиллером Г.А., Гриценко А.И., Иванцовым О.М., Канайкиным

B.А., Коваленко А.Н., Петровым С.В., Салюковым В.В., Стекловым О.И., Халилеевым П.А., Харионовским В.В. и др.

Однако, на текущий момент имеется проблема регулирования скорости магнитных дефектоскопов в толстостенных магистральных газопроводах и, как следствие, получаем недостаточную глубину становления однородного магнитного поля и низкий коэффициент гашения скорости дефектоскопа.

Целью работы является проведение исследования по обоснованию оптимальной скорости магнитных дефектоскопов и разработка методики оценки конструкции существующих магнитных дефектоскопов на предмет их способности обеспечивать необходимый диапазон скорости движения внутри трубопровода для обеспечения становления однородного магнитного поля в стенке трубопровода по всей ее толщине и, как следствие, повышения эффективности внутритрубной

диагностики магистральных газопроводов и выявляемости дефектов, что неотъемлемо связано с достоверностью ВТД и точностью оценки остаточного ресурса трубопроводных конструкций.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ существующих методов и средств регулирования скорости диагностических снарядов - определение факторов, влияющих на достоверность ВТД.

2. Исследование становления однородного магнитного поля в стенке трубопровода - изучение влияния параметров трубопровода на поведение магнитного поля в стенке трубопровода

3. Определение оптимальных параметров дефектоскопа - повышение коэффициента гашения скорости.

4. Исследование влияния скорости дефектоскопа на выявляемость дефектов с заданным диапазоном их глубины - определение максимально допустимой скорости дефектоскопа.

5. Разработка методики по оценке конструкции существующих дефектоскопов на предмет их способности поддерживать необходимую скорость в трубопроводе для обеспечения достаточного уровня намагничивания его стенки для обнаружения дефектов заданной глубины и, как следствие, обеспечения требуемого уровня выявляемости дефектов, что позволяет более точно оценить остаточный ресурс трубопровода при его эксплуатации.

Научная новизна данной диссертационной работы представляет собой комплекс из последовательности решенных задач:

1. Доказано снижение достоверности результатов ВТД и выявляемости дефектов рассматриваемыми дефектоскопами с устройствами активного регулирования скорости для трубопроводов с толщиной стенки свыше 20 мм, что пагубно влияет на качество оценки остаточного ресурса трубопровода.

2. Разработан алгоритм определения времени необходимого для становления однородного магнитного поля в стенке трубопровода в зависимости от толщины

стенки трубопровода и расстояния между полюсами постоянных магнитов, потерь давления в трубопроводе при пропуске дефектоскопа, скорости и степени гашения скорости дефектоскопа.

3. Разработана методика по оценке конструкции существующих дефектоскопов, снаряженных разными по конструкции устройствами активного регулирования скорости, на предмет их способности поддерживать необходимую скорость в трубопроводе для обеспечения необходимого уровня выявляемости дефектов в стенке трубопровода и высокой точности оценки остаточного ресурса трубопровода при его эксплуатации, которая применима для выбора необходимого диагностического снаряда исходя из требуемой скорости дефектоскопа, определяемой из ряда полученных в данной работе зависимостей.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Определены параметры, влияющие на достоверность ВТД, выявляемость дефектов и, как следствие на точность оценки остаточного ресурса трубопровода при его эксплуатации.

2.Получен ряд зависимостей, определяющих становление магнитного поля в стенке трубопровода.

3. Определен алгоритм определения коэффициента гашения скорости дефектоскопа и его распределение по длине газопровода.

4. Разработана методика определения скорости дефектоскопа, необходимой для выявления дефектов глубиной в заданном диапазоне и поддержания требуемого уровня выявляемости дефектов в стенке трубопровода.

5. Разработаны методика и рекомендации по оценке параметров существующих дефектоскопов, оборудованных устройством активного регулирования скорости на предмет обеспечения ими необходимого уровня снижения скорости относительно скорости перекачиваемого продукта, намагниченности стенки трубопровода и уровня выявляемости дефектов в стенке трубопровода.

Методология и методы диссертационного исследования

В диссертационной работе были использованы апробированные методы исследования, которые включают в себя анализ и обобщение теории и опыта в области внутритрубных неразрушающих методов диагностики и природы магнитного поля, опытно-экспериментальные исследования, численные методы, методы математического моделирования и законы гидромеханики, соответствием расчетных данных теоретическим результатам исследований, публикацией результатов в ведущих журналах. Обработка опытно-экспериментальных данных проводилась при помощи существующих расчетных комплексов.

Положения, выносимые на защиту

1. Алгоритм оценки параметров конструкции существующих дефектоскопов с устройством регулирования его скорости;

2. Алгоритм определения потерь давления при пропуске дефектоскопа по магистральному газопроводу;

3. Зависимость глубины становления магнитного поля от скорости дефектоскопа - рекомендации к практическому применению;

4. Методика по оценке конструкции существующих дефектоскопов, снаряженных устройствами активного регулирования скорости, на предмет поддержания их необходимой скорости в трубопроводе для обеспечения требуемого уровня выявляемости дефектов заданной глубины;

5. Рекомендации по конструкции дефектоскопа с системой активного регулирования скорости для достижения наибольшего снижения его скорости.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность полученных результатов обоснована и подтверждена использованием научных методов исследований и математического аппарата обработки полученных результатов, а также опытно-экспериментальным подтверждением.

Основные материалы диссертационной работы были представлены на следующих конференциях:

1. Х11-я международная научно-практическая конференция молодых ученый "актуальные проблемы науки и техники-2019", Уфа, 2019 г.;

2. XIV международная учебно-научно-практическая конференция "трубопроводный транспорт - 2019", Уфа, 2019 г.;

3. XII всероссийская научно-техническая конференция "актуальные проблемы развития нефтегазового комплекта России", Москва, 2018 г.

По тематике диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, из которых 3 в ведущих рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства науки и высшего образования Российской Федерации

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 133 наименования. Работа изложена на 179 страницах машинописного текста, содержит 123 рисунка и 25 таблиц

ГЛАВА 1. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Первая глава содержит комплексный обзор технологий, существующих методов и средств диагностирования магистральных газопроводов. Описывает магистральные газопроводы как объект исследования. Рассматривает виды трубопроводов, которые чаще применяются в сооружении магистральных газопроводов.

В главе также рассмотрены дефекты линейной части и элементов магистрального газопровода. Приведена концепция диагностирования газопроводов, технологии и системы неразрушающего контроля и технической диагностики магистральных газопроводов. Выбрано направление и сформулированы задачи исследования - определение параметров, влияющих на становление магнитного поля в стенке трубопровода, разработка методики определения оптимальных параметров дефектоскопов, оборудованных системой активного регулирования скорости, разработка рекомендаций по оценке существующих дефектоскопов с использованием данной методики [101-104].

1.1 Характеристика объекта и задач диагностирования магистрального

газопровода

1.1.1. Структура систем и задачи диагностирования магистрального газопровода

Известно, что газопроводы подразделяются на магистральные и на газопроводы распределительных сетей, которые делятся по классам в зависимости от рабочего давления:

Магистральные:

• Первый класс - рабочее давление 2,5 - 10 МПа включительно

• Второй класс - рабочее давление 1,2 - 2,5 МПа включительно

Распределительные:

• Низкого давления - до 0,005 МПа

• Среднего давления - 0,005 - 0,3 МПа

• Высокого давления - 0,3 - 1,2 МПа

Так же магистральные газопроводы делятся на категории в зависимости от назначения, диаметра, и учитывая требования безопасности эксплуатации: В, I, II, III и IV. Категория магистральных газопроводов определяется по способу прокладки, диаметру и условиям монтажа.

Так как в данной работе рассматривается область диагностирования исключительно магистральных газопроводов, необходимо определить более детально основные характеристики и нормативно-технические документы, по которым они производятся.

Во-первых, следует отметить, что материалы, из которых изготавливают магистральные трубопроводы — это в основном металлы: сталь, чугун и сплавы меди. Полимеры - поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПЭ), поликарбонат и мн. др.

Касаемо основных характеристик магистральных трубопроводов для начала следует описать их размеры и массу. Внешний диаметр трубопроводов регламентируется ГОСТами, а внутренний вычисляется арифметически, вычитая две толщины стенки из величины наружного диаметра. Длина трубы зависит от ее диаметра, способа изготовления и завода изготовителя, а масса изготавливаемого трубопровода чаще всего указана непосредственно в технических условиях на изготовление и для разных диаметров и толщин стенок имеет, что очевидно, разные значения. Например, Таблица 2 отражает параметры особенно крупных проектов в области транспорта газа:

Таблица 2 - Характеристики некоторых магистральных газопроводов

Толщина стенки Рабочее давление Длина трубопровод а Материал трубы

Северный поток 27-41 мм ~22 МПа ~1224 км Х80

Голубой поток >31,8 мм ~25 МПа ~1213 км Х65

Турецкий поток 39 мм ~28 МПа ~1100 км Х65

Рассматривая характеристики магистральных трубопроводов во-первых следует учесть рабочее давление, которое является наибольшим давлением транспортируемой среды при рабочей температуре, которую так же следует учитывать при проектировании т.к. чаще всего эта температура отличается от 20°С (температура, при которой измеряется условное давление) в значительных пределах, во-вторых нужно учитывать длину диагностируемого участка т.к. этот параметр влияет на необходимый запас энергии дефектоскопа, т.е. на его комплектацию, в-третьих толщину стенки и материал трубопровода. В рамках данной диссертации рассматриваются стали марок 17Г1С и Х70 [97-100].

1.1.2 Дефекты линейной части

В основном издержки при эксплуатации нефтегазопроводов связаны с их высокой аварийностью. Аварийность трубопроводов связана, как с дефектами, возникшими при их изготовлении и монтаже, так и с повреждениями труб, возникающими в процессе эксплуатации под воздействием на них внутренней и внешней сред. Ввиду того, что на трубопровод постоянно воздействует окружающая среда, техническое состояние трубопровода зависит от степени ее воздействия на металл трубопровода, способности защитных оболочек выполнять свои функции и от своевременного проведения диагностического обслуживания.

Диагностическое обслуживание нефте- и газопроводов имеет целью оценку состояния всех элементов системы, влияющих на техническое состояние трубопровода, для осуществления контроля над этими элементами для

предотвращения отказов на газопроводе. Следует отметить, что дефект - это любое несоответствие нормам регламента, основной причиной проявления которого является отклонение какого-либо одного рабочего параметра или сразу нескольких от нормативного, которое обосновано допуском. Схематично дефект протяженностью L с переменными параметрами: шириной раскрытия а и глубиной Ь показывает Рисунок 2.

Рисунок 2 - Схематичный дефект

1.1.3 Обобщённая классификация дефектов трубопровода

Диагностические снаряды также необходимы для деления дефектов основного металла трубопроводов на классы, которые отражает Рисунок 3 и некоторые дефекты, которые отражают Рисунок 4 - Рисунок 22.

Рисунок 3 - Дефекты основного металла труб

Рисунок 4 - Шлаковые неметаллические включения

Рисунок 5 - Растрескивание шва

Рисунок 6 - Растрескивание шва

Рисунок 8

Рисунок 9 - Изгиб трубы

Рисунок 10 - Отсутствие изоляционного покрытия

Рисунок 11 - Питтинговая коррозия

Рисунок 12 - Стресскоррозионное растрескивание

Рисунок 13 - Водородное охрупчивание

Рисунок 14 - Сульфидное коррозионное растрескивание

Рисунок 15 - Вмятина

Рисунок 16 - Царапина и вмятина

Рисунок 17 - Царапина

Рисунок 19 - Разрыв сварного шва

Рисунок 21 -Расслоение

Рисунок 22 - Вспенивание

Причины возникновения дефектов труб:

1. Применяемая технология изготовления труб и прокатки металла. Часто встречается расслоение металла, что является причиной разрушения изделия [20, 21, 23, 37].

2. Входной контроль на трубопрокатных заводах. Вероятно, из-за его несовершенства или полного отсутствия, что является причиной дефектов сырья, из которого изготавливаются трубы.

3. Нагрузки, которым подвергается металл при изготовлении. Часто эти нагрузки являются причиной работы металла за пределами текучести, что приводит к образованию наклепа, надрыва, микрорасслоения и других скрытых дефектов. Из-за малой продолжительности заводских испытаний, многие скрытые дефекты не успевают проявить себя и обнаруживаются уже в процессе эксплуатации трубопроводов [56, 86].

4. Так же следует отметить, что геометрическая форма труб недостаточно контролируется заводами-изготовителями. Например, на трубах с диаметром 500 -800 мм смещение кромок может доходить до 3 мм (для спиралевидных швов труб 0,75 - 1,2 мм), а овальность 2%.

5. Царапины, вмятины и риски могу образовываться при механическом воздействии. Например, погрузочно-разгрузочные, транспортные или монтажные операции.

6. При проведении очистных мероприятий с использованием скребков-резцов образуются дефекты пластической деформации на отдельных участках поверхности основного металла трубопровода. Они являются концентраторами напряжений и позже они становятся основными местами развития коррозионного растрескивания [3, 63, 67, 83]. А очистка трубопровода с помощью проволочных щеток может исключить повреждение трубопровода в виде подрезов, если соблюдены определенные режимы обработки.

Дефекты сварного шва - это отклонения от установленных норм и технических требований, что снижает надежность и прочность сварных соединений во время эксплуатации, а также является причиной разрушения всей конструкции [28, 50, 107].

Нарушение геометрии шва свидетельствуют означает наличие таких дефектов, как наплывы, подрезы, прожоги.

Наплывы - проявляются при проведении сварочных работ горизонтальных швов на вертикальной поверхности, в результате чего возникает натекание жидкого металла холодную поверхность основного металла. Наплывы могут быть местными, в виде капель, или простираться вдоль участка шва.

Подрезы - это углубления, образующиеся на основной поверхности металла и выглядят как углубления. Проявляются вследствие слишком высокой мощности сварки, что приводит в конечном итоге к ослаблению основного металла трубопровода и разрушению сварного щва [20, 28, 32].

Прожоги - являются проплавлением основного металла, иногда сквозным. Возникают ввиду слишком малого затупления кромок или большого зазора между ними. Чаще встречаются при сварке тонких металлов или при первом проходе многослойного шва.

Газовые поры - Рисунок 23. Образуются в сварных швах вследствие быстрого затвердевания расплавленного металла, насыщенного газом, который не успел выйти из сварного соединения.

Рисунок 23 - Газовые поры

Шлаковые включения - Рисунок 24. Является результатом недостаточной очистки кромок свариваемых частей металла или неполного удаления шлака с предыдущих слоев.

Они возникают при неправильных наклонах электрода, из-за малой силы сварочного тока, а также чересчур высокой скорости сварки. Могут иметь структуру как сферическую, так и игольчатую, а размер от микронов до нескольких

миллиметров. Располагаются между слоями шва или в его корне. Являются концентратором напряжений.

Рисунок 24 - Шлаковые включения

Непровары - Рисунок 25, являются местным нарушением сплавления основного металла с наплавлением, а также нарушением сплавления между собой слоев шва, когда используется многослойная сварка.

Рисунок 25 - Непровары

Причина возникновения непровара - недостаточно очищенный металл от окалины, ржавчины и технических загрязнений, маленький угол скоса кромок, малая сила тока, высокая скорость сварки.

Трещины - Рисунок 26. Делятся холодные и горячие в зависимости от того, при какой температуре они образовались.

Рисунок 26 - Трещины

Трещины горячего типа проявляются во время затвердевания металла шва при температурах 1100 - 1300 С0. Их проявление связано с наличием полужидких прослоек между кристаллами наплавленного металла шва в конце его затвердевания и действием в нем растягивающего усадочного напряжения. Повышенное содержание углерода в металле шва, кремния, водорода и никеля тоже является причиной образования горячих трещин, которые обычно находятся внутри шва. Трещины такого типа являются трудновыявляемыми.

Холодные трещины проявляются при температуре от 100 до 300 О0 в легированных сталях и при нормальной (менее 100 С0) температуре в углеродистых сталях сразу после остывания шва или некоторое время. Главной причиной их проявления является высокое напряжение, возникающее в области сварки при распаде твердого раствора и скопление под большим давлением молекулярного водорода в пустотах, находящихся в металле шва. Холодные трещины распространяются к поверхности шва и становятся хорошо заметными.

Микроструктурные дефекты сварного шва. Они являются микропорами, микротрещинами, кислородными, нитридные, кислородные и другие разного рода неметаллические включения [20, 28, 32].

Дефекты изоляционного покрытия - это наличие нарушения сплошности, адгезии, маленькой толщины, гофр, задиров, царапин, проколов.

Главные причины возникновения дефектов изоляции на магистральных трубопроводах:

- во время подготовки и хранении материалов - засорение битума и наличие воды в готовой мастике

- во время изготовления грунтовки и мастики - неверная дозировка компонентов, неправильное соблюдение режима нагрева котла, нарушение технологии размешивания битума при изготовлении грунтовки

- во время нанесения изоляционного слоя - загустевание грунтовки, образование пузырей газа на изолируемой поверхности, пыль на поверхности трубопровода, пропущенные участки для грунтовки и мастики на поверхности трубы и рядом со сварными швами, неровномерное нанесение изоляционного материала, охлаждение мастики

- во время нанесения материалов для армирования и обертывания -неоднородность покрытия, частичное выдавливание мастики; неполное промачивание стеклохолста в

- во время нанесения из полимера - сквозные отверстия в ленте, несплошность клеевого слоя, неравномерная толщина ленты в рулоне, неправильная регулировка намоточной машины; неверный температурный режим для нанесения ленты; грязь на поверхности изолируемого объекта

- во время укладки трубопровода - несоблюдение технологии укладки, захват труб тросом поверх изоляции, трение во время укладки трубопровода в траншею о ее стенки, неподготовленное дно траншеи, несоблюдение технологии подсыпки участков траншеи с каменистыми и щебенистыми грунтами, недостаточное рыхление мерзлых грунтов

- во время эксплуатации трубопровода - воздействие грунта на трубопровод, вес трубопровода, воздействие почвенных вод, воздействие микроорганизмов, корней растений, температуры.

Рисунок 27 - Рисунок 34 отражают часто встречаемые дефекты металла.

Рисунок 27 - Общая коррозия

Рисунок 28- Язвы

Рисунок 30 - Плена

Рисунок 32 - Одиночные трещины

Рисунок 33 - Колония трещин (КРН)

Рисунок 34 - Колония трещин (водородное охрупчивание)

Классификация дефектов типа потери металла по размерам.

Возможности систем внутритрубного неразрушающего контроля диагностировать, определять тип и определять геометрию дефектов потери металла в большей степени зависят от их линейных размеров. Классификация дефектов коррозии по линейным размерам отражает Рисунок 35.

Рисунок 35 - Классификация коррозионных дефектов по линейным

размерам

где

W (А) -Ширина дефекта Ь (А) - Длина дефекта

Практически любой из перечисленных дефектов в своей дальнейшей перспективе, если не контролировать их развитие, перерастает в порыв трубопровода и приводит к аварии. Авария на объектах трубопроводов - это разлив или истечение перекачиваемого продукта в результате частичного или полного нарушения целостности трубопровода, или отдельных элементов - резервуары,

оборудование и устройства, что сопровождается загрязнением рек, озёр, почвы и растительности [48]. По всей протяженности магистрального трубопровода часто встречаются искусственные и естественные препятствия, такие как водная преграда, транспортная магистраль или вовсе другой трубопровод. Для преодоления этих препятствий у трубопроводов сооружаются отводы, которые позволяют повторять изгибы местности и возвышаться над препятствиями.

Аварийность магистральных нефтепроводов это один из основных критериев опасности, которая представляет прямую угрозу для населения и окружающей среды.

1.1.4 Концепция диагностирования газопроводов

В ОАО «Газпром» существует концепция и система по управлению техническим состоянием и целостностью ГТС [67, 68], которая включает в себя выявление различных факторов негативного воздействия на объекты системы и оценку величины, и анализ их влияния, мониторинг за возникающими угрозами, расчет и оценку рисков, планирование и контроль за исполнением мероприятий, которые обеспечивают достижение допустимого уровня рисков, анализ эффективности поведенных мероприятий. В основе такой концепции лежит опыт, накопленный многими годами, применения методов и средств неразрушающего контроля и технической диагностики, отраслевые стандарты, руководящие и нормативно-технические документы [20-37, 92, 93]. При внутритрубной диагностике, которая осуществляется по определенному алгоритму, например, как видно их схемы Рисунок 36, широко используются магнитные сканеры, ультразвуковые и магнитные диагностические снаряды, и их вариации комбинирования, электромагнитные акустические сканеры, а также профилемеры. Ресурс газопроводов зависит от условий, в которых они работают, особенно от напряжённо деформированного состояния металла труб [63, 83].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Уланов Валерий Владимирович, 2020 год

- // - /

{_ _1-.- » -1-1-1-

Н, кА /м

10

12 14 16 18 20

Рисунок 43 - Кривые намагничивания рассматриваемых марок стали в области

индукции 2 Тл

Данные на данном рисунке свидетельствуют о том, что в близи этого значения индукции не заметно существенного влияния марки стали, из которой изготавливаются трубопроводы, на магнитную индукцию стенки трубопровода и, как следствие, на измерения магнитного поля [48].

2.3 Постановка и формализация задачи определения оптимальной скорости контроля магистрального трубопровода

Для решения задачи определения времени, необходимого для становления магнитного поля в стенке магистрального газопровода, необходимо определить объект исследования. В данной работе таким объектом выступает магистральный газопровод с определенным диапазоном толщин стенок. Этот диапазон задается посредством определения наиболее популярных марок стали используемых для производства магистральных газопроводов и, как следствие, определения ГОСТов и ТУ на их изготовление.

Выберем марки стали для расчета, а именно:

• Сталь 17Г1С

• Сталь Х70

Для стали 17Г1С, применяемой для изготовления трубопроводов чаще в России, в расчете трубопровода, номинальный диаметр которого составляет 1420мм принимаем толщину стенки согласно ГОСТ от 10 до 32мм: Химический состав отражает Таблица 5

Двузначное число 17 обозначает примерное содержание углерода в стали, деленное на сто, т.е. содержание углерода в стали приблизительно 0,17%.

Буква Г означает, что в стали содержится марганец в количестве около 1%. Буква С означает, что в стали содержится кремний.

Если сталь обозначается как 17Г1С-У, то буква У в конце означает «Улучшенная»

Таблица 5 - Химический состав стали 17Г1С, %

С, Мп, Я Р, 3, Сг, N1, Си, ЛБ, V,

углеро Маргане Кремни Фосфо Сера Хро Никел Мед Мышья ванади азот

д ц й р м ь ь к й

0,15- 1,15-1,6 0,4-0,6 0,3 0,03 0,3 0,3 0,3 0,08 0,12 0,00

0,20 5 8

Для стали Х70, применяемой для изготовления трубопроводов чаще в Германии, и хим. Состав которой отражает Таблица 6, в расчете для трубопровода, номинальный диаметр которого составляет 1420мм принимаем толщину стенки согласно ТУ от 14 до 32мм

Таблица 6 - Химический состав стали Х70, %

С, углерод Мп, Марганец Б1, Кремний Р, Фосфор 3, Сера Сг, Хром N1, Никель Мо, молибден Си, Медь

0,6-0,7 0,1-1 0,35 0,04 0,05 0,12 0,2 0,2 остальное

Так же возникает необходимость определения магнитных свойств материалов, участвующих в данном расчете, создание математической модели для расчета этого множества вариаций толщин стенок и марок стали, сведение в графический вид результатов расчета, построения общего графика зависимости

времени становления магнитного поля в стенке магистрального трубопровода от толщины стенки этого же трубопровода и расстояния между полюсами магнита дефектоскопа [102].

2.4 Решение задачи определения оптимальной скорости контроля магистрального трубопровода

При расчете времени становления магнитного поля был взят за основу труд Г.А. Бюлера [8], в котором рассматривается становление магнитного поля в одно-двух- и трехслойном стенке цилиндра, что соответствует стенке магистрального газопровода.

Известно, что электромагнитное поле характеризуется векторами Е (напряженность электрического поля) и Н (напряженность магнитного поля), а также векторами Э (электрическая индукция) и В (магнитная индукция). Полная система уравнений Максвелла, которая связывает эти величины выглядит следующим образом (в системе СГСМ):

лТТ 1 дБ 4-п . 4-п .(е) гоги = —— +--] +--7( ) (2.15)

с дг с с

л 1 дВ гогЕ =----

(2.16)

дг

ШуБ = 4- п-р (2.17)

йыВ = 0 (2.18)

где

] - объемная плотность токов

•(е)

] - плотность токов от сторонних э.д.с. р - объемная плотность зарядов с - скорость света

Б = 8- Е (2.19)

В = и (2.20)

]=( Е (2.21)

где

8 - диэлектрическая постоянная

Л - магнитная проницаемость

( - проводимость

Если учесть тот факт, что 8,л и ( являются константами ввиду однородности и изотропности рассматриваемой среды, то уравнения Максвелла упрощаются и имеют следующий вид:

и 1 дБ

н=7а (222) ^ 1 дн

ШЕ=~7И (223)

сИмН = 0 (2.24)

сСпЕ = 0 (2.25)

Г.А. Бюлер рассматривает многослойный цилиндр и пластинку в продольном магнитном поле, однородный цилиндр в поперечном поле с учетом токов смещения и двухслойный цилиндр без учета токов смещения, однородное ферромагнитное полупространство в поле магнитного диполя, расположенного перпендикулярно поверхности проводника. В нашем же случае следует рассматривать только многослойный цилиндр в продольном магнитном поле.

Если многослойный цилиндр, состоящий из п слоев Р-1 <Р<Р8 (8=1,...,п), внести в однородное поле Н0(0,0, и£) так, что ось цилиндра будет совпадать в осью 07 цилиндрической системы координат р,р, г, то результирующее магнитное поле Н5 будет иметь только одну составляющую Нг = и- отличную от нуля, которая, должна удовлетворять уравнению

д2и 1 ди£ 2 ди д2и

—- +---- = а,— + 8-и--т- (2.26)

др2 р дг - дг дг2

где со] = 4- п-, (8=1,..,п), а если пренебречь токами смещения, то отпадает член со второй производной по времени. Граничные условия имеют вид:

и5 = и5+1 (2.27)

1 ди _ 1 ди]+1

(2.28)

дР дР

при 8=1,2,...,п, р = р]; ип = и0

Далее предполагается, что в начальный момент времени 1=0 в цилиндре поле отсутствует:

и(р,0) = и2(р,0) =... = ип (р, 0) = 0 (2.29)

Так как мы рассматриваем случай двухслойного цилиндра, то мы записываем решение для это случая п=2:

*(р,') = Г 2-30-(С1-р-ч)-е ч'-а

П-г{ п-с2р .Щрр2,Ч)-Ч~

ип г 2 - 3 • (с • р • ч) - е ч' Шч и,(р,г)= —М-04 1 ^ ^-\

(2.30)

га(Рl,р2, ч) - е'ч Уч (2.31)

1 , п ч- A(Рl, р2 , ч)

Где

Л^и Р2, ч) = т31-(с1- р-ч)-ВюМ - ^Ц- р1- ч)-Bl0(x, г) (2.32)

Втп(X,к) = Кт(х) •3п(кх) -3т(х)-Кп(кх),т = Ши^,к = р (2.33)

р

В случае, который рассматривается в данной работе, принимается однослойная стенка. Для расчета становления магнитного поля в такой стенке существует следующая формула [12]:

И (Ш,г) = и.-(1 +1. ¿Л-Р- ,со5-(2; к-Ц-с-*-у (2.34)

п к=1 (2 • к — 1) 2 • (с • У + с2 -а )

где с = 4 • , ^ - поверхностная плотность магнитного поля, -

магнитная проницаемость,у и у1 - слои металла, Н0 - Начальное магнитное поле в

постоянном магните, Нк - результирующее магнитное поле в металлической стенке магистрального трубопровода, k - номер слоя, d - толщина слоя, t - время за которое Нк = Н0

Далее возьмем ранее определенные марки стали. Фактически, исходя из [8] можно сказать, что для данного расчёта диаметр не столь важен, как толщина стенки (толщина слоя). Следует рассматривать стенку трубы как металлическую пластину со всеми характерными для нее свойствами, то для определения времени становления магнитного поля в этой пластине нам достаточно варьировать только толщину пластины и марку стали. Стоит отметить, что вариация марок сталей влечет за собой изменение магнитных характеристик металла.

В случае, который рассматривается в данной работе, вариация марки стали происходит только один раз с 17Г1С на X70. Магнитная проницаемость стали 17Г1С равна 100 гн/м, а стали Х70 равна 87 гн/м.

Для стали марки 17Г1С магнитная проницаемость определяется 100 гн/м (Рисунок 44)

Характеристика образца трубы из стали 171ГС

350 -

0 0,8 1,6 2,4 3,2 4 4,8 5,6 6,4 7,2 8 8,8 9,6 10,4 11,2 12 12,8 13,6 14,4 15,2 16

Н, кА/м

Рисунок 44 - Характеристика образца трубы из стали 171ГС

Для стали марки 70Х магнитная проницаемость определятся по формуле

в

М =-и равна 87 гн/м (Рисунок 45)

Мо ■н

Рисунок 45 - Кривая намагничивания стали 70Х

В формуле 1 учитывается изменение значения магнитной проницаемости в

(2 • к -1) -щ-к- y

значении щ в аргументе под cos: cos--1-

2 • (щ • y +щ -d)

Однако изменение значения магнитной проницаемости с 100 единиц до 87, не дает ощутимых изменений значения времени становления магнитного поля при прочих равных условиях.

Пример №1: в стальной стенке трубы марки 17Г1С, диаметром 1420мм, толщиной стенки 14мм, магнитной проницаемостью 100 гн/м этот аргумент будет равен 0,99987.

Пример №2: в стальной стенке трубы марки Х70, диаметром 1420мм, толщиной стенки 14мм, магнитной проницаемостью 87 гн/м этот аргумент будет равен 0,99983.

Так же за условие достаточной глубины становления однородного магнитного поля было принято такая глубина магнитного поля в стенке трубопровода, при которой она равна 100% от начального магнитного поля в постоянном магните дефектоскопа.

2.5 Анализ решения задачи

Ввиду того, что для решения задачи по определению скорости становления магнитного поля в стенке магистрального трубопровода, объект представляется как металлическая пластина и важную роль играет только ее толщина, но не диаметр, так же для сравнения была рассчитана скорость становления магнитного поля в трубопроводах отличных диаметров от 1420 мм. В таком сравнении важна вариация толщин металлической пластины. Она составила от 6 мм до 36 мм. Ниже представлены выдержки из ГОСТов и ТУ с графиками (Таблица 7 - Таблица 11, Рисунок 46 - Рисунок 52), на которых по оси абсцисс отложено соотношение начального и результирующего магнитных полей, который обозначен как коэффициент намагниченности, а по оси ординат время, за которое достигает это отношение необходимого значения.

Таблица 7 - Расчет становления магнитного поля в стенке трубопровода для труб из перечня ТУ 1381 - 003 - 47966425 - 2006

Наименование НТД Нормативно- техническая документация Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Класс прочност и / марка стали Длина, м Примечание

Трубы стальные электросварные прямошовные наружным диаметром 610-1420 мм для магистральных газопроводов на рабочее давление до 9,8 Мпа. ТУ 1381 - 003 - 47966425 -2006 630 8 — 32 K52-K60 X56-X70 Тип I: 10,5 -12,1 Тип II: 16,5 -18,3 Допускается изготовление груб диаметром 610, 660, 711, 762, 813, 914, 1016, 1067, 1219, 1420 мм согласно стандартам API Spec 5L,ISO 3183-3.

720 8 — 32

820 8 — 32

1020 10 — 32

1220 12 — 32

1420 14 — 32

1Л Н I ГО О! 1Л Н I ГО О! 1Л Н I ГО О! 1Л Н I ГО О! 1Л Н I ГО О! 1Л Н I

с0 с0 с0 с0 с0 с0 с0 с0 с0 с0 с0 с0 сТ с0 с0 с0

8 мм 10 мм 12 мм 14 мм 32 мм

Рисунок 46 - График намагниченности стенок трубопроводов, изготавливаемых по ТУ 1381-003-47966425-2006

Таблица 8 - Расчет становления магнитного поля в стенке трубопровода для труб из перечня ТУ 1381-009-47966425-2007

Наименование НТД Нормативно- техническая документация Наружн ый диаметр, мм Толщина стенки, мм Класс прочнос ти / марка стали Длин а, м Примечан ие

Трубы стальные электросварные прямошовные наружным диаметром 720-1420 мм для магистральных газопроводов на рабочее давление 11,8 Мпа ТУ 1381-009-4796642 5-2007 720 13.4, 16.1 19.3 К60 Тип I: 10,5 -12,1 Тип II: 16,5 -18,3 Рабочее давление 11,8 Мпа

1020 18.9, 22.7 27.3

1220 22.7, 27.2 32.6

1420 26.4, 31.6 37.9

1

0,98

0,96

0,94

0,92

0,9 -

1Л

,0 0,

Рисунок 47 - График намагниченности стенок трубопроводов, изготавливаемых

по ТУ 1381-009-47966425-2007

Таблица 9 - Расчет становления магнитного поля в стенке трубопровода для труб из перечня ТУ 1381-010-47966425-2007

Наименование НТД Нормативно-техническая документация Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Класс прочности / марка стали Длина, м Примечание

Трубы стальны электросварные прямошовные наружным диаметром 121 мм дл магистральных подводных газопроводов н рабочее давление 11, Мпа е 9 я ТУ 1381-010-47966425-2007 а 1219 27.0 БЛ1Ь 450 I ББ 11,3-11,7 Рабочее давление 11,8 Мпа

13,4 мм 16,1 мм 18,9 мм 19,3 мм 22,7 мм 26,4 мм 27,2 мм 27,3 мм 31,6 мм 32,6 мм 37,9 мм

ТУ 1381-010-47966425-2007

1,05

и о

X X

<и

0,95

х

<и

0,9

■а

т 0,85 о

0,8

1Л . . _ .

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

нг^тслшнг^тслтн

1Л 10 ^ ^ О О,

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1,

Время, с

1

Рисунок 48 - График намагниченности стенки трубопровода толщиной 27 мм, изготавливаемых по ТУ 1381-010-47966425-2007

Таблица 10 - Расчет становления магнитного поля в стенке трубопровода для труб из перечня ТУ 1381-011-47966425-2008

Наименование НТД Нормативно- техническая документация Наруж ный диамет р, мм Толщин а стенки, мм Класс прочност и / марка стали Длина, м Примечани е

Трубы стальные

электросварные

прямошовные

наружным диаметром 1420 мм класса прочности К65 для магистральных ТУ 1381-011-4796642 5-2008 1420 23.0, 27.7, 33.4 К65 10,5-12, 1 16,5-18, 3 Рабочее давление 11,8 Мпа

газопроводов на

рабочее давление 11.8

Мпа

1

0,98

0,96

0,94

0,92

0,9

1Л

,0 0,

23 мм 27,7 мм 33,4 мм

Рисунок 49 - График намагниченности стенок трубопроводов, изготавливаемых

по ТУ 1381-011-47966425-2008

Таблица 11 - Расчет становления магнитного поля в стенке трубопровода для труб из перечня ГОСТ 20295-85

Наименование НТД Нормативно- техническая документация Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Класс прочности / марка стали Длина, м Примечание

Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов ГОСТ 20295-85 630 8 — 12 К-52 / 17Г1С(У); К-55 / 13Г1С(У); К-56 / 12Г2СБ; К-60 / 10Г2ФБ(У,Ю). 10,6 - 1 1,6

ГОСТ 20295-85 8 мм

1,0200

Время, с

Рисунок 50 - График намагниченности стенок трубопроводов, изготавливаемых

по ГОСТ 20295-85 8 мм

ГОСТ 20295-85 12 мм

1,0200

£ 1,0000

х

х

<и

I 0,9800 х

(И

I 0,9600 х '

X

<и

0,9400

■а

"т 0,9200 о

0,9000

1Л н | (т) о 1л н | т О! ш н | (т) о 1л н | (Т) 01 ш н | (Т) о 1л н | ел 01 1Л н

I I 00СТ1СТ1

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,

Время, с

Рисунок 51 - График намагниченности стенок трубопроводов, изготавливаемых по ГОСТ 20295-85 12 мм

На следующем графике представлена совмещённая диаграмма времени становления магнитного поля в стенке трубопровода с учетом всех вышеперечисленных ТУ и ГОСТов.

1,0200

Совмещенная диаграмма

У 1,0000

0,9800

П5 0,9600 х '

IX

I 0,9400

■а

"т 0,9200 о

0,9000

и^тнгчгоо^и^тнгчгоа^и^тнгчгоа^и^тнгчгоа^и^тнгчгоа^и^тнгчгоа^и^тн!^ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,

Время, с

Рисунок 52 - Совмещенная диаграмма намагничивание всех перечисленных

толщин стенок от 8 до 37,9 мм

Так как мы рассматриваем только номинальный диаметр магистрального газопровода 1420 мм, то совмещенный график (Рисунок 53), исключающий остальные номинальные диаметры, будет иметь следующий вид:

1,0200

Название диаграммы

1,0000

0,9800

0,9600

0,9400

0,9200

0,9000

1Л Н I ГА О! 1Л Н I ГА О! 1Л Н I ГА О! 1Л Н I ГА О! 1Л Н I ГА О! 1Л Н I ГО Л 1Л Н ^ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,

26,4 мм > 31,6 мм > 37,9 мм > 23 мм

■27,7 мм Ш 33,4 мм

Рисунок 53 - Совмещенный график намагничивание всех перечисленных толщин стенок для диаметра трубопровода 1420 мм

После анализа полученных данных получаем возможность построить график зависимости времени становления магнитного поля в стенке магистрального трубопровода от толщины его стенки [102]:

На следующем графике (Рисунок 54) представлен график зависимости для полного спектра толщин стенок от 6 до 36 мм для сталей 17Г1С и 70Х:

Зависимсть времени намагничивания от толщины стенки

Толщина стенки, см

Рисунок 54 - График зависимости намагничивания от толщины стенки

Необходимо учесть, что скорость диагностического снаряда, которую необходимо поддерживать для достаточного намагничивания стенки трубопровода так же зависит от расстояния между полюсами постоянного магнита, расположенного на дефектоскопе.

Для необходимого намагничивания теоретического участка стенки трубопровода толщиной 12 миллиметров необходимо что бы данный участок находился под влиянием магнитного поля 0,21 секунды. Отсюда можно выразить скорость дефектоскопа, при которой достигаются данные параметры. Эта скорость также является максимально допустимой для дефектоскопа и зависит от удаленности друг от друга полюсов постоянного магнита. Например, если расстояние между полюсами 0,5 м, то максимальная допустимая скорость будет равна 2,38 м/с, если расстояние между полюсами 0,4 м, то максимальная допустимая скорость будет равна 1,9 м/с, если расстояние между полюсами 0,3 м, то максимальная допустимая скорость будет равна 1,43 м/с.

Далее представлены графики (Рисунок 55 - Рисунок 57) зависимости максимальной допустимой скорости диагностического снаряда в зависимости от расстояния между полюсами постоянного магнита с широким спектром толщин стенок.

12,00

10,00

с 8,00

.0 т с 6,00

о

ро

к и 4,00

2,00

0,00

Расстояние между полюсами 0,5 м

10 00 (Г> 0, 0, 0, 0,

Г^Т Г^Т Г^Т Г^Т Г^Т Г^4 Г^4 Г^Т Г^Т лТ лТ лТ лТ лТ л^

Толщина стенки, см

Рисунок 55 - График зависимости максимальной допустимой скорости диагностического снаряда в зависимости от толщины стенки с расстоянием между

полюсами магнита 0,5 м

Расстояние между полюсами 0,4 м

9,00

сТ сТ сТ С0 Г^Т Г^Т Г^Т Г^4 Г^Т Г^Т Г^Т Г^Т Г^4 лТ лТ лТ лТ лТ

Толщина стенки, см

Рисунок 56 - График зависимости максимальной допустимой скорости диагностического снаряда в зависимости от толщины стенки с расстоянием между

полюсами магнита 0,4 м

Расстояние между полюсами 0,3 м

7,00

о" о" о" о" Г^Т Г^" Г^Т Г^Т Г^Т Г^Т Г^Т Г^" Г^Т го" го" го" го" го" го

Толщина стенки, см

Рисунок 57 - График зависимости максимальной допустимой скорости диагностического снаряда в зависимости от толщины стенки с расстоянием между

полюсами магнита 0,3 м

Исходя из полученных данных следует, что для внутритрубного инспектирования магистральных трубопроводов с толщиной стенки начиная от ~16-18 мм и больше следует учитывать, что максимально допустимая скорость дефектоскопа составляет от ~1 м/с и менее.

Результаты по 2 главе

Определено, чтобы избежать снижения достоверности получаемых данных при проведении магнитной ВТД, скорость дефектоскопа должна быть в дапазоне от 3,33 м/с до 0,82 м/с для диапазона толщин стенки от 10 мм до 20 мм соответственно. Также определено, что, приняв допустимую для всех перечисленных дефектоскопов толщину стенки равную 32 мм с диапазоном расстояния между полюсами постоянных магнитов дефектоскопа в диапазоне от 0,5 м до 0,3 м, для наибольшей достоверности дефектоскопии скорость дефектоскопа должна быть в диапазоне от 0,32 м/с до 0,19 м/с соответственно. В противном случае, если скорость дефектоскопа превышает верхний предел данного

диапазона, возникает необходимость понижения скорости газа в магистральном трубопроводе для обеспечения соблюдения требований к скорости дефектоскопа. Исходя из полученных данных в Главе 2 и анализа существующих систем регулирования скорости дефектоскопов следует, что для достижения необходимого коэффициента гашения скорости дефектоскопа необходим механизм регулирования скорости, который позволяет гасить скорость диагностического снаряда в 4-12 раз, при скорости перекачиваемого газа 7-12 м/с [101].

Выводы по второй главе

Проведя расчет времени необходимого для становления магнитного поля в стенке магистрального газопровода при проведения внутритрубного неразрушающего контроля можно сделать следующие выводы:

1. Например дефектоскоп CDG56 1.5V0.1 MFL HiRes Inspection Tool (Германия) с продольным намагничиванием в описании характеристик при максимально допустимой толщине стенки 42,3 мм, которую допускается диагностировать данным дефектоскопом, имеет диапазон допустимых скоростей перекачиваемого газа от 1 до 12 м/с, а интервал рекомендуемой скорости дефектоскопа от 0,1 до 5 м/с. Соответственно минимальный коэффициент гашения скорости дефектоскопа, который может быть достигнуть при данных характеристиках равен 2,4 ( с 12 м/с (скорость перекачиваемого газа) до 5 м/с (скорость дефектоскопа)), а максимальный коэффициент равен 10 (с 1 м/с (скорость перекачиваемого газа) до 0,1 м/с (скорость дефектоскопа)).

2. Похожий на предыдущий дефектоскоп CDA56 1.5V01.01 HiRes Axial Flaw Detection Tool (Германия) но с поперечным намагничиванием и максимальной толщиной стенки трубопровода 32,5 мм такие параметры будут следующими - для скорости газа интервал скорости от 1 до 12 м/с, а скорость диагностического

снаряда приводится только оптимальная - 2 м/с, что говорит о максимальном коэффициенте гашения скорости равном 6.

3. Отечественный дефектоскоп продольного намагничивания тип ДМТ при максимально допустимой скорости газа в трубопроводе 18 м/с имеет требование к оптимальной скорости "прогона" снаряда равной 4 м/с и с интервалом толщин стенок трубопровода от 8 до 34 мм. Следовательно, коэффициент гашения скорости дефектоскопа будет составлять 4,5.

Исходя из вышенаписанного следует, что необходимо исследовать существующие перепускные устройства на возможность обеспечения ими требуемой для проведения качественной диагностики скорости движения дефектоскопа [101-104].

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДЕФЕКТОСКОПОВ

В данной главе приведен анализ существующих устройств автоматического регулирования скорости дефектоскопов в газопроводе, приведен анализ видов местных гидравлических сопротивлений, рассматриваемых в расчете потери давления при пропуске диагностических снарядов по участку МГ, проведен расчет потери давления в трубопроводе при пропуске диагностического снаряда по участку МГ, разработаны рекомендации по оптимальной конструкции дефектоскопа с системой активного регулирования скорости для достижения максимального коэффициента гашения скорости [101-104].

3.1 Обзор требуемых значений скорости газа, ВТУ и давления в МГ

Для начала следует отметить, что по Р Газпром 2-2.3-919-2015 [82] при внутритрубной дефектоскопии следует обеспечивать давление на диагностируемом участке не более 10 МПа, скорость газа не более 12 м/с, а толщина стенки исследуемого участка не должна составлять более 22 мм. Также для трубопроводов с условным диаметром выше или равным 1000 мм необходимо наличие системы активного регулирования скорости дефектоскопа. Также по СТО Газпром 2-2.3-1050-2016 [93] при внутритрубной дефектоскопии трубопроводов с диаметром от 1020 мм до 1420 мм и скорости перекачиваемого газа более 4 м/с внутритрубные дефектоскопы должны оснащаться устройствами активного регулирования скорости которые должны обеспечивать скорость дефектоскопа в диапазоне от 2 м/с до 2,5 м/с. Область применения данного СТО в частности для газопроводов с рабочим давлением от 1,2 МПа до 12 МПа.

Влияние давления внутри трубопровода

Напряженно-деформированное состояние трубопровода влияет и на магнитные свойства стали, из которого изготовлен трубопровод и на результаты магнитной ВТД. В зависимости от того, НДС проявляет себя через сжатие или растяжение, оценивается эффективность измерения магнитного поля рассеяния [56]. Это влияние было рассмотрено в ходе эксперимента по схеме, которую отражаем Рисунок 58.

Рисунок 58 - Схема стенда для оценки влияния давления на величину "Вд"

Где 1- датчик Холла; 2-внешний дефект; 3-внутренний дефект; 4-насос; 5-труба; 6-катушка; 7-манометр; 8-электромагнит; 9-магнитопровод.

Для эксперимента была взята труба диаметром 159 мм с толщиной стенки 8 мм. Была закреплена специальными упорами на концах и находилась под давлением. Намагничивание производили при помощи электромагнитного ярма. Магнитная индукция стенки трубы Вт измерялась с помощью катушки, намотанной на трубу и подсоединенной к интегрирующему устройству измерения потока. На образце трубы имели заранее нанесенные четыре искусственных дефекта, из которых два внешних и два внутренних. Длина каждого 10 мм, ширина 30 мм и глубина 40 % и 70 % от толщины стенки трубопровода. Чтобы избежать локальных изменений магнитных свойств

материала трубы при нагревании во время механической обработки, дефекты наносились с помощью метода электрохимического травление, который отражает Рисунок 59.

Рисунок 59 - Искусственный дефект. Размеры дефекта 10х30х3,2 мм.

Как результат получены кривые сигнала ПРМП Bд, полученного от дефекта, глубина которого 70 % от толщины стенки, как функции давления в трубопроводе при магнитной индукции Вm, равной от 1,5 Тл до 2 Тл с шагом в 0,2 Тл. Увеличение давления от 1 до 120 атм. приводит к уменьшению величины Вд для Bm равной 1,5 Тл примерно на 45%. Эксперимент повторялся для разных значений индукции за счет изменения тока через электромагнит. Результаты данного эксперимента отражает Рисунок 60.

Давление в трубе

Рисунок 60 - Изменение значения ВД при возрастании давления в трубе.

Где 1- Вт=1,5 тл; 2- Вт=1,7 тл; 3- Вт=1,9 тл; 4- Вт=2,0 тл; Размеры дефекта 10х30х5,6 мм (это 70% от толщины стенки трубы, равной 8мм)

Таким образом влияние давления в трубопроводе на величину Вд можно объяснять изменением кривой гистерезиса Bm, где петля гистерезиса уменьшается под действием растягивающих напряжений. Так наибольшее влияние замечено в части кривой гистерезиса, где значение намагниченности наименьшее, а в близи значений магнитного насыщения металла 2 Тл влияние давления на магнитную индукцию стенки трубопровода практически не заметно, а, следовательно, нет влияния и на измерения магнитного поля.

3.2 Обзор разработок регуляторов скорости

Далее приводится перечень организаций, чьи дефектоскопы имеют УАРСД и максимально допустимая скорость газа в МГ при проведении дефектоскопии с модулем регулирования скорости.

• Спецнефтегаз- 5,5 м/с

• Rosen- 12 м/с

• НефтеГазКомплектСервис (НГКС) - 5 м/с

• Оргэнергогаз- 5,5м/с

Активное управление скоростью

Внутритрубный дефектоскоп начинает перемещаться в том случае, если сила, которая создается перепадом давления на ВТУ, становится больше чем сила трения, создаваемая самим ВТУ. Для того, чтобы снизить скорость внутритрубного дефектоскопа в магистральном трубопроводе, которому часто присущ высокий расход газа, возникает необходимость снизить тот самый перепад давления [92, 93]. Этот эффект достигается благодаря системам активного регулирования скорости, установленных на дефектоскопе (байпас) (Рисунок 61). При поддерживании перепускного сечения системы активного регулирования скорости дефектоскопа

на требуемом уровне, будет поддерживаться необходимая скорость внутритрубного устройства [76-78, 104].

Рисунок 61 - Схематичное изображение перепуска газа через дефектоскоп

В свое время компания Т.В^йНатвоп (Т.Б^.) смогла разработать модуль, позволяющий контролировать скорость дефектоскопа во время его пропуска по трубопроводу. Суть данной разработки была в том, что в то время, когда параметры скорости ВТУ выходили за пределы требуемого диапазона, устройство регулирования скорости изменяет свое пропускное сечение. Таким образом оптимальная конфигурация ВТУ, по мнению специалистов этой компании, это комбинация из устройств картирования, регулирования скорости ВТУ и контроля состояния стенки магистрального трубопровода.

При проведении ВТД магистральных газопроводов часто возникает необходимость проведения данного мероприятия без снижения скорости перекачки газа. Эта необходимость возникает либо из-за ограниченных технических возможностей по снижению скорости газа, либо вовсе считается не целесообразной с экономической точки зрения.

Ведь скорость газа достигает 12-15 м/с, а оптимальная скорость дефектоскопа, при которой обеспечивается требуемый уровень выявляемости

дефектов и достоверности диагностики, лежит в диапазоне 3-4 м/с. Один из методов, позволяющих решить данную проблему, является создание внутритрубных дефектоскопов с устройствами активного регулирования скорости. Приборы такого типа могут обеспечивать себе скорость значительно меньшую относительно скорости перекачиваемого по трубопроводу продукта за счет перепуска части продукта через перепускное отверстие [116].

Применение систем активного регулирования скорости, встроенные в внутритрубные диагностические снаряды, позволяет оставлять неизменным длину самого снаряда и, как следствие, оставлять без изменений камеры приема/пуска средств очистки и диагностики. На данный момент такая система реализована на магнитных дефектоскопах.

Компания «Inline Services Inc» успешно провела испытания и внедрила новую разработку. В частности для пропуска дефектоскопов в высокоскоростных трубопроводах, где и необходимо снижение скорости ВТУ.

В первую очередь регулировка скорости ВТУ необходима из-за требований по обеспечению безопасности проведения мероприятий по дефектоскопии и эффективности очистки магистральных трубопроводов с сохранением постоянного расхода. Тест компании «Inline Services Inc» показал эксплуатацию его инструментов на 36 дюймов и на 42 дюйма в пяти секциях высокоскоростных линий газопроводов. На газопроводе с диаметром 914 мм средняя скорость газа была 5,3 м/с, и устройство активного регулирования скорости поддерживало скорость дефектоскопа в диапазоне от 2,2 м/с до 2,7 м/с. Коэффициент гашения скорости составил на тот момент около 2,2. При этом перепускное сечение было открыто на 50%.

В начале ведения разработок перепускных устройств организацией ЗАО «НПО Спектр» были изобретены комплексы ВТД для магистральных трубопроводов с диаметром 1420, 1220, и 1000 миллиметров [33].

Технические характеристики этого оборудования:

- Диапазон скоростей, необходимый для поддержания достоверности контроля, 1.5-2.5 м/сек;

- Диапазон скоростей, при котором, проводить дефектоскопию еще возможно, но уже со сниженной достоверностью, 2.5-3 м/с;

- скорость движения, при которой обеспечивается полный ресурс механической части снаряда, менее 5 м/с;

- максимальная кратковременная скорость движения снаряда, при которой обеспечивается регистрация данных, 40 м/с;

- время автономной работы снаряда без подзарядки, до 40 часов;

- обеспечение герметичности при давлении газа, до 8 МПа [75].

Рисунок 62 отражает схему снаряда, оборудованного механизмом автоматического регулирования скорости с описанием составных элементов и кратким описанием принципа его действия:

Рисунок 62 - Устройство внутритрубного магнитного дефектоскопа ДМТ-

1200Б

1 - ярмо снаряда;

2 - передний фланец;

3 - привод байпасного механизма;

4 - байпасный механизм.

Для регулирования потока газа, проходящего через снаряд, между ярмом 1 и передним фланцем 2 установлен байпасный механизм 4 с приводом 3. Такая конструкция байпасного механизма позволила свести увеличение длины снаряда к минимуму, которая ограничена в связи с условием проходимости поворотов газопровода. Также не была нарушена силовая конструкция снаряда, так как аппаратурная секция передней своей частью осталась соединена с передним фланцем через неподвижную часть байпасного механизма [56]. Байпасный механизм внутритрубного снаряда представляет собой устройство, состоящее из подвижных заслонок, установленных на неподвижном пилоне и вспомогательных элементов, обеспечивающих движение заслонок и формирование газового потока в области заслонок. Элементы, из которых состоит байпасный механизм, отражает Рисунок 63 [56], а его характеристики отражает Таблица 12

1

2

Рисунок 63 - Устройство байпасного механизма

1 - неподвижный пилон

2 - заслонки

3 - обтекатели

4 - фланец пилона

Таблица 12 - Краткие технические характеристики байпасного устройства

№ Наименование Значение Ед. изм

1 Типы снарядов, на которые устанавливается байпасное устройство ПМО-1200 ДМТ-1200 ДМТП-1200 -

2 Номинальная скорость движения снаряда 2 (*) м/сек

3 Допустимый диапазон скорости движения снаряда 1.5-2.5 (*,**) м/сек

4 Максимальная скорость потока газа, при которой обеспечивается поддержание скорости 12(***) м/сек

5 Максимальная пиковая скорость движения снаряда 40 м/сек

6 Максимальная относительная площадь сечения газового канала байпасного устройства 0.27 -

7 Максимальная мощность электродвигателя, не менее 0.6кВт

8 Температура срабатывания тепловой защиты обмоток электродвигателя 90 град С

9 Максимальный угол открытия заслонок 30 град

10 Минимальная дискретность поворота заслонок, не менее 0.1 град

11 Скорость вращения заслонок 7.5 град/сек

12 Максимальное непрерывное время работы привода байпасного устройства 8 сек

13 Напряжение питания системы 12 В

14 Максимальное время автономной работы, не менее 40 час

Байпасный механизм соединен с неподвижным пилоном 1, фланец 4 которого крепится на ярмо снаряда. С двух сторон пилона установлены заслонки 2, со стороны набегающего потока газа на пилоне устанавливаются обтекатели.

Пилон 1 служит основой силовой конструкцией байпасного механизма и устанавливается между передним фланцем внутритрубного снаряда, также пилон

соединяется с аппаратурной секцией снаряда, что придаёт общую жёсткость конструкции байпасного механизма.

Электронное оборудование УАРСД было спроектировано и для работы автономном режиме, и для работы совместно с регистраторами серии СОРД-6, которые устанавливаются на магнитные дефектоскопы производства ЗАО «НПО Спектр».

Существует система автоматического регулирования скорости с формой регулируемого перепускного отверстия как Рисунок 64. Представляет собой двадцать вращающихся вокруг своей оси попарно в противоположные стороны лопастей.

Рисунок 64 - Устройство регулирования скорости

Рисунок 65 показывает еще один вариант перепускного устройства системы автоматического регулирования дефектоскопа имеющий шестнадцать вращающихся вокруг своей оси попарно в противоположные стороны лопастей

Рисунок 65 - Устройство регулирования скорости

Отличающееся от предыдущих байпасных устройств, устройство на Рисунок 66 имеет десять лопастей типа - жалюзи, где каждая створка вращается вокруг своей оси одновременно с остальными в зависимости от необходимого гашения скорости

Рисунок 66 - Устройство регулирования скорости

Рисунок 67 представляет байпасный механизм, представляющий собой десять секций, две из которых являют собой неподвижные пилоны, за каждый из которого по мере необходимости гашения скорости дефектоскопа заходят, тем самым открывая свободное сечение, четыре подвижные секции перепускного устройства.

Рисунок 67 - Устройство регулирования скорости

Так же в области внутритрубной диагностики известна система автоматического поддержания скорости внутритрубного снаряда-дефектоскопа с перепускным механизмом в виде заслонок, принцип которого заключается в следующем:

1) Одометры, которые установлены на снаряде считывают информацию о пройденном пути, далее она поступает на вычислитель, который расположен в герметичной секции снаряда [87, 88].

2) Далее вычислитель производит преобразование полученной информации о пути в скорость движения дефектоскопа, затем производит анализ

по специальному алгоритму для определения необходимо или нет изменение положения заслонок и величины этого изменения.

3) В том случае если необходимо изменение скорости движения, электропривод приводит в движение заслонки перепускного устройства, которые изменяют переток газа, и сдвигает их на необходимое расстояние.

4) Ввиду того, что переток газа через снаряд меняется, происходит изменение скорости его движения и вычислитель снова определяет необходимость изменения положения заслонок на перепускном устройстве. Данный процесс повторяется с определенной частотой все время, пока снаряд находится в пути, обеспечивая поддержание необходимой скорости дефектоскопа [55, 5675].

Известен, например, аппарат имеющий шесть попарно встречно поворотных секторов (регулятор скорости), установленных в передней части внутритрубного дефектоскопа. При подаче в камеру пуска регулятор скорости, включающий в себя шесть секторов, находится в закрытом состоянии, и только после повышения давления в камере и последующем пуске в трубопровод в зависимости от показаний датчиков скорости регулируется положение заслонок на регуляторе скорости. Также в данном методе регулирования скорости диагностического снаряда в трубопроводе применяется генераторно-резистивная система для дополнительного гашения скорости дефектоскопа в исследуемом трубопроводе в случае несвоевременного закрытия заслонок регулятора скорости.

Так же реализована механическая система для регулирования скорости инспекционного снаряда в исследуемом трубопроводе с использованием так называемых мотор-генератор-колес. Сутью изобретения является вариация режимов работы дополнительными опорными элементами снаряда выполненных в виде колес. Тормозной, двигательный и пассивный режимы мотор-генератор-колес используются в соответствии с показаниями датчиков скорости дефектоскопа. За счет пружинных блоков подвески данных колес - регуляторов скорости обеспечивается минимальное поперечное смещение продольной оси аппарата относительно оси симметрии газопровода.

Далее (Рисунок 68 - Рисунок 70) представлен снаряд-дефектоскоп с кратким описанием вышеупомянутого способа регулирования скорости:

Рисунок 68 - Продольное сечение снаряда-дефектоскопа с регулятором

скорости

Рисунок 69 - Конструкция снаряда-дефектоскопа, вид спереди (поворотные

сектора в открытом положении)

Рисунок 70 - Конструкция снаряда-дефектоскопа, вид спереди (поворотные

сектора в закрытом положении

1г \ 19

Рисунок 71 - Схема дефектоскопа

А.М. Подгорбунских в своей статье описывает пример механизма, в котором высказывается идея отказа от вращения по оси вдоль прямого ребра заслонки и

организация вращения заслонки относительно центра окружности (радиального сдвига), которая является образующей этой заслонки [75]. Пример такого механизма приведен ниже (Рисунок 72).

Рисунок 72 - Регулирование перепуская газа сдвижными заслонками

Заслонки, регулирующие перепуск газа при смещении по окружности, скрываются за неподвижным пилоном, открывая байпасный канал. Одним из недостатков заслонок такого типа, как пишет А.М. Подгорбунских, является малое сечение получаемого канала для перепуска газа. Одним из способов решения этой проблемы - разделение одной заслонки на несколько составных частей так, чтобы в положении открытого перепускного канала они становились одна за другой как это показывает Рисунок 73.

Рисунок 73 - Байпасный механизм на составных сдвижных заслонках

Еще одним способом реализации байпасного устройства является цилиндрическая заслонка, перекрывающая канал перепуска газа. Направление ее перемещения соосно с направлением движения внутритрубного снаряда. Конструктивное исполнение такого механизма представляет Рисунок 74.

Ярмо снаряда

Рисунок 74 - Цилиндрический байпасный механизм

Для этого перепускного устройства канал для перепуска газа через снаряд имеет выход не вдоль дефектоскопа, как во всех предыдущих конструкциях, а по направлению к стенкам трубопровода. Заслонка, перекрывающая канал, имеет цилиндрическую форму и расположена соосно с дефектоскопом. Перемещается она вперед по ходу движения снаряда для открытия канала и назад для его закрытия. Заслонка такого типа существенно увеличивает сечение газового канала, чем при использовании даже составных заслонок. Расчеты доказали, что для заслонки такого типа нагрузка на привод цилиндра равна 102 кг в продольном направлении при давлении газа 60 кг/см2 и скорости 8 м/с. Если принять максимальное тяговое усилие снаряда равное 100 т и перепад давлений 8 кг/см2, то обеспечивается необходимая мощность привода равная 0,5 л/с.

Цилиндрический тип перепускного устройства имеет несколько преимуществ, таких как небольшая требуемая мощность для перемещения

заслонки и маленькая нагрузка на нее, но требует очень мощного подвеса, так как даже небольшой перекос заслонки может привести к ее заклиниванию.

Так же известен способ регулирования движения аппарата для внутритрубного обследования и аппарат для его осуществления по патенту №2329432, который заключается в задавании пределов оптимальной скорости перемещения аппарата в трубопроводе и стабилизируют скорость перемещения в заданных пределах изменением проходного сечения устройства. В этом устройстве для реализации способа в полости патрубка, т.е. в канале меньшего сечения, образовано центрально-расположенное клапанное седло и с возможностью продольного перемещения установлен конический запорный орган со штоком, связанным через клапанное седло с приводом возвратно поступательного перемещения, который установлен перед патрубком по его оси, а раздвижные диафрагмы выполнены в виде гибких перегородок, закрепленных на пилонах с возможностью складывания на патрубке, и поджаты к его внешней поверхности при помощи тарированной пружины и рычагов, причем под перегородками в патрубке выполнены сквозные окна [71]. Рисунок 75 - Рисунок 79 - схема привода возвратно-поступательного перемещения.

Рисунок 76 - Схема дефектоскопа

Ш 3