автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Развитие теории и разработка высокоэффективных методов, средств и технологии внутритрубной дефектоскопии магистральных газопроводов для обеспечения их безопасной эксплуатации

На правах рукописи

Канайкин Виктор Архипович

Развитие теории и разработка высокоэффективных методов, средств и технологии внутрнтрубнон дефектоскопии магистральных газопроводов для обеспечения их безопасной эксплуатации

Специальность 05.02.11 - Методы контроля и диагностики в

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

машиностроении

4842513

/

/

/

Москва-2010

4842513

Работа выполнена в ЗАО НПО «Спецнефтегаз».

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шкатов Петр Николаевич

доктор технических наук, профессор Покровский Алексей Дмитриевич

доктор технических наук Бигус Георгий Аркадьевич

Ведущая организация: Институт физики металлов УрО РАН

(г. Екатеринбург)

Защита состоится « 2011 г. на заседании

диссертационного Совета Д 212.141.01 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

Ваш отзыв на диссертацию в одном экземпляре, заверенный печатью организации, просим присылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Телефон для справок 8-499-267-09-63

Диссертация в форме доклада разослана « ¿Ö_ » MOpTCl 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ~>

доктор технических наук, доцент /v ✓ >/^/^""Коновалов A.B.

оглавление

1. Общая характеристика работы 4

1.1. Актуальность темы..............................................4

1.2. Состояние проблемы............................................5

1.3. Цель диссертационной работы................................6

1.4. Методы исследования..........................................7

1.5. Научная новизна................................................7

1.6. Обоснованность научных положений и достоверность основных результатов и выводов....................................8

1.7. Практическая значимость и реализация результатов работы" 8

1.8. Апробация работы..............................................9

1.9. Публикации......................................................10

1.10. Основные положения, выносимые на защиту................10

2. Основное содержание работы 11

2.1. Определение основных видов дефектов магистральных газопроводов (МГ), их систематизация и классификация . . 11

2.2. Развитие теории и повышение информативности внутри-трубной дефектоскопии (ВТД)................................15

2.2.1. Выбор видов и методов неразрушающего контроля . . 15

2.2.2. Развитие магнитного контроля применительно к задачам ВТД МГ ..............................................17

2.2.3. Повышение информативности ВТД на основе ЭМА метода......................................................33

2.3. Разработка высокоэффективных средств ВТД МГ..........38

2.3.1. Средства ВТД МГ на основе магнитного метода ... 38

2.3.2. Средства ВТД МГ на основе ЭМА метода..............48

2.4. Разработка высокоэффективной технологии ВТД............50

2.5. Метрологическое обеспечение средств ВТД..................52

Основные выводы и результаты 54

Список научных трудов

56

1. Общая характеристика работы

1.1. Актуальность темы

Важность проблемы обеспечения бесперебойной, безаварийной деятельности энергетических артерий страны—магистральных газопроводов (МГ), уложенных глубоко в грунт трудно переоценить.

В настоящее время только на Россию приходится несколько сотен тысяч километров действующих газопроводов. До 2000 г. капитальный ремонт трубопроводов осуществлялся методом полной замены труб с отключением и демонтажем ремонтируемых участков. Такой вид ремонта приводил к огромным материальным затратам.

Основная часть отечественных магистральных газопроводов формировалась в 1970-1980 гг. По данным ОАО «Газпром», средний срок эксплуатации магистральных газопроводов по состоянию на 31 декабря 2009 г. составляет 26 лет. На сегодняшний день значительная часть российских газопроводов перешагнула нормативный срок службы. Этот срок не имеет научно обоснованного физического смысла и носит весьма условный характер. Срок эксплуатации до 80 % газопроводов превысил !. 5 лет, около 40 % газопроводов эксплуатируются более 25 лет, а некоторые более 30 — 35 лет. Для поддержания огромной сети трубопроводов в ОАО «Газпром» реализуется комплексная программа реконструкции и технического перевооружения объектов транспорта газа, компрессорныхмстанций и подземных хранилищ газа. Одной из задач, решаемых этой программой, является подготовка МГ к внутритрубной дефектоскопии, её проведение для выявления опасных дефектов и определения надёжности магистрального газопровода.

Эксперты Ростехнадзора в своих отчётах из года в год показывают, что основными угрозами целостности газопроводов являются развитие стресс-коррозии трубопроводов и производственный брак, допущенный при проведении строительно-монтажных работ. Причиной этого является потеря качества изоляционного покрытия на газопроводах, а также недостаточный уровень технического надзора при строительстве газопроводов в 1970— 1980 годах в период бурного развития газотранспортной системы.

В последние годы этим вопросам уделяется особое внимание. Однако, несмотря на общее повышение уровня надёжности газотранспортной системы России, по данным как ОАО «Газпром», так и Ростехнадзора, задача дефектоскопии магистральных газопроводов в целях выявления всех видов коррозионных и конструкционных дефектов не теряет актуальности, а наоборот требует постоянного повышения достоверности и нодёжности контроля.

Таким образом, создание высокоэффективных методов, средств и технологий Енутритрубной дефектоскопии для диагностического обследования состояния газопроводов и оценки опасности обнаруженных повреждений труб - проблема, имеющая важное значение для экономики страны. Для решения данной проблемы необходимо провести научное обоснование сложных технических решений, составляющих основу вну-тритрубной дефектоскопии (ВТД).

1.2. Состояние проблемы

В связи с большим количеством повреждений труб подземных магистральных газопроводов по механизму как обшей коррозии, так и стресс-коррозии в США в конце 50-х, а з СССР в конце 70-х годов были предприняты первые попытки решения проблемы по разработке и созданию внутрнтруб-ных снарядов-дефектоскопов для инспекции подземных трубопроводов.

Ко времени разработки и создания внутритрубных снарядов-дефектоскопов был накоплен достаточно большой опыт применения на заводах магнитной дефектоскопии труб с неочищенной поверхностью, покрытой тонким, но неравномерным слоем окалины, В дальнейшем работы в этом направлении проводились быстро и успешно и к настоящему времени создано большое количество разных типов снарядов-дефектоскопов, которые являются основным средством ВТД.

Анализ известных теоретических работ и технических решений в этой области показал, что использование магнитных методов для обнаружения дефектов в стенках подземных трубопроводов является довольно трудной задачей в научном плане и не менее трудоёмкой в техническом исполнении. Для решения этой проблемы необходимо выполнить ряд обязательных требований:

в система для контроля подземного газопровода должны помещаться внутри трубы и проходить в ней не менее 150 км (это среднее расстояние между компрессорными станциями); ® намагничивающая система должна потреблять как можно меньше электрической энергии и должна намагничивать стенки трубы до индукции, близкой к насыщению, так как только при этом условии дефекты внешней поверхности трубы могут быть обнаружены первичными преобразователями; • измерительная система должна иметь устройство для фиксации преобразователей и обеспечивать им наиболее полное сканирование по поверхности трубы; ® также необходимо создать системы регистрации дефектов и обработки полученной информации, разработать вспомогательные устройства, необходимых для надёжного выявления всех видов дефектов. Для решения этих задач в зарубежных снарядах-дефектоскопах используются мощные электромагниты, для обеспечения работы которых необходимы дополнительные секции, в которых размещаются элек-

тронное оборудование и аккумуляторы. Зто был своего рода внутритруб-ный "поезд", состоящий из секций, соединённых гибкими шарнирами и массой 10 и более тонн. Двух- и трехсекционные снаряды-дефектоскопы типа «Лайналог» давали хорошие результаты при диагностике состояния действующих газонефтепроводов и выявляли поперечные трещины, эрозионный износ, различные коррозионные повреждения.

Отчественными специалистами ещё в начале 70-х годов был разработан и создан снаряд-дефектоскоп на базе постоянных магнитов для регистрации коррозионных дефектов в газонефтепроводах малого диаметра—300мм. УДТ-300 был изготовлен на базе постоянных магнитов феррит-барий, более поздняя модификация УДТ-350—на постоянных магнитах самарий-кобальт, в этом было основное отличие отечественных снарядов-дефектоскопов от зарубежных.

В дальнейшем появилась необходимость в разработке надёжных и высокоэффективных средств ВТД магистральных трубопроводов диаметром до 1,5 м.

Для решения этой задачи необходимо было научно обосновать новые технические решения по созданию средств и технологий надёжного выявления, наиболее опасных дефектов и обеспечения безаварийной работы магистральных газопроводов.

Решению этой важной государственной проблемы посвящена данная работа.

1.3. Цель диссертационной работы

Цель диссертационной работы состоит в повышении достоверности и информативности внутритрубной дефектоскопии магистральных газопроводов для обеспечения их безаварийной эксплуатации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Определить и классифицировать по степени опасности характерные типы дефектов магистральных газопроводов, установить возможности их выявления и дефектометрической оценки различными методами неразрушающего контроля.

2. Разработать обобщённую расчётную модель, адекватно описывающую взаимодействие характерных дефектов газопровода с первичными преобразователями средств неразрушающего контроля.

3. Обобщить теоретические и экспериментальные исследования о взаимосвязи между параметрами характерных дефектов газопровода с выходными сигналами первичных преобразователей средств неразрушающего контроля при различных условиях контроля и воздействиях мешающих факторов. Научно обосновать и определить наиболее информативные для внутритрубной дефектоскопии газопроводов параметры сигналов, регистрируемых средствами неразрушающего контроля.

4. Разработать алгоритмы дефектометрической оценки параметров выявленных при внутритрубной дефектоскопии дефектов.

5. Исследовать различные факторы, влияющие на выявляемость характерных для магистральных газопроводов дефектов и определить методы и средства их подавления.

6. Установить предельные возможности выбранного основным вида неразрушаюшего контроля газопроводов и определить пути их расширения за счёт применения дополнительных видов контроля.

7. Разработать концепцию построения снаряда-дефектоскопа для внутритрубной дефектоскопии, его конструкцию и определить режимы и способы движения, считывания, координатной привязки, хранения и обработки информации.

8. Создать и внедрить снаряды-дефектоскопы и необходимые вспомогательные средства высокой надёжности для проведения внутритрубной дефектоскопии с безусловным выявлением опасных дефектов.

9. Разработать технологию внутритрубной дефектоскопии магистральных газопроводов на основе созданных, снарядов-дефектоскопов и вспомогательных средств.

10. Разработать и аттестовать стандартный образец с характерными дефектами для метрологического обеспечения средств внутритрубной дефектоскопии.

11. Реализовать на основе разработанных средств контроля к технологий проведение внутритрубной дефектоскопии магистральных газопроводов в объёме, требуемом для обеспечения их безаварийной работы.

1.4. Методы исследования

Исследования проводились на основе апробированных и корректных численных и аналитических методов расчёта и анализа магнитных полей, математического и физического моделирования, прикладной статистики и интерпретации статистических данных.

Результаты теоретических исследований проверены и подтверждены экспериментами, а также данными многочисленных испытаний и обследований магистральных трубопроводов с помощью разработанных внутритрубных снарядов-дефектоскопов.

1.5. Научная новизна

1. Для магнитного контроля предложена обобщённая расчётная модель дефектов типа трещин и коррозионных поражений газопровода в виде паза конечной длины и глубины с трапецеидальным продольным и поперечным сечениями. Показана необходимость учёта нелинейности магнитных свойств металла газопровода и их незначительное различие для применяемых в газопроводах сталей разных марок.

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований проведён анализ топографии магнитных потоков рассеяния над характерными для магистральных трубопроводов дефектами в основном металле и сварных соединениях при различных режимах намагничивания. Научно обоснованы и определены наиболее информативные для вну-тритрубной дефектоскопии газопроводов параметры магнитных потоков рассеяния, близкие к оптимальным условия выявления дефектов.

3. Определены предельные возможности магнитного контроля магистральных газопроводов при внутритрубной дефектоскопии: приемлемая для практики вероятность идентификации трещин достигается при их глубине более 10% от толщины t трубопровода, надёжное выявление трешин достигается при их глубине более 0,05 Установлено, что не соответствует требованиям практики вероятность выявления и идентификации трещин малой ширины (менее 50 мкм) и (или) длины (менее 10 мм) на фоне общей коррозии, а также не выходящих на поверхности трубопровода расслоений, образующиеся по хрупкому механизму растрескивания.

4. Показано, что для повышения достоверности ВТД магнитный контроль целесообразно дополнить электромагнитно-акустическим (ЭМА) методом. Проведённые исследования показали, что ЭМА метод позволяет в значительной степени уменьшить ограничения, присущие магнитному виду контроля и дополнительно получать важную диагностическую информацию.

1.6. Обоснованность научных положений и достоверность основных результатов и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов обеспечиваются корректностью поставленных задач, представительностью н достоверностью исходных и экспериментальных данных, использованием общепринятых теорий, гипотез и допущений, применением апробированных и корректных методик неразрушающего контроля, методов математического моделирования, а также методов прикладной статистики и интерпретации статистических данных.

1.7. Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Обоснована целесообразность выполнения цилиндрической намагничивающей системы с полым цилиндрическим магнитопрозодом. Для продольного намагничивания постоянные магниты размещаются на его концевых участках симметрично относительно оси цилиндра, а для поперечного намагничивания равномерно вдоль образующей магннтопровода

размещаются четыре постоянных магнита Н-образвой формы с чередующейся полярностью. Установлено, что для уменьшения и стабилизации магнитного сопротивления магнитной цепи целесообразно применять щётки с коэффициентом заполнения порядка 10%, размещаемые на рабочих торцах постоянных магнитов.

2. Установлено, что наилучшие условия магнитного контроля по достоверности, производительности и точности координатной привязки достигаются при скорости движения снаряда-дефектоскопа равной 2 м/с с диапазоном 1,5.. ,2,5 м/с. Для автоматического регулирования скорости движения снаряда-дефектоскопа разработаны специальные системы, состоящие из байпасных устройств различной конструкции, датчиков скорости, исполнительных механизмов, блоков управления и регистрации.

3. Разработана технология внутритрубной дефектоскопии магистральных газопроводов на основе созданных и сертифицированных в России и за рубежом снарядов-дефектоскопов с байпасяым устройством типа ДМТ и ДМТП и вспомогательных средств: скребка очистного, снаряда калибра, магнитного очистного поршня, снаряда--профилемера, камер запуска и приёма внутритрубных средств дефектоскопии. Разработанные снаряды-дефектоскопы и вспомогательные средства, имеют высокую надёжность и способны обследовать более 1500 км трубопроводов без ремонтов и замен.

4. Для обнаружения и измерения параметров дефектов, выходящих на внутреннюю поверхность трубопровода разработан и внедрён снаряд-интроскоп "МРЬ+", позволяющий упростить при магнитной дефектоскопии разделение сигналов от дефектов с внутренней и внешней поверхностей трубопровода.

5. Разработан и создан электромагнитно-акустическнй внутритруб-ный дефектоскоп типа "ДЭМАТ" позволяющий надёжно выявлять трещины глубиной от 1мм, длиной от 20 мм н шириной от Юмкм, определять зоны утонения стенок газопровода, выявлять с вероятностью 85% зоны отслоения изоляции площадью более 100 мм2.

6. На основе разработанных средств и технологии внутритрубной дефектоскопии обследовано более 950 000 км магистральных газопроводов России, а также участки газопроводов Аргентины, Белоруссии, Германии, Ирана, Испании, Италии, Казахстана, Польши, Украины, Сирии, Турции, Финляндии, Чехии и других стран. В России выявлено более 3 миллионов опасных дефектов, из них 750 тысяч особо опасных, которые были оперативно устранены.

7. В настоящее время, с учётом полученных автором научных результатов, ежегодно выпускается 12... 15 новых снарядов-дефектоскопов ВТД, а модернизируется и совершенствуется около 25 единиц.

1.8. Апробация работы

Основные положения диссертационной работы представлены многочисленными докладами на Международных деловых встречах „Диа-

гностика" в 1996... 2005 гг., на международных научных конференциях („Безопасность трубопроводов" 1995, 1999 гг., „Обслуживание и ремонт гззонефтепроводов" 2004 г., „Китайско-российский научный симпозиум" 2005г., „Worid Gas Conference" 2006г.), на европейских и российских научных конференциях („Неразрушающий контроль и диагностика", „Проблемы диагностики КРН и научно-технические решения по определению дефектных участков трубопроводов", „Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация" 2000г., „Современные методы и средства защиты и диагностики трубопроводных систем оборудования", Европейских конференций по НК и ТД) в 1999-2010гг.

1.9. Публикации

Основные положения диссертационной работы отражены в 52 публикациях, в состав которых входят 10 монографий и 16 публикаций в изданиях, входящих в „Перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёных степеней доктора и кандидата наук редакции 2010 года", из них 13 работ без соавторов и б монографий, общим объемом более 1000 стр.

1.10. Основные положения, выносимые на защиту

1) Концепция построения снаряда-дефектоскопа для внутритруб-кой магнитной дефектоскопии с намагничивающей системой на постоянных магнитах.

2) Обобщённая расчётная модель дефектов типа трещин и коррозионных поражений в виде паза конечной длины и глубины с трапецеидальным сечением для магнитного контроля магистральных газопроводов.

3) Установленные закономерности изменения магнитных потоков рассеяния над характерными для магистральных газопроводов дефектами в основном металле и сварных соединениях при различных режимах намагничивания.

4) Алгоритмы классификации и дефектометрической оценки параметров дефектов выявленных при внутритрубной дефектоскопии МГ.

5) Высокоэффективная технология комплексной внутритрубной дефектоскопии с использованием магнитного контроля, ЭМА метода и комплекса вспомогательных средств.

2. Основное содержание работы

2.1. Определение основных видов дефектов магистральных газопроводов (МГ), их

систематизация и классификация

По происхождению дефекты магистральных газопроводов подразделяются на производственно-технологические и эксплуатационные. По природе происхождения можно выделить две группы дефектов: Первая группа:

• дефекты, качества металла (изменения в химическом составе или чрезвычайная загрязненность трубной стали);

• дефекты проката металла (рванины; закатанная окалина; расслоения, плены, флокены и волосовины;

« дефекты сварки (трещины в зоне сварочного шва, непровары, поры, раковины, шлаковые включении).

Вторая груд па:

® дефекты, возникающие при транспортировке и укладке труб (деформации и локальные напряжения в случае изгиба трубы, царапины, вмятины, нагартовка стенки трубы);

• дефекты, за счёт механических повреждений стенки трубы (вмятины или гофра);

® коррозионные дефекты (участок сплошной коррозии, скопление каверн или пнттингов);

® локальные коррозионные дефекты (язвы, свищи, каверны);

® продольные канавки, ориентированные вдоль образующей трубы (ручейковая коррозия);

® продольные трещины, ориентированные вдоль образующей трубы (могут иметь плавное изменение глубины вплоть до 50 % толщины стенки или состоять из небольших по длине трещин с небольшими перемычками между ними);

• локальная зона мелких трещин, как правило, стресс-коррозионного типа;

® аномалия кольцевого сварного шва (чаще всего связанна со смещением кромок сваренных труб, утяжиной, трещиной, непроваром).

Следует также отметить, что громадная сеть магистральных газопроводов с каждым годом стареет, увеличивается количество труб с

повреждённым изоляционным покрытием, так как плёночное покрытие не выдерживает иногда и 10 лет эксплуатации. На этих участках чаще всего и проявляются различные коррозионные дефекты.

Возникают дефекты, связанные с сезонной подвижкой грунтов, к, как следствие, на напряжённых участках происходит растрескивание, как в зоне монтажных кольцевых швов, так и просто по телу трубы.

Все дефекты целесообразно классифицировать по степени опасности:

« закритический дефект {дальнейшая эксплуатация газопровода недопустима);

• критический дефект (требует создания особых условий эксплуатации газопровода: снижение действующих нагрузок в стенке трубы, введение постоянного контроля над параметрами и состоянием дефекта методами наружной и внутренней дефектоскопии);

® докритический дефект (требует периодического контроля методами наружной и внутренней дефектоскопии);

• незначительный дефект (регистрируется для последующих сравнений с результатами плановых обследований).

Среди всех дефектов особое место занимают повреждения и разрушения, связанные с. коррозионным растрескиванием под напряжением (КРН), за рубежом получившее название стресс-коррозии. Проблема поражения магистральных газопроводов дефектами стресс-коррозии существует уже достаточно длительное время.

Анализ аварийных отказов магистральных газопроводов России показывает, что их разрушение в большинстве случаев происходит вследствие стресс-коррозионного повреждения внешней поверхности металла труб.

Появлению коррозионных процессов в подземных трубопроводах способствует совокупность различных по своей природе факторов:

« качество выплавки стали по химическому составу;

« наличие больших скоплений неметаллических включений;

в качество изготовления проката и наличие расслоений в стенке трубы;

» остаточные напряжения в зоне догиба кромок листа, в термической зоне продольного сварного шва и нарушение структуры металла вблизи сварного шва, приводящие к изменению служебных характеристик трубной стали;

• недостаточная жёсткость конструкции труб большого диаметра против различного рода циклических колебаний и сезонных нагрузок;

• наличие дефектов в изоляционном покрытии;

• различные типы грунтов, создающие с грунтовыми водами агрессивную среду.

Таким образом, возникновение и развитие стресс-коррозии на трубах, представляет собой многофакторный характер, начиная от качества выплавки металла и заканчивая условиями эксплуатации магистральных газопроводов.

Анализ исследований, проведённых на материале труб после разрушения показал, что практически в каждом случае вокруг очага разрушения есть трещины, которые остановились в своём развитии — «затупились вершины трещин». Иногда эти трещины даже при разрушении (взрыве) не страгиваются, если находятся вдали от магистральной трещины. Но наблюдаются случаи, когда трещины страгиваются под действием внешней причины и катастрофически быстро развиваются вглубь металла (со скоростью не менее 1,5 мм/год) и именно они образуют очаг разрушения трубы.

Самым массовым дефектом труб магистральных газопроводов является общая коррозия. Статистический анализ показал, что на участках с интенсивной общей коррозией отсутствуют дефекты стресс-коррозии и, наоборот, в местах зарождения и развития стресс-коррозии общей коррозии практически не наблюдается, словно стресс-коррозионный процесс тормозит развитие общей коррозии.

Существенную значимость имеют четыре фактора:

1) Стресс-коррозия появляется по всему периметру трубы, ко имеется явный приоритет концентрации дефектов на нижней её части (с 5 до 7 ч по циферблату).

2) Наибольшее количество стресс-коррозионных повреждений наблюдается на трубах с плёночной изоляцией, меньше—с битумной.

3) Влияние толщины стенок труб наиболее явно выражено для газопроводов с диаметром труб 1420 мм. Зарождение и развитие стресс-коррозии происходит на наиболее нагруженном участке газопровода, выполненного, как правило, из тонкостенных труб. Толщина стенок труб определяет фактические напряжения, как от внутреннего давления газа, так и дополнительные от внешнего воздействия на трубопровод.

4) Влияние способа изготовления труб. Так, при спиральном закручивании листа в трубу имеет место холодная деформация металла листа в направлении, противоположном направлению прокатки (типа скручивания), возникающие при этом напряжения сохраняются в трубе и после сварки. По-видимому, только поэтому в абсолютном исчислении максимальное количество дефектов стресс-коррозии обнаружено на спи-ральношовных трубах. На втором месте по количеству обнаруженных дефектов стресс-коррозии занимают отечественные прямошовные двух-шовные трубы. И совсем незначительное количество дефектов стресс-коррозии обнаружено на импортных прямошовных одношовных трубах. В любом случае сварки плетей, а в последующем магистрального газопровода один шов всегда окажется в нижней половине трубы (между 5 и 7ч по циферблату), а в одношовной трубе шов может оказаться в нижней части трубы только по недосмотру монтажников. Таким образом, вклад в дефектность в двухшовных трубах вносят металл трубы

¡'А

Продольная канавка 495 мм х 40 мм х 1,5 мм

Трещины стресс-коррозионного происхождения

Трещина на кольцевом щзе

Продольная трещина (по линии сплавления продольного сварного шва)

Рис. 1, Типичные дефекты газопроводов

и один продольный заводской сварной шов, а в одиошовных трубах — в основном только металл трубы. Из этих значимых факторов первые два связаны с целостностью изоляционного покрытия, остальные с напряжённо-деформированным состоянием металла труб.

Для определения не только основных параметров, характеризующих состояние металла труб, но и фактического состояния всего газопровода используются методы внутритрубной дефектоскопии —комплекс технологических операций, реализуемых путём пропуска внутри газопровода специальных внутритрубных снарядов. Внутритрубная дефектоскопия позволяет проводить обследование линейной части газопроводов на всем её протяжении, выявлять различные несовершенства и дефекты, являющиеся потенциальными причинами аварийных отказов.

2*2. Развитие теории и повышение информативности внутритрубной дефектоскопии (ВТД)

2.2.1. Выбор видов и методов неразрушагощего контроля

Инспекция подземных магистральных газопроводов включает выявление разнообразных дефектов, их идентификацию и дефектометри-ческуго оценку для последующего определения степени опасности. Дефекты, развивающиеся в процессе эксплуатации, возникают, преимущественно, на внешней поверхности трубопровода. Для инспекции многокилометровых газопроводов с требуемым качеством необходимо обеспечить как достаточную ко всей гамме возможных дефектов чувствительность, так и высокую производительность. Последнее требование диктует необходимость применения исключительно бесконтактного неразру-шающего контроля. Требуемую чувствительность способны обеспечить бесконтактные магнитный и магнитно акустический контроль. Они дополняют друг друга и позволяют повысить достоверность внутритрубной дефектоскопии при совместном использовании.

Электромагнитно акустический (ЭМА) метод сравнительно новый и относится к акустическому виду контроля. Для бесконтактного возбуждения ультразвука требуется импульсная электрическая мощность в несколько киловатт. Благодаря появлению современной, полупроводниковой элементной базы, способной коммутировать токи до 100 А при напряжениях 600... 800В, удаётся создать экономичные малогабаритные ЭМА средства внутритрубной дефектоскопии. Возможности применения ЭМА метода для внутритрубной дефектоскопии активно исследуются, в том числе, и в рамках представленной работы.

Особый интерес вызывает возможность получения информации о дефектах газопроводов трудно или принципиально не выявляемых магнитным контролем. При магнитном контроле затруднено выявление трещин при следующих условиях:

® ширина трещин менее 50мкм;

• трещины развиваются на фоне общей коррозии,

• трещины развиваются с внешней стороны трубопроводов толщиной

более 30 мм.

Магнитным контролем с низкой вероятностью выявляются расслоения при условии их выхода на одну из поверхностей, а получаемая оценка толщины трубопровода выполняется с достаточно большой погрешностью.

ЭМА метод имеет большую чувствительность к вышеперечисленным дефектам газопроводов, что позволит при его реализации получить информацию о дефектах металла в более полном объёме. Кроме того, с

помощью ЭМА метода можно судить о состоянии наружной изоляции трубопровода и механических напряжениях в металле, получая важную для диагностики информацию.

Наиболее широко для внутритрубной дефектоскопии применяется магнитный контроль, позволяющий выявлять и идентифицировать большую часть опасных для газопроводов дефектов.

Принцип выявления дефектов при магнитном контроле заключается в вытеснении части магнитного потока из металла за счёт увеличения магнитного сопротивления соответствующего участка дефектом сплошности. Образуемый за счёт дефекта магнитный поток рассеяния регистрируется магниточувствительным первичным преобразователем, перемещаемым над поверхностью трубы (рис. 2).

Дефектоскопия подземных трубопроводов на основе магнитного контроля является довольно трудной задачей в научном плане. Для её решения потребовалось провести научные исследования, связанные с определением оптимальных режимов намагничивания и расчётом соответствующих намагничивающих систем, установлением взаимосвязи между размерами характерных для трубопроводов дефектов и параметрами магнитных потоков рассеяния, определить наиболее информативные составляющие магнитных потоков рассеяния и способы их считывания, оценить влияние мешающих факторов и разработать способы его подавления. Научные исследования проводились как экспериментально, так и путём математического моделирования.

2.2.2. Развитие магнитного контроля применительно к задачам ВТД МГ

Исследование влияние магнитных свойств металла

Для всех видов исследования важен вопрос о влиянии магнитных свойств металла на формирование магнитных потоков рассеяния.

Для исследования были взяты восемь трубных сталей отечественного и зарубежного производства (таблица 1). Из каждой стали были изготовлены 3 образца: два образца в виде стержней, вырезанных в поперечном и продольном направлениях относительно оси трубы, и один в виде кольца. На кольцевых образцах проведены измерения индукции баллистическим гальванометром на установке БУ-3.

Различие полученных магнитных характеристик всех трубных марок сталей достаточно мало (рис. 3). Это связано со слабым влиянием магнитных свойства низколегированных малоуглеродистых сталей от вариаций химического состава. Полученные результаты лежат в сравнительно узкой полосе между кривыми намагничивания наиболее жёсткой (в магнитном отношении) и наиболее мягкой сталей (марки сталей 17Г2АФ и 16ГФР соответственно). Приведённые кривые намагничивания показывают, что в интересующей нас области индукции (В = 1,5... 1,6 Тл) крайние значения проницаемости отличаются от среднего значения примерно на 30%. В этих условиях выявляемость дефектов в указанных марках сталей будет практически одинакова. Действительно, анализ многочисленных исследований показывает, что индукция магнитных потоков рассеяния в окрестности рабочей точки не зависит от проницаемости стали, при неизменной напряжённости Н0 намагничивающего поля. Как правило, обеспечивается постоянство намагничивающего магнитного потока Ф. Это приводит к вариации Я0 при изменении р. Полученные оценки показывают, что поля дефектов типа трещин от вариации //, практически не зависят, а поля дефектов типа коррозионных каверн на трубах с предельно большими и предельно малыми значениями р будут отличаться от средних значений приблизительно на 30%.

Кривые намагничивания, снятые на стержневых образцах из отечественной стали 17Г1СУ, вырезанных вдоль оси трубы и в поперечном направлении, различаются мало, также как от кривой намагничивания, полученной для кольца и располагающейся в полосе между образцами 5 и 7 (рис. 3). Это показывает, что анизотропия свойств данных сталей, обусловленная текстурой прокатки, пластической деформацией при заготовке листа для трубы и рядом других причин, невелика.

Таблица 1. Трубные стали

№ обр. Страна производитель Марка стали

1 Япония Х70

2 Германия Х70

3 Швеция Х65

4 Россия 08Г2МФБ

5 Россия 17Г2АФ

6 Россия 17Г1СУ

7 Россия ¡¡.ГОР

8 Россия 09Г2ФБ

1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

в, Та Процессы формирования

магнитных потоков рассеяния. и их связь с параметрами дефектов - предмет многочисленных теоретических и экспериментальных исследований как отечественных, так и зарубеж-- : 1 • ных 'ученых:'"'Акулова Н. С., Вонсовского ' С. В.; Горкуно-я, а/см ва Э. С., Загидулина Р. В., Зао 20. 40 60 80 цепина H.H., Михеева М.Н.,

Мужицкого В. Ф., Ничипуру-Рис. 3. Кривые намагничивания ка А. П., Пашагина А. И., трубных сталей Покровского А. Д., Халилёе-

ва П. А., Щербинина В.Е., Шель М.М., Шелихова Г. С., Шура'М.Л., Януса Р. И., Ферстера Ф., Штумма У., Добмана Н. и др.

Вместе с тем, магнитная дефектоскопия газопроводов имеет свою специфику, не нашедшую должного отражения в известных работах. Одна из особенностей состоит в том, что значительная часть дефектов имеет вид канавок (ручейковая коррозия) продольного и поперечного направления. Активно развивающиеся в глубину трещины имеют треугольное поперечное сечение. Прекращение роста трещин происходит при их "затуплении". Тогда они имеют трапецеидальное поперечное сечение. Значительная часть дефектов имеет плавное изменение глубины трещины. Модели, успешно применяющиеся для других задач магнитной дефектоскопии, не описывают отмеченных особенностей.

Дефекты, подлежащие выявлению в стенках газопроводов, довольно разнообразны по своим конфигурациям и размерам и задача определения геометрических параметров дефектов по изменению магнитного поля на дефектах не имеет общего решения. В практике магнитной дефектоскопии эту задачу до настоящего времени решают лишь в тех случаях,когда в однотицныХ;изделиях18ыявл,ч»тся однотипные дефекты.

; . -< Реальные,--дефекты, р работающем -газопроводе, далеки--отмискус* ственных; . а -условия, лабораторных исследований , далеки , от, реальных . условий/работы снаряда-дефектоскопа; . ....... ....., ■

® овальные дефекты имеют сложную оорму, изменяясь пб длине, ширине и глубине от дефекта к дефекту; '.......

в .в -газопроводе.. снаряд-дефектоскоп ,может .двигаться. при разных ; скоростях — от 1 до 5м/с и более со всевозможными ускорениями. ,..%., и биениями, в результате чего магнитный поток в стенке,трубопро-, вода будет все время изменяться;

• на сигналы датчика магнитного поля будут накладываться сигналы, вызванные случайными причинами — выступами сварных швов,

локальными утолщениями труб, магнитным и немагнитным шламом, врезками, заглушками и разного вида обустройствами.

Неоднородности магнитного поля, обусловленные дефектами сплошности, могут быть выявлены измерениями нормальной компоненты, ортогональной к поверхности трубы или тангенциальной компоненты, совпадающей с направлением намагничивающего поля. В большинстве зарубежных и отечественных дефектоскопоз для контроля изделий предпочтение отдавалось регистрации нормальной компоненты. Это аргументировалось тем, что тангенциальная компонента над поверхностью изделия в направлении его измерения не равна нулю даже тогда, когда никаких дефектов нет.

Возможные расположения элементов преобразователей, содержащих один чувствительный элемент (называемых полимерами I и II), а также содержащих два элемента и включённых встречно (условно называемых градиентометрами III, IV, V и VI) показаны на рис. 4.

Недостатком преобразователей типа I, сигналы которых определяются тангенциальными компонентами поля, является неравенство нулю сигнала !70, выдаваемого ими над неповреждённой стенкой трубы. Колебания этого фонового сигнала, вызываются колебаниями фонового поля В0. Устранить эти трудности можно использованием преобразователей типа III. Форма сигналов, выдаваемых преобразователями этого типа, не отличается от формы сигналов с преобразователей типа I. Достоинством схемы III является однозначность выдаваемых сигналов. Любые дефекты сплошности приведут к увеличению Н, и, соответственно, к увеличению абсолютной величины сигнала без изменения знака. Уменьшения сигнала могут происходить только при возрастании толщины стенок трубы в результате применения накладок и других конструктивных элементов, регистрация этих уменьшений поля не встречает затруднений и Бовсе необязательна. Указанная особенность позволяет использовать незнако-чувствительные регистраторы. Протяжённость сигнала достаточно точно соответствует протяжённости дефекта, что чрезвычайно облегчает расшифровку и интерпретацию сигналов. Небольшое отклонение оси магни-точувствительиого элемента от параллельности внутренней поверхности трубы не приводит к существенному изменению сигнала.

Первый недостаток схем типа II состоит в двузначности выдаваемых ими сигналов, что осложняет расшифровку записи. Второй недостаток - высокая вероятность пропуска протяжённого дефекта с пологими краями, а третий состоит в том, что протяжённость дефекта не соответствует протяжённости сигнала на магнитограмме. Достоинство же схемы II — отсутствие фонового сигнала при перемещении над бездефектными участками, реализуется только при сохранении нормальной ориентации оси чувствительных элементов в процессе сканирования. Обеспечить это практически весьма сложно.

Изложенные соображения в пользу выбора схемы включения III проверялись экспериментально. Были сняты магнитограммы четырёх дефектов (рис. 5) и магнитограммы катастрофического дефекта (рис. 6)

Рис. 4. Возможные варианты расположения чувствительных элементов в

первичных преобразователях

; У Я. 0 .............

Рис, 5. Магнитограммы от группы дефектов для нормальной и тангенциальной составляющих потоков рассеяния

Н„: А/см Нормальная компонента

Рис. 6. Магнитограммы от катастрофического дефекта для нормальной и тангенциальной составляющих потоков рассеяния

шириной 14 мм и постепенно углубляющегося до 90% в стенку трубы. Дефект был типа канавки и сигнал по нормальной компоненте #„, для него составляет по максимуму 116 А/см, а по тангенциальной компоненте Яг - 40 А/см.

Оказалось, что магнитограммы но сигналам полимера типа II использовать в реальных условиях невозможно вследствие больших помех от нестабильности углов установки и от полей вихревых токов. Вместо полимеров типа II были использованы градиентометры типа IV, но магнитограммы существенно усложнились. Количество пиков от резко локализованных дефектов удвоилось (но не во всех случаях, как показано на нижних графиках (см. рис. 5 и рис. 6), а многие сильно растянутые слабые сигналы от «размытых» краёв дефектов большой площади, наоборот, компенсируются и исчезают. По-видимому, в этом случае возникшие трудности непреодолимы. Описанные закономерности справедливы, как для чувствительных элементов в виде феррозондов, так и датчиков Холла или индукционных датчиков.

Таблица 2. Исследуемые типы искусственных дефектов с размерами

JVo обр Типы дефектов Размеры, мм

1 Поперечный щелевой (типа трещины) 0,5 к 105

2 Поперечный 20 х 52

3 Поперечный 10 х 31

4 Круглый 0 20

5 Круглый 015

6 Постепенно расширяющийся и углу бля ющийся 0 от 9 до 30 мм с углом заточки 120°

7 Продольные дефекты 20 х 100 и 20 х 64

Таким образом, при внутри-трубной дефектоскопии магистральных газопроводов целесообразно регистрировать тангенциальную составляющую магнитного поля, совпадающую с направлением намагничивающего поля. При этом для подавления неинформативной составляющей сигнала следует использовать градиентометрическую схему включения чувствительных элементов, располагая их друг над другом (рис. 4, схема III).

Разобраться в природе сигналов от дефектов и от причин, вызвавших изменение магнитного поля, помогает опыт эксплуатации дефектоскопов, получаемый при сопоставлении записей с вызвавшими их реальными дефектами различной природы. Вместе с тем, для выяснения основных закономерностей формирования потоков рассеяния под действием характерных дефектов необходимо провести как расчётно-теоретические.так и экспериментальные исследования, опираясь на модельное представление дефектов. Экспериментальные исследования

Анализ реальных дефектов, выявляемых при дефектоскопии работающих трубопроводов показал, что всё их многообразие целесообразно свести к модельным дефектам 7-ми типоз (таблица 2). Были изготовлены образцы с дефектами соответствующего типа разной глубины в трубе толщиной £ = 15 мм из стали марки 17Г1СУ. При экспериментальных исследованиях трубу намагничивали в соленоиде для получения

Рис. 7. Зависимости относительного приращения напряжённости магнитного поля рассеяния от дефектов от их глубины в процентах К% при г — 15 мм 1... 7—номер образца по табл. 2

однородной намагниченности на достаточной её части. Магнитное поле измеряли на внутренней поверхности трубы феррозондовым преобразователем импедансного типа.

Феррозонд перемещался над дефектом, сигнал от него записывался двухкоординатным самописцем, а параллельно регистрировалось пройденное феррозондом расстояние. Полученные зависимости в процентах АН/Н0 от глубины Н% дефектов приведены на рис. 7, где Я0 — напряжённость намагничивающего поля над бездефектной трубой, ЛЯ — максимальное приращение тангенциальной компоненты этого поля при сканировании.

Анализ полученных результатов приводит к следующим предварительным выводам:

• Поперечные дефекты, вытянутые в перпендикулярном направлении намагничивания, дают много большие сигналы, чем продольные дефекты, вытянутые вдоль направления намагничивания. Дефект типа продольной трещины не выявляется вообще.

• Протяжённость сигнала б направлении сканирования достаточно точке- соответствует протяжённости дефекта в том же направлении, если последняя превышает величину 2[1 + Т), где ¿--толщина стенки трубы (15 мм), а Т— расстояние от поверхности трубы до датчика (Змм). Таким образом, совпадение протяжённости дефекта имеет место при длине дефекта более 36 мм, а дефекты меньшей длины, вплоть до нулевой, когда имеется в виду поперечная трещина, дают сигналы одинаковой протяжённости — от 25 до 36мм.

Классификация дефектов

Определение геометрических размеров дефекта сплошности, особенно его глубины, по параметрам его магнитного поля затруднительно. Целесообразно после приближенной оценки длин дефекта Ь- и Ь±, в направлениях параллельном и перпендикулярном направлению намагничивания, соответственно, воспользоваться классификацией, приведённой в таблице 3.

После проведения испытания опытной поисковой секции в натурных условиях по магнитограммам была сделана оценка размеров и глубин искусственных и некоторых естественных дефектов. После снятия изоляции с поверхности трубы результаты расшифровки магнитограмм были сопоставлены с действительными размерами дефектов. Сопоставления показали, что результаты оценки размеров и глубин дефектов,

Таблица 3. Классификация дефектов

Класс Характер дефекта 1,,: ¿1

1 Узкие поперечные дефекты < 24 3> 24

2 Малые приблизительно равнопротяженкые <21 < 2(

з..... Большие приблизительно ргвкопротяжешше >21 > 21

•1 Узкие продольные »24 < 24

Рис. 8. Расчётная модель в виде паза конечной длины и глубины с трапецеидальными продольным и поперечным сечениями

относящихся к классам 2 и 3, в большинстве случаев хорошо совпадают с действительными размерами, но иногда дают завышенные глубины по сравнению с действительными глубинами дефектов. Естественные коррозионные дефекты классов 1 и 4 в этих испытаниях не встречались.

Разбивка дефектов на четыре класса по их конфигурации полезна, так как для каждого из этих классов зависимость величии сигналов, создаваемых дефектами, от их глубины существенно различна. Эти зависимости могут быть уточнены по мере накопления статистических данных на стендовых и эксплуатационных испытаниях внутритрубных снарядов-дефектоскопов. В принципе возможна корректировка расшифровки магнитограмм, которые в будущем при эксплуатации дефектоскопов повысят точность определения глубины дефектов. Расчётио-теоретическне исследования

Математическое моделирование проводилось с учётом нелинейности магнитных свойств металла как в двухмерной (ЕЬСиТ), так и в трёхмерной постановке (АЖУБ). Пакет ЕЬСЧЛ имеет достаточно развитые сервисные возможности, но не позволяет моделировать трёхмерные задачи. Путём математического моделирования определялись закономерности формирования магнитных потоков рассеяния под воздействием дефектов при вариации их формы, геометрических размеров и положения. Отдельно исследовалась топография магнитного поля над сварным швом и околошовной зоной с учётом различия их магнитных свойств и влияния валика усиления.

Для описания возможно большего класса дефектов единой расчётной моделью была разработана модель в виде паза конечной длины и глубины с трапецеидальными продольным и поперечным сечениями (рис. 8).

В известных моделях исследовались дефекты с прямоугольными сечениями. При этом несплошность имела вид прямоугольного параллелепипеда. Предложенная модель позволяет в большей степени учитывать форму реальных дефектов в виде канавок, коррозионных поражений и трещин. При реализации расчётных моделей принимались следующие

Рис. 9. Расчётная модель в виде паза конечной длины и глубины с треугольной продольным и поперечным сечениями

допущения:

• Распределение напряжённости намагничивающего магнитного полк Но по сечению трубы равномерно.

• Контролируемый участок плоский.

» Для сталей различных марок сталей можно пользоваться усреднённой кривой намагничивания.

Для каждого из принятых допущений проводилась оценка вносимой погрешности, которая не превышала приемлемой для решаемой задачи величины.

На основе предложенной модели исследовались основные закономерности формирования магнитных потоков рассеяния внешними и внутренними дефектами с треугольным поперечным сечением (рис. 9), устанавливалась взаимосвязь между параметрами таких дефектов и максимумом соответствующего приращения тангенциальной составляющей Я4. Данный вид модели позволяет исследовать влияние дефектов типа трещин (а < 30°), точечных потерь металла и локальных коррозионных поражений (30° < а < 90°), общей коррозии и механических повреждений (а > 90°).

При прочностных расчётах задавались следующие параметры: толщина стенки трубы í = 12 мм, внешний радиус трубы К = 610 мм, напряжённость намагничивающего поля Но - 8000 А/м, рабочий зазор Т = З.чм. Принималась усреднённая для трубных сталей кривая намагничивания, а для обобщения полученных результатов, выполнялась нормировка приращения ^ по напряженности Яо намагничивающего поля Щ = Я(/Я0. Приведённая длина дефекта Ьщ вычислялась по формуле = Ь/\/Ш. Приведенная длина £пр используется в прочностных расчётах.

т

—О.-60"

*rs<r-

S

а) Дефект внутренний, Ы.-25 % Ь) Дефект вненшнй, И»л=25 %

Рис. 10. Зависимости максимума нормированного приращения над

внутренним и поверхностным дефектами с треугольным поперечным сечением

с) 25%, а= 60° rf) h/=50%, а= 60°

е) h%= 25%, а= 150° /) h%=50%, а= 150°

Рис. П. Сравнение зависимостей #(*та>: = Яг*п,ах(ЬПр) £ля внешнего и внутреннего дефектов с треугольным поперечным сечением для разных значений угла а и глубины к дефекта

Полость трубы

Рис. 12. Распределение силовых линий магнитного поля (слева) и Hi (справа) над внешней и внутренней поверхностями для дефекта глубиной = 50 % с углом а = 60°

Ж

а] Дефект внутренний, I» 40мм (0,47) а) Дефект внешний, I - 40мм (0,47)

Рис. 13. Зависимость #?*гаах над внутренним дефектом с треугольным поперечным сечением от а для разных значений глубины

Представленные на рис. 10 зависимости показывают, что с увеличением угла а возрастает влияние на Н?тгх длины как внутренней, так и наружной трещин. Установлено, что от величина угла а существенно влияет на соотношение чувствительностей к внутреннему и внешнему дефектам. Представленные на рис. 11 зависимости показывают, что с увеличением угла а н глубины Л дефекта чувствительность к внешнему дефекту растет и при определенных условиях может значительно превосходить чувствительность к внутреннему дефекту таких же размеров. Так, например, при 1щ — 25% и а — 10° сигнал от внутреннего дефекта примерно в 2 раза превосходит сигнал от аналогично наружного дефекта. При Ь% = 25 % и а = 150°, а также при Н% = 50% и а = 80° сигналы от идентичных внутреннего и внешнего дефектов сопоставимы. Однако, при к% — 50 % и а = 150° уже сигнал от внешнего дефекта примерно в 2 раза превосходит сигнал от аналогично внутреннего. Закономерность обнаруженного эффекта поясняют картины распределения силовых линий магнитного поля и его тангенциальной составляющей при наличии дефекта с треугольным сечением, представленные на рис. 12. Из них

И * -ф- О -в h-"90%

S в о о в h-70%

9 0 S

-С -О- S h-50%

9-0 О 0 о о k'30%

О 1 2 3 4 5 L np

5 L пр

а) а = 10°

Ъ)а- 60°

Рис. 14. Диаграммы = а, £■„,,) с выделенными областями

предельных значений коэффициентов запаса трубы по текучести (нижняя выделенная область) и по прочности (верхняя выделенная область) для внешних дефектов с треугольным поперечным сечение?.? (Ар = 1220 мм, г = 12 мм, Г = 3 мм, Н0 = 8 ООО А/и)

видно, что, действительно, напряженность магнитного поля больше над поверхностью, не содержащей дефекта.

Зависимость Щпах от угла а качественно изменяется при увеличении глубины дефекта h и перехода от внутреннего дефекта к внешнему. Как следует из рис. 13 для внутреннего дефекта наблюдается максимум Щ^щх при а = 30... 40°. При этом с увеличением h экстремум становится более ярко выраженным и ему соответствуют меньшие значения угла а. Следует отметить, что для дефектов с относительной глубиной h% < 25% влияние а незначительно, в то же время при h% > 50% изменения а от -30° до 150° приводят к уменьшения Я*гаг:!, по меньшей мере, в 2 раза при линейной зависимости Ht¡тм(<*).

Для внешних дефектов при h% <25% незначительно воз-

растает с ростом а практически по линейному закону (рис. 13). При h% > -50 % имеет место экстремум Яг*тах для а = 90°... 120°. С дальнейшим увеличением а происходит быстрое уменьшение

Проведённый анализ влияния угла а при вариации глубины h и длины L дефекта с треугольным поперечным сечением позволил получить ряд важных для идентификации дефектов закономерностей. Обнаружен эффект возможного превышения чувствительности к внешнему дефекту по сравнению с чувствительностью к идентичному внутреннему дефекту. Показано, что изменение угла а по разному влияет на максимумы регистрируемых сигналов от внутренних и внешних дефектов, а степень влияния существенно зависит от глубины h.

На основе модели дефекта с треугольным поперечным сечением

2 ■

Я*,,

Я'

1,5 1

»1»35 мм (0.35)

—^аШОх-

¡иО-Щ-

•=-=■^200 мм

____

50 100

а.) Дефект внутренний. Ширима 0,5 мм, а-10'

0,5

«.«■•.¿-200 мм (2.34!

—^зооавьйаи—:—

Ь) Дефект е

10,5мм, й-10°

Рис. 15. Зависимости Я*1!ПИ = #£гаах0®,Ь) над внутренним и внешним дефектами глубиной к = 6мм с треугольным поперечным сечением (Т = 5 мм, 4 = 12 мм. Яо = 8000 А/М)

были рассчитаны диаграммы = Щ^Хк^а, Ьвр). В качестве при-

мера на рис. 14 приведены диаграммы для трубопровода с внешним диаметром Лтр = 1220 мм и толщиной стенки г = 12 мм, содержащего внутренние и внешние дефекты с углом а = 10°. На диаграммах отмечены области при которых сочетание параметров ¡г и соответствуют предельным значениям коэффициентов запаса трубы по текучести (нижняя выделенная область) и по прочности (верхняя выделенная область), соответственно. Это позволяет оценить наиболее вероятный диапазон изменения регистрируемого параметра Н. при дефектоскопии магистральных газопроводов. Для. оценки влияния вариации глубины дефекта вдоль её длины и влияния изменения угла наклона боковых стенок проводились исследования на основе обобщённой расчётной модели.

Приведённые на рис. 15 показывают влияние угла ¡3 на для внутренних дефектов различной длины. Видно, что влияние 0 растёт с уменьшением длины дефекта.

Исследование поля рассеяния от кольцевого шва

При магнитной внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов, находящихся в эксплуатации, приходится иметь дело с магнитным полем кольцевого поперечного сварного шва, соединяющего трубы в единую нить. С одной стороны, это поле служит помехой для выявления дефектов в стенке трубопровода, с другой стороны, поле сварного поперечного шва служит репером для привязки результатов диагностики к пути, пройденному дефектоскопом. В связи с этим исследование поля поперечного сварного шва важно и для оценки его влияния на форму сигналов от дефектов в околошовной зоне и для координатной привязки результатов дефектоскопии.

Вблизи шва образуются наплывы металла сварочного электрода, происходят изменения состава и структуры металла. Это приводит к неоднородности магнитных свойств. Поскольку диаметр трубы существен-

24

.Ш

Д

Рис. 16. Поперечное сечение, сварного шва

В, мТл

но больше толщины стенки, задача моделировалась на плоскости методом конечных элементов. Геометрическая расчётная модель показана на рис. 16.

Для формирования магнитных потоков рассеяния важно отношения и на разных участков трубы. Примем проницаемость основного металла /.¿ЖТ = 100, а проницаемость металла сварного шва ,иС!1 будем варьировать. Примем величину индукции в металле. Во = = 1,5 Тл, а рабочий зазор над поверхностью металла Г = 5 мм. Если проницаемость материала шва равна проницаемости материала стенки трубы, неоднородность поля вблизи шва будет определяться геометрической неоднородностью участка. Магнитное сопротивление из-за утолщения в зоне шва уменьшается, что приводит к соответствующему изменению тангенциальной сох, мм етавляющей индукции над стенкой трубы на величину порядка 12% (рис. !7). Из приведённых графиков видно, что поле, обусловленное внутренним металлом шва, более локально. Между тем на практике именно размеры внутреннего валика в большей степени изменяются от шва к шву. Расчёты, выполненные при увеличенной до 7 мм ширине внутреннего валика, показали, что максимальное изменение В■ составило 17% от индукции В0. Это определяет уровень изменения В, над сварными швами из-за технологического разброса ширины внутреннего валика.

Оценка параметров характерных дефектов магист£альных газопроводов по результатам внутрнтрубного иеразрушающего контроля

Современные внутритрубяые снаряды за один проход снимают топографию магнитного поля на внутренней поверхности трубы на расстоянии порядка 100км и более и с достаточно хорошим разрешением. Однако надёжных методов обработки данных измерений, определения параметров дефектов до сих пер не разработано. Наиболее серьёзной причиной является огромное вычислительное время, затрачиваемое су-

-50 -40-30 -20 -ю

10 20 30 40

Рис. {7. Распределение В£ над сварным швом в направлении намагничивания.

1 — поле от шва б целом, 2—поле при наличии только

верхнего наплыва, 3 — поле при наличии только нижнего наплыва

шествующими методами.

Для реконструкции дефектов необходимо решить обратную задачу магнитных полей рассеяния от дефектов. В общем случае такая задача некорректна, т.е. не имеет однозначного решения. Поэтому необходима дополнительная, априорная информация о типе дефекта, тогда задача может иметь однозначное решение. Кроме того, для решения обратной задачи необходимо уметь решать прямую задачу полей рассеяния. Современные численные методы позволяют это делать, однако необходимость учёта нелинейных свойств магнитных материалов приводит к значительным затратам времени даже при решении прямой задачи, что неприемлемо для обработки больших объёмов информации, имеющих место при внутритрубной дефектоскопии.

Для получения приемлемых для практики алгоритмов решения обратной задачи предложен подход, заключающийся в получении приближенных аппроксимирующих выражений на основе строгого численного решения соответствующих прямых задачи. Предложенный подход проиллюстрируем на конкретном примере построения алгоритма для оценки глубины длинных стресс-коррозионных трещин.

Рассмотрим пластину толщиной D0 — 10 мм, помещённую в поле с напряжённостью Яс, направленную по оси х. На нижней стороне пластины—прямоугольная трещина глубиной h и шириной 26. Информация о дефекте считывается по тангенциальной составляющей Я. = Нх при рабочем зазоре Т = 4 мм.

Особенности труб для .магистральных трубопроводов таковы, что образующиеся в них стресс-коррозионные трещины всегда находятся из внешней стороне трубы, а их глубина никогда не превышает 50% от толщины трубы. Будем рассматривать только такие трещины в целях сужения области неоднозначности при решении обратной задачи.

Для разработки алгоритма решения обратной задачи прямая задача решалась для различных глубин трещин при заданной ширине и намагничивающем поле Н0. Затем эти решения повторялись с изменёнными параметрами h и Н0 для выявления влияния этих параметров на зависимость полей от ширины трещины.

В результате решения прямой задачи рассчитывались изменения тангенциальной составляющей Ях вдоль координаты х для различных значений Я0, h и 21>, которые изменялись в диапазонах: 40 < Я0 < 300 А/см, 0,1 D0 < h < 0,4 D0. 100 < 2Ъ < 800 мкм. Было установлено, что после нормировки координаты х по толщине пластины Da и изменения (Ях - Но) по величине (Я,- Я0) графики, полученные при различных сочетаниях Я0, h и 25 практически совпадают. Это означает, что для рассматриваемых дефектов информативным является только величина Hmsx.

Рассмотрим подробнее, как будет изменяться величина Ягаах{26) при заданных величинах h и Я0. Анализ результатов расчёта (рис. 18) показал, что полученные зависимости с хорошей точностью аппроксимируются выражением

500

Ятю-Яо, А/см

ь- 50 %

200

400

300

2 Ь, мкм

20

100

200

100

0 200 400 600 800

Рис. 18. Зависимость Ягаах - На от раскрытия трещины при различной её глубине: к — 10, 20, 30, 40, 50% толщины пластины. Сплошные линии — численное решение ЕЬСОТ

Рис. 19. Зависимости коэффициентов а, в и -у от Но

Ятах(2Ь, к) = Н0 +а ■ к0(2ЬГ'

Коэффициенты а, В и 7 в этом выражении зависят от поля Я0. Так, например, при Я0 = 140 А/см выражение имеет вид:

Результаты аппроксимации по этому выражению, приведённые пунктирными линиями на рис. 18, показывают хорошее совпадение с исходными зависимостями. Зависимость коэффициенты а, /3 и 7 от Я0 приведена на рис. 19.

Как видно из полученных выражений, по полям рассеяния можно определять только степенное произведение ширины трещины на её глубину. Причём, чем больше поле Я0, тем в большей степени измеряемое поле Я„1ах зависит от ширины трещины по сравнению с зависимостью от её глубины.

Для проверки полученных результатов проведены измерения на образцах, имитирующих трещины с различным раскрытием. Были изготовлены две пластины размером 120 х 120 х 6мм и одна пластина 120 х 120 х 8 мм. С помощью этих пластин имитировалась трещина с различной ширины путём изменения расстояния между малыми пластинами (рис. 20).

Образец намагничивался в поле Я0 = 6000А/м и на расстоянии 4 мм от поверхности большой пластины измерялась распределение тангенциальной составляющей полей рассеяния Я£(.т). Используя результаты расчётов получим коэффициенты в выражении для случая Но = 6000 А/м (а- = 0,12; ¡3 = 1,78; 7 = 0,74). Рассчитанная зависимость Ятю от ширины 2Ь трещины для Ь.% = 43% (рис. 21) с хорошей точностью совпадает с экспериментальными результатами. Экспериментзль-

Н^Л2Ь, к) = Нв + 0,58 • к1М(2Ь ■ 105}0'8

2-ю4 Дг.„-Я3

2Ь-105

О 200 400 600 800 1000

Рис. 20. Имитация трещины с

Рис. 21. Экспериментальная

варьируемым раскрытием (26) тремя зависимость Ятах - Но от ширины

ные графики топографии полей рассеяния в нормированных величинах практически сливаются, так же как и расчётные.

2.2.3. Повышение информативности ВТД на основе ЭМА метода

Опыт эксплуатации снарядов дефектоскопов на основе магнитного контроля показал, что их возможности не позволяют в полной мере выполнить оценку технического состояния газопроводов из-за присущих магнитному виду контроля ограничений. К ним, в частности, относятся:

в низкая чувствительность к трещинам малой ширины (менее 50мкм);

• трудность идентификации сложных дефектов (трещины на фоне общей коррозии);

« низкая чувствительность к расслоениям без выхода на любую из поверхностей;

» неоднозначное (вероятностное) определение толщины стенки трубы;

® недостаточная чувствительность к дефектам в толстостенных трубопроводах (толщина стенки 18 мм в малых и средних диаметров трубопроводов и 30 мм в больших диаметрах).

Для повышения достоверности ВТД магнитный вид контроля целесообразно дополнить бесконтактным методом ультразвукового контроля—электромагнитно акустическим (ЭМА) методом. Механические колебания в трубопроводе создаются путём электромагнитного взаимодействия с ним переменного и постоянного магнитных полей. В одном варианте (рис. 22) силовое воздействие происходит за счёт взаимодействия

стальными пластинами. Измерение поля рассеяния произведено под нижней поверхностью большой пластины

трещины глубиной = 43 % пр:

'"г™""" "л —

Щ = 6000 А/м

Рис. 22. Лоренцевский механизм работы ЗМА-преобразователей

Полюс Катушка с переменным Полюс

ш

А

Стенка трубы

Магнитное Переменное мапштное поле,

йолесмеще^ ---V-- возоуждаемое катушкой \ Резудьтирукшгее

Рис. 23. Магннтострикциовный механизм работы ЭМА-преобразователей

с постоянным магнитным полем вихревых токов (механизм Лоренца), в другом (рис. 23) — под действием магнитострикционного эффекта.

На рис. 24 приведены зави-Эффект ..................... симости, характеризующие различия между лоренневским и магни-тостркционным механизмами.

Лоренцевский механизм получения ультразвука в трубе использует английская фирма РП. Первые испытания снаряда-дефектоскопа на ЗМА методе для внутри -трубной диагностики фирмой PII были начаты в Канаде в 2002 году и не дали положительного результата. Исследования и разработки в этом направлении продолжаются, но получить работоспособный снаряд-дефектоскопа на ЭМА методе фирме PII не удалось.

Это, по всей вероятности, связано со сложностью защиты источника переменного магнитного поля в виде плоской медной катушки, находящейся в зазоре порядка трёх миллиметровом между постоянным

2оо зоо д А/си

Рис. 24. Различие между лоренневским и магнитостркциоиным механизмами

магнитом и трубой. Огромная прижимающая к трубе магнитная сила, накапливающаяся ферромагнитная пыль, удары о валики сварных швов разрушают катушку.

Магнитострикционный механизм возбуждения описывается зависимости величины магнитострикции от намагниченности:

=<*! Е Ш-

где: 5!;, и Д, /?,• — направляющие косинусы соответственно вектора намагниченности В, и направления измерения относительно рёбер куба; а-1 и аг — константы анизотропии магнитострикции, численно равные =

+ 2°2 Л

3/2(АЛ)1100], «г = 3/2(Aä)

:J!1| •

где

Рас. 25.

Катушка излучателя в виде меандра

А5 = Д1/1 — магнитострикция насыщения или магинтострикционная постоянная, (А.,)[1оо] и (А5)[ш] — максимальные линейные магнитострикции соответственно в направлении ребра и диагонали ячейки кристалла

При реализации магнитострик-ционного механизма возбуждения используется катушка с переменным током, расположенная в межполюсном пространстве. За счёт этого она не испытывает значительных механических нагрузок. Принцип намотки катушки, позволяющей создать ультразвуковые волны, показан на рис. 25. На рис. 26 показана форма импульса для её возбуждения.

Тип и мода ультразвуковой волны, возбуждаемой в металле, регулируются частотой тока в возбуждающем импульсе, а длина волны А определяется расстоянием между соседними витками меандра катушки.

Проведённые исследования показали, что для создания ультразвуковых колебаний с требуемыми параметрами амплитуда тока должна составлять порядка 60 А при питании от источника с напряжением 200 В. При этом катушка содержит 8 витков медного провода диаметром 0,3 мы с расстоянием между соседними витками меандра катушки порядка 5... 7 мм.

Рис. 28. Токовый импульс возбуждения катушки

Для приёма ультразвуковых колебаний используется обратное по отношению к магнитострикции явление — магнитоупругий эффект Вил-лари, заключающийся в изменение намагниченности ферромагнитного образца при деформации. Приёмная катушка по своей форме идентична возбуждающей, но для обеспечения требуемой абсолютной чувствительности содержит от 100 до 200 витков малого диаметра.

Дефектоскоп первого поколения ДЭМАТ, выпущенный в 2007 году, продемонстрировал необходимую чувствительность к стресс-коррозионным трещинам, превосходящую чувствительность магнитных дефектоскопов. Вместе с тем, решить задачу идентификации аномалий, связанных с трещинами, на фоне аномалий других объектов, преимущественно неопасных с точки зрения прочности трубопровода (коррозия, расслоения) не удалось. Это связано с тем, что использовался циркулярный метод ультразвукового прозвучивания (рис. 27).

Основное достоинство циркулярного прозвучивания — высокая чувствительность к продольно ориентированным дефектам с острыми границами, например, трещин по линии сплавления продольного сварного шва и зон стресс-корозионного растрескивания. Важна и большая зона прозвучивания излучателей. Фактически один излучатель может «просветить» всю трубу за исключением небольшого участка непосредственно под ним самим. Размер дефекта (глубину) оценивают по величине отражённого импульса (эхо сигнал), или по отношению величины отражённого импульса к теневому сигналу (эхо-теневой метод). Основным параметром пространственной привязки (определения угловой ориентации) выявленных дефектов в используемой компоновке датчиковой

Рис. 27. Циркулярный способ ультразвукового прозвучивания трубы

системы является время прихода отражённого импульса

К недостаткам циркулярного способа прозвучивяния. как пока- Л \ зала практика, относится незоз-можность разделения сигналов от

трещин и коррозионных пораже- ----—г

ний но итоговой дефектограмме.

В 2009 году была предпри- ' « , г нята вторая попытка решить ука- и.,™,,,

занную проблему во втором поколении ЭМА дефектоскопов. В дефектоскопе второго поколения ДЭМАТ реализовано прозвучива-ние по двум взаимнолерпендику-лярным направлениям (по аналогии с продольным и поперечным

намагничиванием в МР1. и ТР1 магнитных дефектоскопах). Это позволило надёжно разделять сигналы от дефектов изотропной формы (коррозии) и дефектов анизотропной формы (трещин), что иллюстрируется рис. 28 и 29.

Проведённые эксперименты показали, что наибольшая чувствительность к упругим напряжения в стали достигается в полях с напряжённостью магнитного поля Я < 800 А/м, а при Н > 12000А/М упругие свойства стали не проявляются. Для измерения коэффициента концентрации и разности главных механических напряжений создаются две рабочие области с разным магнитным состоянием стенки трубопровода. В области размещения излучателей требуется Я > 12000 А/м. В области

Рис. 28. Труба со стресс-коррозией и коррозией

тн

Ш ш ......т ;

ми.

] Ч* Пп| >,__•, . т ртН", ' ' ?

Рис. 29. Иллюстрация критерия разделения коррозии и трещин. Дефектограммы, полученные с помощью ЭМАТ (второе поколение) и магнитных ТИ1 и МРЬ снарядов

размещения приёмных катушек создаётся Н = 800... 6 400А/М.

Результаты выполненных исследований позволили разработать вну-тритрубный снаряд-дефектоскоп ДЭМАТ, обеспечивающий получение информации, дополняющей результаты магнитного контроля.

2.3. Разработка высокоэффективных средств ВТД МГ

2.3.1. Средства ВТД МГ на основе магнитного метода

Очевидно, что при разработке и создании внутритрубного снаряда-дефектоскопа необходимо решить огромное количество задач как в научном, так и чисто техническом плане, Конкуренция между фирмами — разработчиками не позволяет получать информацию по большинству затрагиваемых проблем.

В нашей стране для знутритрубной инспекции снаряд-дефектоскоп создавался впервые, а на базе постоянных магнитов—впервые в мировой практике. Это привело к необходимости решения следующих научно-технических задач:

• выбрать принцип поиска коррозионных повреждений и эрозионного износа, которые приводят к утонению стенки трубы, а также поперечных трещин разной длины и глубины;

® рассчитать, разработать и создать намагничивающую системы на базе постоянных магнитов, обеспечивающую выявляемость дефектов на обеих поверхностях грубы;

• выбрать наиболее удачный первичный преобразователь магнитного поля и создать конструкцию датчика для съёма информации при его прохождении над полем дефекта, а также решить вопрос расположения и компоновки;

• разработать и изготовить кассету для датчиков, которая бы обеспечивала контроль всей площади трубы и выдерживала беспрерывный контакт с поверхностью трубы при движении дефектоскопа около 3 м/с, при прохождении расстояния 150 км;

« разработать систему регистрации сигналов от первичных преобразователей, включая как первичную обработку сигналов, так и приемлемую расшифровку для последующего анализа;

• провести исследования по выявляемое™ дефектов в зависимости от марок трубных сталей, конфигурации дефектов, их глубины и длины.

Сложность решаемых задач иллюстрируют следующие примеры. Система намагничивания

Дефекты сплошности металла выявляются при намагничивании трубы до индукции в 1,6 Тл. Это определяет площадь поперечного сечения постоянного магнита в дефектоскопе. Например, у трубы диаметром

1400 мм с толщиной стенки 25 мм площадь сечения по металлу 0,11 м2. При использовании постоянных магнитов из феррит-бария с индукцией 0,15...0,18Тл площадь поперечного сечения магнита должна быть не менее 1.1м2. Максимальный диаметр цилиндрического постоянного магнита диктуется необходимостью размещения в зазоре эластичных магнитопроводных щёток и составляет около 1100 мм. С учётом 30% потерь магнитного потока из-за его рассеивания в нерабочей области, получаем гигантский постоянный магнит из феррита бария сечением в 1м3, длиной около 1,9 м и массой порядка 9т. Видно, что в дефектоскопах с постоянными магнитами главная проблема — это поиск мощных магнитов для создания намагничивающей системы, способной дать удовлетворительную намагниченность вдоль оси трубы с любой толщиной стенки при приемлемых массе и габаритах. Первичные преобразователи (ПП)

Напряжённость магнитного поля, создаваемого различными подлежащими выявлению дефектами находится в диапазоне 0,01... 1 А/к. Для обнаружения таких полей можно использовать феррозонды, индукционные катушки, датчики Холла. Искажение магнитного поля, создаваемое одиночным дефектом, распространяется на площади в 2...Зсм2. Естественно, ширина рабочей зоны каждого датчика должна составлять 1...2см, а проблема сканирования может быть решена при этих условиях одним из двух способов:

• сканирование одним или несколькими ГШ при их перемещении по винтовой линии;

• сканирование только при поступательном движении ПП вдоль оси трубы вместе с намагничивающей системой.

Первый вариант практически нереализуем по многим причинам. К наиболее существенным относятся необходимость высокой скорости вращения (10... 20 об/с) и согласования её с линейной скоростью снаряда, быстрый износ ПП, перемещающихся со скоростью более 100 км/ч, при трении о стенку трубы со сварными швами. При поступательном перемещении для сканирования всей поверхности требуется около 200 ПП. В данном случае необходимо решать задачу регистрации сигналов от большого количества ПП.

Система для продольного намагничивания трубопровода схематично приведена на рис. 30. Проведённые расчёты и физическое моделирование позволили определить основные составляющие магнитного потока, представленные на рис. 31. Установлено, что полезный магнитный поток Фг составляет около 65% от полного потока #„.

При расчёте намагничивающей системы необходимо обеспечить индукцию В трубе более 1,0 Тл при минимальной затрате магнитного материала. Работоспособность дефектоскопа должна сохраняться на изогнутых участках трубопровода, причём смещения оснований щёток не должны превышать 20... 30 мм.

Рис. 30. Схема продольного намагничивающего устройства: 1 —труба, 2 — цилиндрический магнитопровод, 3 — эластичные щётки, 4—пакеты постоянных магнитов, 5 —элемент

Рис. 35. Распределение составляющих магнитного потока:

Ф„ — полный, #т -- полезный: Ф\ = #2 — через ярмо; Ф$ и <Рв — через щётки; ФА — между полюсами внутри трубы

Индукции Вт — 1.6 Тл для трубных сталей соответствует напряжённость Но = 50 А/см, оптимальная для выявления дефектов сплошности. Установлено, что увеличение индукции Вг от 1,2 Тл до 1,6 Тл, соответствует увеличению Н0 от 15... 17 А/см до 40... 60 А/см. При этом отношение приращения ДН под влиянием дефекта к величине напряжённости намагничивающего поля АН/На возрастает, а при дальнейшем росте Вг н Но не изменяется.

Выявление дефектов возможно и при меньших значениях индукции и намагничивающего поля. Однако большое уменьшение Д. и Н0 недопустимо, так как снижение индукции В и намагничивающего поля И от значений, соответствующих началу «колена кривой намагничивания», приводит к быстрому уменьшению отношения "сигнал/помеха".

Расчёты намагничивающей системы для трёх марок оксиднобари-евых магнитов 16БА 190, 22БА220 и 25БА150 позволяют выбрать параметры намагничивающей системы близкие к оптимальным. Это иллюстрируется рис. 32 2.44, где приведены зависимости 1„ = 1М(А) для постоянного магнита типа 25БА 150.

Компоновка намагничивающей системы в значительной степени определяет компоновку основных узлов снаряда-дефектоскопа. При этом должна быть учтена проходимость снаряда-дефектоскопа по изогнутым

участкам трубопровода, перекоса снаряда дефектоскопа не должны приводить к появлению ложных сигналоз, а намагничивающее поде должно быть однородным в направлении радиуса трубы. Снаряд-дефектоскоп должен надёжно работать при максимальном рабочем давлении перекачиваемого газа Р — 7,5 МПа, в диапазоне температур от -40" до +60°С.

Воздушные зазоры между элементами магнитной цепи должны быть минимальны, так как они оказывают большое сопротивление магнитному потоку, создают ложные сигналы при вариации и подвержены засорению мусором. Это требование привело к необходимости перехода от многоэлементной компоновки намагничивающей системы к цилиндрической.

Многоэлементная намагничивающая система была разработана и испытана первой. Она состояла из намагничивающих устройств небольшого размера. Каждое такое устройство, получившее название "башмак", представляет собой независимый дефектоскоп. Он монтируется на подпружиненном рычажно-шарнирном устройстве и скользит по внутренней поверхности трубы на лыже или катится на колёсах с очень малым зазором между его полюсами и поверхностью трубы. Исследования многоэлементной поисковой секции были проведены на стенде, а испытания—на действующем газопроводе. В результате выявлены недостатки многоэлементной компоновки:

• помехи, возникающие при переходах башмаков через валики поперечных сварных швов и случайных препятствий;

» сложность устройства, а отсюда и механическая уязвимость из-за множества рычагов, шарниров и пружин, огромной массы шариковых подшипников;

• большая масса в сборке (около 1300 кг);

® из-за обилия ферромагнитного и немагнитного мусора в трубах требуется радикальная защита всех подвижных частей от пыли и грязи;

® мусор затрудняет задачу создания плавающих кассет для датчиков полей дефектов;

• скопление огарков электродов вблизи межполюсного пространства, где расположены датчики, приводит к появлению ложных сигналов.

Рис. 32. Кривые 1„ — !М(А) для определения параметров намагничивающей системы с постоянными магнитами типа 25БА150

Обилие мусора устранимо путём тщательной очистки трубопровода перед инспекцией, т. е. пропуском несколько раз магнитных очистных поршней. Однако остальные обстоятельства заставили решительно отказаться от использования многоэлементной компоновки и перейти к разработке цилиндрической.

Цилиндрическая намагничивающая система представляет собой цилиндрический пассивный магнитопровод, на котором расположёны магнитные материалы, где концевые участки этой 5- магниточувствителъкые первичные цилиндрической системы служат преобразователи, полюсами. Магнитный поток от

6—ласты полюсов передаётся на стенку

трубы через зазор с помощью проволочных щёток из эластичной ферромагнитной проволоки.

Принцип компоновки цилиндрической намагничивающей системы показан на рис. 33. Внутри контролируемой трубы X находится схематически представленная намагничивающая система, в которой постоянные магниты 2 уложены на огранённую поверхность цилиндрического магнитопровода 3. Магнитный поток передаётся через эластичные щётки 4, которые изготовлены из ферромагнитной проволоки или тросиков и служат для уменьшения зазора между магнитами и внутренней поверхностью трубы. Датчики полей дефектов 5 смонтированы на концах рычажных или эластичных кассет 6.

Проволочные щётки являются необходимым элементом при использовании цилиндрической намагничивающей системы. Щётки из ферромагнитного материала обеспечивают малое магнитное сопротивление и высокую надёжность связи постоянных магнитов с трубой. Предварительно был проведён расчёт магнитного сопротивления щёток при разных коэффициентах заполнения объёма зазора проволоками щёток с учётом кривой намагничивания выбранного материала. Эксперименты подтвердили расчётные результаты, что магнитное сопротивление щёток быстро убывает при увеличении коэффициента заполнения к от 0 до 10%, а с дальнейшим увеличением к магнитное сопротивление меняется очень мало. Экспериментально был подобран материал проволок, найден режим их термообработки, а также отработана технология изготовления щёток, которая оказалась очень трудоёмкой.

Аварийность магистральных газопроводов из-за коррозионного разрушения на 2000-й г. достигала 50% от общего количества аварий. Трещины стресс-коррозионного происхождения развиваются, как правило,

Рис, 33. Принцип построения цилиндрической намагничивающей системы: 1 — контролируемая труба, 2— постоянные магниты, 3 — магнитопровод, 4— щётки,

вдоль трубопровода. Это определило необходимость разработки дефектоскопа с системой намагничивания трубы в поперечном направлении.

В результате экспериментальных и теоретических исследований была спроектирована намагничивающая система, представленная на рис. 34. Для поперечного намагничивания равномерно вдоль образующей цилиндрического маг-нитопровода размещаются четыре постоянных магнита Н-образной формы с чередующейся по полярности намагниченностью. На рис. 35 приведено соответствующее распределение частей магнитного потока.

Задача проектирования состояла в определении размеров магнитов, а также площади сечения щёток, необходимой для намагничивания трубы до индукции В0 да 1.7 Тл, ко- Рис.35. Распределение частей

торая для трубных ста- магнитного потока

лей достигается при Я0 яг

10000 А/м. Для намагничивающих полюсов были использованы постоянные магниты типа Ш-Ре-В с Вг = 0,95 Тл и Нс — 714кА/м.

На рис. 36 — 38 приведены некоторые экспериментально полученные зависимости, подтверждающие достоверность выполненных при проектировании расчётов.

Разработка устройства для крепления датчиков оказалось особенно трудной задачей. Это устройство должно скользить буквально по внутренней поверхности трубы, при этом иметь малый износ при скорости около 35 км/ч при разовом проходе 200км и обеспечивать эффективное измерение магнитного поля дефектов. Подвергаясь ударам о валики поперечных сварных швов, датчики не должны разрушаться, продолжая фиксировать дефекты в зоне шва.

За рубежом были разработаны и запатентованы многие конструкции крепления датчиков, содержащие системы рычагов, шарниров и пружин. Практика показала нежизнеспособность подобных конструкций. Их главный недостаток — значительный отброс рычагов вместе с датчиками при соударениях с валиками поперечного сварного шва и недо-

Рис. 34. Система поперечного намагничивания дефектоскопа

Рис. 36. Распределение циркулярной составляющей На вдоль образующей трубы

Рис. 38. Расчётные кривые В(Н) для различных коэффициентов плотности к заполнения щёток металлом

Рис. 37. Распределение циркулярной составляющей по внешней окружности трубы

Рис. 39. Внешний вид блока первичных преобразователей в эластичной ласте

пустимо большое время возврата.

После проведения длительных исследований и разработок пришлось полиостью отказаться от рычажно-шарнирных конструкций и перейти на эластичные полиуретановые пластины. В форму для отливки "блок-ласты" (рис. 39) закладывались первичные преобразователи для регистрации полей дефектов.

Исследования и испытания показали, что полиуретановые блоки первичных преобразователей полностью удовлетворяют всем требованиям:

в блок-ласта перемещается через валик сзарного шва без отбрасывания, не создавая за ним мёртвой зоны;

» износ рабочей части полиуретановой пластины составляет около

3 мм на 150 км;

® рабочий ресурс блока легко увеличить, применяя сменные защитные прокладки.

С увеличением скорости V& движения снаряда-дефектоскопа уменьшается степень лромагничивания стенки трубы из-за эффекта вытеснения магнитного потока вихревыми токами, плотность которых пропорциональна V„s. С другой стороны, уменьшение скорости приводит к снижению производительности контроля. Расчёты и опыт эксплуатации магнитных дефектоскопов показывает, что оптимальная величина VM = 2 м/с, с диапазоном от 1,5 до 2,5 м/с.

Создание специального режима транспортировки газа для поддержания скорости движения внутритрубных дефектоскопов ведёт к значительному снижению объёмов подачи газа потребителям. Именно эта проблема накладывает серьёзные ограничения на время и сроки проведения работ по внутритрубной диагностике магистральных газопроводов как за рубежом, так и в России. Автоматическое регулирование скорости движения дефектоскопов позволяет проводить внутритрубную диагностику при обычном режиме работы газопроводов.

Регулирование скорости снаряда-дефектоскопа, движущегося за счет потока газа, осуществляется байпасным устройством путём изменения пропуска части потока самими снарядами. Решение этой задачи даёт серьёзное конкурентное преимущество на рынке внутритрубной дефектоскопии. В связи с этим возможные пути реализации конструкции байпасных устройств не опубликованы до сих нор, хотя байпасные устройства различной конструкции применяются в снарядах-дефектоскопах ведущих фирм более 15 л Необходимость регулировки скорости была установлена по мере накопления опыта эксплуатации снарядов дефектоскопов, выпускавшихся в течение достаточно длительного промежутка времени. В связи с этим была поставлена задача компоновки байпасного устройства в существующие диагностические средства дефектоскопии без их существенной переделки. При этом требовалось минимизировать изменения наиболее дорогостоящих, сложных и трудоёмких в изготовлении узлов и элементов конструкции снарядов-дефектоскопов. На рис. 40 представлена компоновка байпасного устройства, где вместо глухой передней стенки снаряда-дефектоскопа установлены заслонки 1 байпасного устройства, а в передней части герметичной аппа-

¡ет.

Рис, 40. Компоновка байпасного устройства в снаряде дефектоскопе

1-буферное устройство, 2-колесный блок, 3-аккумулятс-рный блок, 4-щетки, 5-корпус аппаратной секции, 6-блок преобразователей, 7-система обработки и организации данных, 8-корпуе, 9-сщометр

Рис. 41. Общий вид и типовая схема компоновки снаряда - дефектоскопа с продольным намагничиванием ДМТ---1

ратурной секции —привод заслонок 2. Как видно, основной узел магнитного снаряда-дефектоскопа —ярмо с намагничивающей системой, состоящей из набора постоянных магнитов и щёток, изготовленных из тросиков, остался без изменений. Не подверглись переделке ходовая часть в виде колёсных блоков, герметичная аппаратурная секция и основная часть электронного оборудования.

При встраивании байпасногоустройства подверглись переделкам передний и задний фланцы, чтосвязано с организацией канала для перетока газа через корпус снаряда-дефектоскопа. При этом была полностью удалена глухая стенка с переднего фланца.

Детальный анализ конструктивных элементов и узлов снарядов-дефектоскопов позволил провести компоновку и встроить байпасное устройство таким образом, что не потребовалась существенная переделка снарядов. Блок управления электродвигателем, осуществляющим перемещение пластин заслонки, и микропроцессорная система управления бай-пасным устройством интегрировались в аппаратурную секцию по сбору результатов обследования магистральных трубопроводов.

Результаты выполненных исследований были использованы при разработке и широком внедрении нескольких типов высокоэффективных средств внутритрубной магнитной дефектоскопии. В девяностые годы прошёл полевые испытания новый дефектоскоп магнитный трубный с продольным намагничиванием типа ДМТ на магистральном газопроводе, а на рубеже 1996 - 1997 гг. на базе ЗАО НПО «Спектр» (Екатеринбург) было создано новое поколение средств диагностики ДМТ-1 для труб диаметром 1020, 1220 и 1420 мм, не уступающих зарубежным аналогам.

Дефектоскопы были функционально идентичны и предназначены для обследования газопроводов различного диаметра. ДМТ-1 (рис. 41)

Рис. 42. Внешний вид снарядов дефектоскопов типа ДМТП

можно применять для диагностики состояния газопроводов, имеющих следующие характеристики:

• диаметр трубопровода от 300 до 1420 мм;

• толщина стенок труб от 7,5 до 25 мм;

» материал стенок труб — сталь марки 17ГС (или 17Г1С. 17Г1СУ), 14Г2САФ (или 14ХГС), 09Г2БТ, Х60 (или Х65, Х70) и другие отечественные и зарубежные стали:

® наименьший радиус изгиба трубопровода ЗПМ;

• сужение трубопровода до 0,8501М;

Анализ результатов обследования магистральных газопроводов и шурфовка предсказанных дефектов дают возможность утверждать, что достоверность диагностики состояния труб достаточно высока. Обобщённые результаты .сравнения фактических и оценочных глубин коррозионных дефектов различной конфигурации свидетельствуют, что'оцен-ка глубин дефектов выполняется с погрешностью ±5 % от толщины стенки трубы, что полностью соответствует требованиям практики. Комплексы внутритрубной дефектоскопии не дают ложных сигналов, о наличии крупного,"опасного или катастрофического дефекта. ':>' • ■

Недостаток снарядов-дефектоскопов типа ДМТ— н૧1|ричй%Ние трубы только в продольном направлении.' Для надёжного! §ыявлЦшя стресс-корроёионнкх повреждений и других дефектов, ориентированных преимущественно вдоль оси трубы, необходима попёречНа'я'"сйстеМа намагничивания.

Дефекторкойй внутритрубные продольного типа-.ДМТ и поперечного типа ДШТ1 (в зарубежной терминологий ТП) намагничивания различаются'устройством намагничивающих систем'-йагнитных секций, сегментами, ластами, количеством каналов и некоторыми другими узлами. Снаряд-дефектоскрп ДМТП представляет Особой сложную сборную конструкцию «.'Состоит' из двух магнитных секций (рис. 42), соединённых шарниром:.-

Опыт эксплуатации показал, что новые разработки и создание более совершенных снарядов-дефектоскопов значительно повысили надёжность внутритрубной дефектоскопии и вывели диагностику состояния

Таблица 4, Параметры обнаружения и определения размеров дефектов потери металла, расположенных на внутренней поверхности трубы

Тип потери металла Минимальная глубина дефекта, обнаруживаемого с вероятностью 90% Погрешность определения геометрических параметров дефекта с достоверностью 85 %

Глубина Длина Ширина

Общая коррозия 0,2 мм ±0,051 ±10 мм ±10 м

Каверна 0,5 мы ±0,11 ±10 мм ±10 м

Язей 1,0 мм ±0,15 t ±10 мм ±10 M

Вмятина 150 х 150 мм 3,0 мм ±0.25 %DN ±20 мм ±20 м

Вмятина 500 х 500 мм ! 6,0 мм ±0,S %DN ±20 мм ±20 м

Рне. 43. Общий вид снаряда-иктроскопа M.FL+ в сцепке со снарядом-дефектоскопом ДМТ

труб магистральных газопроводов в отрасли на самые передовые мировые позиции.

Для дефектоскопии внутренней поверхности трубопроводов с высоким разрешением разработан, создан и внедрён снаряд-интроскоп (МН.+). Высокое разрешение достигается как за счёт принципиально новой конфигурации намагничивающего поля, так и за счёт одновременного считывания нескольких компонент магнитных потоков рассеяния. Диагностические снаряды МРЬн- работают как самостоятельно, так и в сцепке с другими приборами, в частности с ДМТ (рис. 43).

Технические возможности но выявлению дефектов интроскопом МРЬ+ приведены в таблице 4 и иллюстрируются сравнительными де-фектограммами, полученными дефектоскопами ДМТ, ДМТП и МРИ-Ь (рис. 43).

2.3.2, Средства ВТД МГ на основе ЭМА метода

Для повышения достоверности внутритрубной диагностики дополнительно к снарядам - дефектоскопам типа ДМТ (МГЦ и ДМТП (ТИ) на основе магнитного контроля были разработаны снаряды-дефектоскопы на основе электромагнитоакустического метода типа «ДЭМАТ».

Внутритрубный снаряд-дефектоскоп типа ДЭМА1 (рис. 44) позволяет выявлять и оценивать при доверительной вероятности 85% дефекты

типа трещин со следующими параметрами:

® минимальная глубина в основном теле трубы ................1 мм;

® минимальная глубина в продольном сварном шве ............2 мм;

® минимальная длина .........................................20 мм;

® ориентация к оси трубы .....................................¿20°;

а наклон к поверхности трубы ........................от 40° до 90°;

® погрешность определения длины трещины длиной < 100 мм ...........................................±5 мм;

® погрешность определения длины трещины длиной > 100 мм ............................................±10%;

® разрешающая способность в циркулярном направлении.....25 мм.

Статистические исследования по результатам совместной обработки данных ЭМА-технологии и магнитной дефектоскопии показали, что снаряд типа ДЭМАТ совмещает в себе все возможности снаряда-дефектоскопа, предназначенного для выявления стресс-коррозионных трещин на ранней стадии.

Внутритрубный снаряд-дефектоскоп типа ДЭМАТ при контроле толстостенных трубопроводов на локальное утонение имеет технические возможности, приведённые в таблице 5.

Рис. 44. Общий вид ДЭМАТ-дефектоскопа в сцепке с очистным поршне

Рис. 45. Нарушение целостности изоляционного покрытия (а — ЭМАТ снаряд), сопровождаемое появлением коррозии (Ь — ТР1 снаряд), и состояние изоляции на вскрытой трубе (с)

Таблица 5. Характеристики по обнаружению и оценке параметров дефектов потерн металла снарядом-дефектоскопом типа ДЭМАТ

Характеристика дефекта (длинах ширина) Минимальная глубина дефекта, обнаруживаемого с вероятностью 90 % Погрешность определения геометрических параметров дефекта с достоверностью 85 %

Глубина Длина Ширина

Общая коррозия (44 х 4 4) 0,05 4 ± 15% ± 2,5 мм ± 3 мм

Каверна (24 x 2 4) 0,4 4 ±15% ±2,5 мм ± 3 мм

Язва (0,5 4 х 0,5 4) 0,15 4м ± 15% ± 2,5 мм ± 3 мм

Снарядом-дефектоскопом типа ЭМАТ с доверительная вероятностью обнаружения 85% выявляются дефекты адгезии наружной изоляции с площадью более 60 см2, со следующими минимальными размерами:

• вдоль направления оси трубы, ......................длиной 30 мм;

® поперёк направления оси трубы...................шириной 50 мм.

Были разработаны и внедрены две версии внутритрубных дефектоскопов ДЭМАТ 02(2007) и ДЭМАТ 03(2009) отличающиеся числом каналов для регистрации соответствующих параметров и потребляемой мощностью:

Параметр ДЭМАТ 02(2007) ДЭМАТ 03(2009)

Число каналов для регистрации:

трещин 16 144

зон отслоения изоляции 16 72

контроля целостности данных 16 72

Потребляемая мощность, кВт 1,4 8,4

2.4. Разработка высокоэффективной

технологии ВТД

Проведения внутритрубной дефектоскопии невозможно без операций предварительной подготовки магистрального газопровода, составляющих вместе с собственно дефектоскопией единый технологический процесс. Для этой цели разработан комплекс вспомогательных средств внутритрубной дефектоскопии (рис. 46), включающий: скребок очистной (СО), снаряд-калибр (СК), магнитный очистной поршень (МОП), снаряд-профилемер рычажного трубного (ПРТ) или электронного типа (ПЭТ).

Согласно разработанной технологии, сначала проводится очистка трубопровода скребком или скребком-калибром от грязи и посторонних предметов. При этом определяется минимальное проходное сечение в трубопроводе на всем обследуемом участке. Если снаряды-дефектоскопы пропускаются на данном участке впервые, то могут потребоваться несколько пропусков очистных скребков. Выбросы производятся через

а) Ь)

Ряс. 46, Снаряд— профилемер электронного типа (а) и скребки очистные (Ь)

свечу камеры приёма, для предотвращения ухода собранной грязи по трубе обвязки дальше в газопровод. При повторной инспекции (через несколько лет) данного участка газ уходит по трубе обвязки в магистральный газопровод без потери.

Если снаряды-дефектоскопы пропускаются на данном участке впервые, го необходим запуск снаряда-профилемера для получения дополнительной информации о внутренней геометрии грубы по длине трассы. В частности, профилемер выявляет искажения сечения типа локального сужения трубопровода, овальности, выпуклости, вмятины, гофры, определяет наименьший радиус изгиба. В местах, где обнаружены такие дефекты, препятствующие прохождению снарядов-дефектоскопов, производится шурфовка трассы и устранение дефектов.

Следующая операция подготовки газопровода к обследованию —

пропуск магнитного очистного порш- ¡.

ня (МОП), который, наряду с очист- j WsHSLl*'

кой трубопровода, производит маг- ji *"Амк

нитную подготовку металла трубо- • Г . . Ш

провода. Эта операция необходима ''Г^СуЖК '- -¿'-Гв И для качественной регистрации дефек- • '* 1 ''K'SJbj' (И

тов во время пропуска снаряда-дефектоскопа. В передней части МОП •; ; „'SS,''-». установлены скребки для более эффективной очистки не только от фер ромагнитного мусора, но и от грязи за счёт притягивания поршня маг- Рис. 47. Запасовка снаряда нитным полем к стенке трубопровода, дефектоскопа в камеру запуска так как отложения в нижней части

трубы могут приводить к искажению результатов инспекции. Критерием качественной очистки трубопровода магнитным очистным поршнем является вынос по ферромагнитному мусору около З...5кг и не более 10... 15кг грязи. При выполнении этих условий МОП больше не пропускают.

Запасовка в камеру (рис. 47) снарядов осуществляется на лотках в камеру запуска, лоток остаётся в камере, а снаряд уходит в трубопровод. Аналогичная операция производится и в приёмной камере: прибывший снаряд с лотком достаётся из расширителя и перекладывается на транспорт, а лоток возвращается в приёмную камеру для следующего снаряда.

Практика внутритрубной дефектоскопии магистральных газопроводов показывает, что наибольшее влияние на качество внутритрубного обследования состояния металла труб оказывают мусор и отложения в полости трубопровода и на его стенках: вода, ил — отложения после гидроиспытаний, песок, чёрная грязь — смесь песка с маслом, продукты коррозии, огарки электродов и другие металлические остатки. При этом есть чёткая зависимость количества пропусков и .массы выносимой грязи от первой внутритрубной инспекции и последующей, которая проводится после нескольких лет эксплуатации трубопровода. Существует также зависимость количества мусора от диаметров инспектируемых магистральных газопроводов.

Последней операцией является пропуск снарядов-дефектоскопов, типа ДМТ или типа ДМТП. Результаты контроля фиксируются в памяти с координатной привязкой. Погрешность измерения координаты составляет не более 0,1 %.

2.5. Метрологическое обеспечение средств ВТД

Для контроля нормируемых параметров при проведении испытаний дефектоскопов создан стандартный образец СО МАГЕОС в виде трубы с нанесёнными в определённой последовательности несквозными отверстиями различного диаметра, глубины и формы, имитирующими реальные дефекты на трубопроводах.

При аттестации СО необходимо решить следующие задачи:

® установление соответствия магнитных характеристик материала СО материалам реальных трубопроводов;

® определение выявляемое™ дефектов различной конфигурации;

• определение погрешности измерений геометрических размеров искусственных дефектов;

® определение погрешности измерений магнитной проницаемости;

• обработка результатов измерений;

в присвоение значений магнитной проницаемости, геометрических параметров и погрешности СО МАГЕОС.

СО представляет собой отрезок трубопровода (ГОСТ Р 52079-2003) из низколегированной малоуглеродистой стали длиной 30283 мм, диаметром 1420 мм, толщиной стенки 17 мм. На трубопроводе с наружной и вну-

Рте. 48. Внешний вид испытательного стенда-стандартного образна

тренней сторон поверхности нанесены локальные неоднородности (искусственные дефекты) различной формы и размеров (рис. 48, Таблица 6).

Для выполнения задачи контроля магистральных газопроводов необходим, дополнительный, выпуск все новых средств контроля. Выпуск стандартных образцов, моделирующих свойства контролируемых трубопроводов и одновременно являющихся средствами измерений, которые воспроизводят размеры величин, подлежащих измерениям при выполнении контроля, позволит наилучшим образом организовать метрологическое обеспечение названных средств контроля (внутритрубных. дефектоскопов). Таким образом, при относительно низких затратах на создание СО будут повышены достоверность контроля и надёжность эксплуатации газопроводов.

Таблица б. Геометрические характеристики искусственных дефектов

Характеристика Интервалы допустимых аттестованных значений, мм

Круглые: с1— диаметр /г — глубина / — расстояние между отдельными дефектами 2,0... 110 1,6... 14 4.0... 1560

Щелевндкые: а — длина Ь— ширина И. — глубина / — расстояние между отдельными дефектами 20...230 0,3... 4 3,5.. .12 10...300

Овальные: — длина а'пах — ширина Н~ глубина 49... 52 50...57 2,2... 12

Прямоугольные: а —длина Ь — ширина Н — глубина 35...122 35... 70 1,4... 12

Основные выводы и результаты

1. На основании статистического анализа повреждений отечественных и зарубежных газопроводов за 30 — 40 лет их эксплуатации определены основные механизмы их разрушения, установлены и классифицированы по степени опасности характерные типы дефектов, определены возможности их выявления и дефектометрической оценки различными методами неразрушающего контроля. Показано, что наибольшую опасность представляют повреждения и разрушения, связанные с коррозионным растрескиванием металла под напряжением (стресс-коррозией).

2. Для выбранного основным магнитного контроля предложена обобщённая расчётная модель дефектов типа трещин и коррозионных поражений газопровода в виде паза конечной длины и глубины с трапецеидальным продольным поперечным сечением и показана необходимость учёта нелинейности магнитных свойств металла трубопровода и их незначительное различие для сталей разных марок, применяемых в газопроводах.

3. На основе проведённого анализа топографии магнитных потоков рассеяния над характерными для магистральных трубопроводов дефектами при различных режимах намагничивания научно обоснованы и определены наиболее информативные параметры для внутритрубной дефектоскопии газопроводов.

4. Разработаны алгоритмы дефектометрической оценки параметров выявленных при внутритрубной магнитной дефектоскопии дефектов с использованием приближенных аппроксимирующих выражений и определены предельные возможности магнитного вида контроля магистральных трубопроводов при внутритрубной дефектоскопии. Установлено, что трещины любых размеров могут быть идентифицированы по своей длине и произведению глубины на эквивалентную ширину и надёжно выявляются при их глубине более 0,05 4. Показана целесообразность выполнения цилиндрической намагничивающей системы с полым цилиндрическим магнитолроводом, для продольного намагничивания, постоянные магниты размещаются на его концевых участках симметрично относительно оси цилиндра, а для поперечного равномерно вдоль образующей магнитопровода размещаются четыре постоянных магнита Н-образной формы с чередующейся полярностью.

5. Показано, что для повышения достоверности ВТД магнитный вид контроля целесообразно дополнить электромагнитно акустическим (ЭМА) методом. Проведённые исследования показали, что ЭМА метод позволяет в значительной степени уменьшить ограничения, присущие магнитному контролю и дополнительно оценивать состояние наружной изоляции газопроводов, измерять коэффициент концентрации и градиенты разности главных механических напряжений. Установлено, что при

измерениях ЭМА методом наибольшая чувствительность к упругим напряжениям в стали достигается при напряжённости магнитного поля Н < 8 000А/М. Показано, что ЭМА методом могут измеряться коэффициент концентрации и разности главных механических напряжений в металле газопровода, для этого достаточно создать две рабочие области

- одну с напряжённостью магнитного поля Н > 12000А/М, а вторую с Я = 800.. .6400А/м и определить соответствующие разности ЭМА сигналов.

6. Проведены исследования различных факторов, влияющих на вы-являемость характерных для магистральных газопроводов дефектов при магнитной внутрнтрубной дефектоскопии.

7. Разработана концепция построения снаряда - дефектоскопа для внутрнтрубной магнитной дефектоскопии с намагничивающей системой на постоянных магнитах, которая включает общую компоновку снаряда

- дефектоскопа, применение дополнительного к продольному поперечного намагничивания, оптимизацию системы первичных преобразователей, применение новых байпасных систем автоматического регулирования скорости движения снаряда-дефектоскопа в пределах 1,2... 2,5 м/с.

9. Разработана технология внутрнтрубной дефектоскопии магистральных газопроводов на основе созданных и сертифицированных в России и за рубежом снарядов-дефектоскопов и вспомогательных средств: скребка очистного, снаряда калибра, магнитного очистного поршня, сна-ряда-профилемера рычажного трубного, камер запуска и приёма вну-тритрубных средств дефектоскопии. Разработанные снаряды - дефектоскопы и очистные устройства имеют высокую надёжность и способны обследовать более 1 500 км трубопроводов без ремонтов н замен. Для обнаружения и измерения параметров дефектов, выходящих на внутреннюю поверхность трубопровода разработан и внедрён снаряд-интроскоп (МН.+), позволяющий упростить при магнитной дефектоскопии разделение сигналов от дефектов с внутренней и внешней поверхностей трубопровода.

10. Разработан и аттестован стандартный образец с характерными дефектами для метрологического обеспечения средств внутрнтрубной дефектоскопии.

11. На основе разработанных средств и технологии внутрнтрубной дефектоскопии обследовано более 160000 км магистральных газопроводов России, а также участки газопроводов Аргентины, Белоруссии, Германии, Ирана, Испании, Италии, Казахстана, Польши, Украины, Сирии, Турции, Финляндии, Чехии и других стран. В России выявлено более 3 миллионов опасных дефектов, из них 750 тысяч особо опасных, которые были оперативно устранены.

Список научных трудов

!. Канайкин В. А., Вайсберг П. М. Комплексная система диагностики и технической инспекции газопроводов России // Безопасность трубопроводов: Международная научно-практическая конференция. — М., 1995,-С. 12-24.

2. Элементы реализации комплексной системы диагностики и технической инспекции газопроводов / В. А. Канайкин. П.М. Вайсберг, П. Ю. Кулиниченко [и др.] // "Диагностика — 96». Шестая международная деловая встреча. Ялта. .1996. •- С. 69......79.

3. Анализ причин коррс -шя труб магистральных газопроводов. / В. А. Ка1 5. В. Будзуляк [и др.]

/7 О.И.ВНИИТЭИ Газпром«. ..............--гг--.....- .ашита сооружений в

газовой промышленности. -М.; 1996.......40с.

4. Канайкин В. А. Анализ причин разрыва труб МГ /7 Газовая промышленность,- 1996.-Кз 6......С. 28......39.

5. Канайкин В. А. Оценка эффективности проектов в газовой промышленности // Газовая промышленность. — 1996. — ,N1; 6. — С. 47 — 50.

6. Канайкин В А , М-» вн>- »ко А.Ф. Разрушение труб магистральных газопроводов. Е ¿герино^ ч Уральский Университет, 1997...... 102с.

7. Вайсберг П. М *<а >ии В. А. Опыт разработки к реализации комплексной систем I д'лгн^ т »и линейной части магистральных газопроводов / Восьмая > '„»на дная деловая встреча«Диагностика~98», Сочи, 1998,т. I,- С. 68-75.

В. Матвиенко Ф Б<- / н А. В., Канайкин В. А. Коррозионное растрескивание под напряжением сталей магистральных газопроводов. Аварийные разрушения // Физика металлов и металловедение. — 1998. — том 86,-вып. 2*.'-С. 139-146

9. Матвиенко А. Ф., Сарагадзе В. В., Канайкин В. А. Коррозионное растрескивание под напряжением ста чей магистральных газопроводов. О взаимодействии механических свойств и сопротивлении КРН// Физика металлов и металловедение,— 1998 —том 86,— вып.2.— С. 147— ¡55.

10. Ремизов В. В., Канайкин В. А., Чабуркин В.Ф. Принципы формирования информационно-аналитической системы контроля и диагностики технического состояния магистральных трубопроводов /7 Девятая международная деловая встреча «Диагностика — 99». — Сочи. — 1999.— т. 1.-С. 47-53.

! 1. Канайкин В, А. Стресс-коррозионные повреждения магистральных газопроводов. — Екатеринбург: Банк культурной информация, 1999.— 190 с.

12. Канайкин В. А., Зенин Е. И.. Патрааанский Б. В. О достоверности результатов диагностик!! газопроводов внутритрубньгаи магнитными дефектоскопами, // Девятая международная деловая встреча «Диагностика - 99». - Сочи, 1999.......т. 2. - С. 32 - 37.

13. Махутов H.A., Чабуркин В.Ф.. Канайкин В. А. Защита трубопроводных систем от аварий и катастроф // Третья международная конференция «Безопасность трубопроводов»......Москва, 1999.—-т. ¡. — С. 22 —33

14. Канайкин В. А. Актуальные проблемы и пути повышения безопасности трубопроводных систем, — ДА: МГУ, 1999. — 60с.

15. Чабуркин В.Ф., Канайкин В. А. Основные направления и резервы повышения эффективности диагностического обеспечения магистральных трубопроводов // Третья международная конференция <-Безопасность трубопроводов,-Москва, 1999, —т. 1. — С.133— 138.

16. Канайкин В. А. Модель эксплуатации трубопроводов по ресурсу элементов и вспомогательного оборудования // Третья международная конференция «Безопасность трубопроводов«.— Москва. 1999. —т. 2.—

С. 105-107.

17. Канайкин В. А., Чабуркин В. Ф. Очаги отказов и выбор методов диагностики газо-нефтепроводов /,/ 15 Российская научно-техническая конференция "Неразрушающий контроль и диагностика", Москва, 1999, Т.1. -С. 143.

IS. Chaburkin V. F., Kanaikin V. A. Assessment of serviceability oî gas and oi! pipeline weidrnenîs by the results of diagnostic examination / Doc. ilW Xl-715/99. ¥-1148/99, 14 p.

19. Канайкин В. А., Мирошниченко Б. И.. Патраманский Б. В. Опыт проведения внутритрубной диагностики газопроводов ОАО «Газпром» производственным объединением «Спецнефгегаз» // Девятая международная деловая встреча «Диагностика — 99 >......Сочи, 1999......т. 2......

С. 69- 72.

20. Чабуркин В.Ф., Канайкин В. А. Эксплуаташк по техническому состоянию с учетом критерия «течь ne ем» /7 Третья международная конференция ^Безопасноч.1 j дов». - Москва, 1999.-т. IX. 76.....81.

21. Сарагадзе В. В., Матвиенко А.Ф., Канайкин В. А. Особенности повреждения металла труб магистральных трубопроводов по механизму КРН в околошовной зоне /7 Проблемы диагностики КРН и научно-технические решения по определению дефектных участков газопроводов,- М, ¡999.-С. 38-52

22. KanaiKin V. A., Chaburkin V F., Patramanskiy B.V. Intra-pipe d 3 r miir p pennes. / Doc 1IW V-1152/00.

1 [ ii A., Chaburkin V. F. Conception oi delect acceptability г to eldments of gas and oil main pipelines by results oi s 4«- л ie n. / Doc IIW V-1152/00, 6 p'

4 ö 3. Ф., Канайкин В. А. Оценка опасности дефектов

i сэр игн ш при диагностике нефте-газопроводов // Сварочное п с\ -И >.-.№8. -С. 41 -44."

1 1 и л. А. Диагностика магистральных газопроводов вкут-

[ т i тоскопамн /7 Научно-технический сборник *Маги-

! н еловые трубопроводы: проектирование, строи гель-

I п « - 2000. — "м 1.'-С. 47-55.

26. Чгбуркин В Ф., Канайкин В. А. Эксплуатация трубопроводных систем «по техническому состоянию - // Десятая международная деловая встреча ?Диагностика.....2000»......Кипр, 2000.-т. 1.-С 49-53.

27. Канайкин В. Д., Чабуркин В.Ф., Нащубский В. А. Концепция и методология создания информационно-аналитической системы диагностического обеспечения магистральных газопроводов // Десятая международная деловая встреча « Диагностика — 2000», Кипр. 2000, т. 2.— С. 49- 53.

28. Канайкин В. А., Чабуркин В.Ф. Информационно-аналитическое и нормативное обеспечение диагностики газопроводов // Технология машиио-строенкя. - 2000. — М 4. — С. 56— 59.

24 Г л" В Л 1 " I юности систем ма-н | т чзрушающего кони средства защи-ля»......М.: [б. и.].

2000.-С. 49......5!.

30. Канайкин В А. Диагностика коррозионных повреждений магистральных газопроводов. — А!.: МГТУ, 2000.— 115с.

"31.К ^ I 1 Ь

лиз результ 1 I-

ННТИОГО С1 Я Т| [

Продольны (. 1 С I | I гностика-2ии0»......Кипр. 2000.......т. 2......С. 182......!вЪ.

32. згнитиый снаряд-дефектоскоп для обна продольных трещин в магистральных трубопроводах / В. А. I к Б. И. Мирошниченко, В.Е. Лоскутов, [и др.] /7 Безопасно г в промышленности. - 2000. - № 9. - С. 30- 34.

33. Канайкин В.А. Горелик А.Л., Ташкеев Л.Л., Терентьев ГО.К. Дистанционный контроль и диагностика магистральных трубопроводов // Наука н техника в газовой промышленности, —2000......№ I . — С. 44— 47,

34. Канайкин В.А. Безопасность России. Безопасность трубопроводного транспорта. М.: МГФ "Знание". — 2002. - С. 579 - 601.

35. Канайкин В. А., Чабуркин В.Ф. Внутритрубная диагностика стресс-коррозионных повреждений магистральных газопроводов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2003. — №2, —С.43— 44.

36. Канайкин В. А.. Чабуркин В. Ф., Баренбойм И. И. Оценка технического состояния и оптимизация ремонтов по результатам диагностики магистральных газопроводов // Сборник докладов Второй международной конференции «Обслуживание и ремонт газонефтепрогодов». — ОАЭ, Дубай, 2004. — Выл 2,-С.3-8. '

37. Канайкин В. А. Общие и стресс-коррозионные повреждении, выявляемые внутритрубной дефектоскопией на магистральных газопроводах. — Екатеринбург: «Банк культурной информации». 2004, — 368 с

38. Канайкин В. А., Чабуркин В. Ф. Комплексная диагностика -основа обеспечения безопасности МТ // Газовая промышленность.— 2005,-№8.-С. 20-24

39. Каиайкпн В. А., Чабуркив В. Ф , Баренбойм И. И. Комплексная диагностика и прогнозирование ресурса магистральных трубопроводов // Сборник докладов Китайско-Российского научно-технического симпозиума, Китай, Пекин, 2005, С. 237— 243.

40. Канабкии В. А.. Лоскутов В.Е., Патраманский Б. В. Опыт эксплуатации внутритрубных снарядов и перспективы развития магнитной дефектоскопии трубопроводов // Пятнадцатая международная деловая встреча «Диагностика — 2005». — Сочи. 2005. — т. 1. — С. П I — 1 ! 7.

41. Chaburkin, V.F., Kariaykin, V.A., Budzuîiak, В. У. Providing reliability oi trunk gas pipelines operation on the basis ? in-line inspection results // 23rd Work! Gas Conference, Amsterdam, 2006, WOC 3.3EF.Û1 -1 ) <

1 Г t b 3 t- E H П

тивы внутритрубной диагностики магистральных газопроводов /У Наука и техника в газовой промышленности. - 2006. - М>2. - с. 21 - 24.

43. Какайкин В. А. Диагностика состояния труб магистральных газопроводов методом внутритрубной иагнатной дефектоскопии - Екатеринбург: «Банк культурной информачии*, 2006...... 176с.

4 1 t 1 1П Г

тиви мониторинга технического состояния МГ на основе bhvtphtpvôhoî?

зря;

'¡КТО

Blli \

геомагнитного акустического метода

2008......,N=7. С.З.....11

47. Подгорбунских А.М ; Лоскутов В.Е., Капай;,ин В. Л , Матви-Т ы т о ( ) ^ I

внутритрубной диагностики магистральных газопроводов. 2. Электронное оборудование бзйпасиого устройства // Дефектоскопия. - 2007.-№11. С. 88-94

48. Маркерная система средств дефектоскопии магистральных газопроводов / Канзйкин В. А., Калюжный Ю. А., Корзунин Г. С. [и др.) // Дефектоскопия.-2008......№8. С. 43-48

49. Варламов Д. П., Какайкин В. А., Матвиенко А.Ф. Мониторинг дефектности магистральных газопроводов. — Екатеринбург: УрО РАН, 2008......119с.

50. Какайкин В. А. Бнутритрубная магнитная дефектоскопия магистральных трубопроводов. — Екатеринбург: УрО РАН, 2009 г.— 308 с.

51. Канайкнн В. А. Развитие теории магнитной внутритрубной дефектоскопии магистральных газопроводов. — М: МГУ ПИ, 2010 г.— 47 с.

Подписано к печати 01.02,11. Заказ Ла 63 Объем 3,75 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01