CC BY
33
УДК 622.691
АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И СПОСОБОВ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ, ИХ ИЗОЛЯЦИИ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ И ОБЪЁМА
ГАЗА
В.В. Дмитриев
Проведён анализ конструктивных схем и электротехнических устройств бесконтактного контроля технического состояния стальных газопроводов, их изоляции, электрохимической защиты и объёмов газа, который показал, что по своему назначению они обеспечивают определенную достоверность конструируемых параметров, установлено их взаимное влияние на точность измерений, что указывает на комплексное решение поставленной задачи по созданию аппоратно-программного комплекса.
Ключевые слова: бесконтактный контроль, стальной газопровод, изоляция, электрохимическая защита, объём газа.
Одним из перспективных технико-технологичных направлений контроля технического состояния стальных газопроводов, их изоляции, электрохимической защиты и объёма газа является применение совершенствование и создание бесконтактных способов и электротехнических устройств контроля.
Исследованиями в промышленных условиях установлено, что основными источниками развития всех видов повреждений трубопроводов являются зоны концентрации напряжений, возникновение которых обусловлено неудачным сочетанием ряда факторов, технологических, монтажных, конструктивных и эксплуатационных(рабочих нагрузок).
Одним из способов контроля в зонах концентрации напряжений и в зонах развивающихся повреждений в газопроводах, в которых возникают магнитные аномалии, амплитуда и аппериодичность которых связанна с деформацией трубопроводов и видом коррозионно-усталостного повреждения, является бесконтактный магнитометрический метод, позволяющий выявить аномалии в распределении магнитного поля и установить связь этих аномалий с ЗКН и различными видами развивающихся повреждений.
Техническая диагностика стальных трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом может производится высокотехнологичным комплексом КМД-01М, в состав которого входит блок трёхкомпонентных магнитометров, устройство накопления и визуализации данных и дополнительное оборудование (1). Способ контроля использует следующие физические принципы работы - эффект Виллари (магнитоупругий эффект - изменение формы магнитного поля ферромагнетика при его деформации, в качестве первичных преобразователей в приборе используются трёхком-
понентные векторные датчики с анизотропным магниторезистивным эффектом (АМР-эффект), для каждого типа дефекта аномалии магнитного поля за счетградиентометрии воспроизводится определенный характерный вид идентификации по шинам (локальные коррозии, напряжённо-деформированные состояния, зоны трещин, трещиноподобные дефекты), регистрация результатов измерения обеспечивается измерением трёх составляющих постоянного магнитного поля и их градиентов в четырёх точках пространства.
Обнаружение, локализация и классификация дефектов производится дистанционно, путём интерпретации непрерывно регистрируемых параметров магнитного поля, а получаемый с магниторезистивных датчиков сигнал преобразовывается с помощью аналого-цифрового преобразователя в код, поступающий на компьютер. Программное обеспечение позволяет обработать поступающую информацию и отобразить её на мониторе в режиме реального времени (рис. 1.).
Ш Ш Ш- Ш- Ш Ш ЬКУ 3«-' >«№ ИМ 1!Х *Им Ш Ш Ш Ш
«угас»»
55Й 1Й& Ш Ш 13» Ш- Ш- № т Ш !&»' Ш »№ Ш Ш' Ш !«' 5 «К ЗЖ
Рис. 1. Внешний вид обработанных данных поступающих в программное обеспечение
При контроле трубопроводов через слой изоляции используются критерии, разработанные в методе магнитной памяти металла (МПМ) [2]. В ЗКН деформация трубопровода происходит вместе со слоем изоляции, жёстко связанной с трубой.
Выполнение контроля технического состояния трубопровода с изоляцией обеспечивается бесконтактным магнитометрическим методом двумя приборами: измерителем концентрации напряжений (ИКН) и скани-
рующим устройством (СУ). Регистрация результатов измерений производится на основе разбивки по длине отдельных файлов, исходя из реальной трассировки трубопровода и условий доступности для контроля. СУ включают феррозондовые датчики и имеют 16 каналов измерений нормальной составляющей магнитного поля, которые устанавливаются на специальных дугах. В случае фиксирования на экране прибора магнитной аномалии с характерными параметрами для конкретного типоразмера трубы делается запись в блокнот и отличается по месту расположения этой аномалии, по длине газопровода с кривизной и номерам опор и другим узловым элементам схемы. Параметры магнитной аномалии зависят от толщины слоя изоляции, её качества и диаметра трубопровода и указываются в методике. В зонах выявленных магнитных аномалий рекомендуется выполнить контроль вдоль периметра трубопровода с целью определения зоны максимальной концентрации напряжений в данном сечении трубопровода, которое соответствует максимальному значению градиента магнитного поля. В качестве СУ используется его тип 1-8М.
По результатам бесконтактного (через слой изоляции) магнитометрического контроля трубопровода выполняется анализ магнитограмм и намечаются контрольные участки (два-три участка на каждые 500 м длины трубопровода) для вскрытия изоляции и выполнения дополнительного не-разрушающего контроля другими методами (метод МПМ, ультразвук, толщинометрия, визуально-измерительный контроль, вихретоковый метод).
При выборе участков для вскрытия изоляции рекомендуется сопоставлять результаты бесконтактного контроля с данными визуально-измерительного контроля и учитывать время эксплуатации трубопровода и имевшиеся раньше повреждения. В первую очередь вскрываются для дополнительного контроля участки, на которых выявленные магнитные аномалии с конструктивными концентраторами напряжений (изгибы, участки с дренажами, отводами, опоры и подвески) и с местами, где ранее были повреждения.
После вскрытия изоляции на участках длиной -0,5^1 м с целью локализации ЗКН непосредственно по металлу трубы выполняется контроль методом МПМ. Затем в локальных ЗКН выполняется контроль другими методами НК.
На рис. 2 представлены схемы измерений на участках трубопровода с изоляцией: а - прямой участок с неподвижной (НО) и скользящей (СО) опорами и выявленной магнитной аномалией А1; б - изгибающемся участке и выявленной магнитной аномалией А2. Используя представленные схемы измерений (рис. 2.) предоставляется возможность бесконтактным магнитометрическим способом выявить на газопроводах через слой изоляции наиболее напряженные участки, предрасположенные к развитию повреждений. Однако в рассмотренной технологии контроля технического
состояния газопровода с изоляцией отсутствует дистанционный контроль, обеспечивающий сбор и передачу измерительной информации от датчиков на компьютер, и, как следствие помимо этого, потребуется программное обеспечение, которое как в первом варианте, позволит обработать поступающую информацию и отобразить её на мониторе в режиме реального времени. Кроме того, не предусматривается контроль технического состояния изоляции и оценки эффективности электрохимической защиты и её влияния на техническое состояние газопроводов.
Рис. 2. Схема измерений
Обеспечивая контроль технического состояния изоляции и применив конструкционный материал, обладающий защитой от блуждающих токов и токов утечек, а также химической защитой, решается вопрос электрохимической защиты газопроводов. В городской черте, где увеличивается интенсивность и величина блуждающих токов и токов утечек, существуют эффективные электротехнические устройства электрохимической защиты рельсов трамвайного и железнодорожного транспорта, которые в комплексе с конструкционным материалом изоляции обладающим свойствами электрохимической защиты газопроводов, обеспечивает повышение эффективности их электрохимической защиты.
В измерительный комплекс расхода газа входит вторичный прибор, который снабжён интегратором со счётным механизмом, который измеряет не только расход газа, но также массу или объём прошедшего вещества. Наряду с этим массу и объём можно получить путём платиметрирования и обработки диаграмм записи периода давления, давления и температуры.
Так как содержание газа в единице объёма зависит от давления и температуры, то результаты измерения объёмного расхода газа надо приводить к стандартным условиям [3].
Анализ конструктивных схем измерительных комплексов расхода газов показал, что все измерительные элементы, входящие в его состав -контактные [3, 4].
Одним из параметров, обеспечивающим прогнозирование объёма газа в газопроводе, является температура, измерение которой можно осуществить бесконтактным способом [5].
Бесконтактные измерения температуры производится с помощью инфракрасных (ИК) термометров. Достоверность результатов измерений зависит от значений коэффициента излучения поверхности (металлического трубопровода и его изоляции), который можно установить заранее экспериментально. Перед началом измерения необходимо ввести в прибор значение поправки, соответствующей свойствам их материала, и тогда прибор будет корректировать показания, компенсируя недостаточную излучающую способность.
Существуют модели ИК с лазерными прицелами, которые облегчают точное наведение объектива прибора на требуемый участок поверхности. В современных моделях используются несколько вариантов организации лазерных прицелов (рис. 3.).
Рис. 3. Организация лазерных прицелов
Простейший случай (рис. 3, а) - один лазерный луч, показывающий на исследуемой поверхности середину (реже - верхний край) мишени. Второй вариант (рис. 3, б) - более удобный - два расходящихся луча, показывающие на изучаемой поверхности диаметр мишени. Третий вариант (рис. 3, в) - два луча, сведением которых вместе можно, например, обеспечить всегда постоянное необходимое расстояние до исследуемой поверхности. Это важно для приборов с фиксированным фокусом.
75
Важно помнить, что включение лазерного прицела значительно увеличивает мощность потребления прибора (примерно в 5 ... 10 раз), поэтому целесообразно отключать устройство лазерного прицела тогда, когда в его использовании нет необходимости.
Многие современные модели ИК термометров имеют полезные режимы определения максимального, минимального и среднего значений температуры, которые имели место за время эксперимента. Кроме того, есть приборы с режимами определения значений температуры, превышающих значение заданной оператором установки. Это позволяет, выполняя сканирование исследуемой поверхности, легко найти участки поверхности, с температурой, выше заданной. Аналогичным образом можно обеспечить поиск участков с температурой ниже запрограммированной установки. При этом обычно появление результатов измерения, которые выше или ниже установки (в зависимости от режима) сопровождается звуковым сигналом, дополнительно обращающим внимание на события.
ИК термометр удобно использовать в экспресс-обследованиях. Можно организовать длительную регистрацию температуры поверхности объекта с помощью ИК термометра. Некоторые модели (например, ИК термометр INFRATRACE 801 фирмы Kane-May - Великобритания) имеют выход аналогового сигнала, пропорционально текущему значению измеряемой температуры (например, 1 мВ/оС), что позволяет подключить ИК термометр к внешнему аналоговому самопишущему прибору или к цифровому измерительному регистратору - логгеру (рис. 4.).
Рис. 4. Схема подключения устройств к ЭВМ
При использовании цифровых измерительных регистраторов (лог-геров) возможна дальнейшая компьютерная обработка и представление данных.
Для обнаружения небольших разностей температур (например, при поиске подземных трасс), когда не требуется точного измерения собственно температур, целесообразно повысить чувствительность ИК термометра. Это достигается введением низкого значения поправки - коэффициента излучения, например, 0,2.. .0,4.
Необходимо помнить, что у входного датчика ИК термометра существует определенная тепловая инерционность, и может потребоваться несколько минут для установления показаний при переходе от поверхности с высокой (близкой к максимально возможной) температурой к поверхности с низкой.
Применение аналого-цифрового преобразователя в измерительном комплексе температуры (рис. 4.) позволит совместно с дальнейшей компьютерной обработкой обеспечить представление данных по объёму газа в газопроводах.
Анализ конструктивных схем электротехнических устройств и способов бесконтактного контроля технического состояния стальных газопроводов, их изоляции, электрохимической защиты и объёма газа показывает, что электротехнические устройства по своему назначению с определенной степенью достоверности обеспечивают контроль их технического состояния и объёма газа в газопроводах.
Однако также очевидно, что существует взаимосвязь и зависимость между их параметрами и характеристиками в комплексе. Поэтому для повышения эффективности функционирования электротехнических устройств контроля технического состояния газопроводов, их изоляции, электрохимической защиты и объёмов газа, а также управления газораспределением и балансировкой газораспределительной системой, необходимо учитывать установленные их особенности, на основе которых разработать топологию и структуру измерительной и управляющей систем, и создать аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий требуемый уровень надёжности контроля и управления.
Список литературы
1. Саксон В.М., Сергеев А.Б., Проказин А.Б. Диагностика стальных трубопроводов методом бесконтактной магнитометрии // Мир измерений. М., 2012. Вып. 6. С. 17 - 21.
2. Дубов А. А. Контроль технологических трубопроводов без снятия изоляции с использованием сканирующих устройств и метода магнитной памяти металла: [Электронный ресурс] // ООО «Энергодиагностика», 1992 - 2015. URL: http://www.energodiagnostika.ru/article-about-mmm-wihtout-removal-insulation.html (дата обращения: 07.11.2016).
3. Кремлевский П.П. Расходометры и счетчики количества веществ. Справочник. Книга первая. / под общ. ред. Е.А. Шорникова. Санкт-Петербург: Изд-во Политехника, 2002. 409 с.
4. Кремлевский П.П. Расходометры и счетчики количества веществ. Справочник. Книга Вторая. / под общ. ред. Е.А. Шорникова. Санкт-Петербург: Изд-во Политехника, 2004. 411 с.
5. Специфика бесконтактного измерения температуры: [Электронный ресурс] / Московский Энергетический Институт. М., 2001 - 2015. URL: http://www.cbias.ru/terias/cont/div04/meth/prib 1/pribor/ an xx/ an 32.htm (дата обращения: 07.11.2016).
Дмитриев Вячеслав Валентинович, генеральный директор, dvitriev.vv@kalugaoblgaz.ru, Россия, Калуга, ОАО «Газпром газораспределение Калуга»
ANALYSIS OF CONSTRUCTIVE SCHEMES OF ELECTRICAL DEVICES AND METHODS FOR NONCONTACTINSPECTION OF TECHNICAL STATE OF STEEL PIPELINES, ISOLATION, CATHODIC PROTECTION AND GAS
V.V. Dmitriev
The analysis of constructive schemes and electrical devices for contactless control of the technical state of steel pipelines, isolation, cathodic protection and gas volumes, which showed that according to the purpose they provide some reliability design parameters, established their mutual influence on accuracy of measurements, indicating a complex solution of the task of creating apparato software.
Key words: noncontact control, steel pipeline, insulation, electrochemical protection, the volume of gas.
Dmitriev Vyacheslav Valentinovich, general director, dvitriev.vv@kkalugaoblgaz.ru, Russia, Kaluga, JSC "Gazprom gas distribution Kaluga»
УДК 622.691
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КОРРОЗИЙНОЕ СОСТОЯНИЕ ГАЗОПРОВОДОВ, СПОСОБОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ИХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ
В.В. Дмитриев
Проведён анализ факторов, влияющих на коррозийное состояние газопроводов, способов и средств контроля их электрохимической защиты, который показал, что наиболее эффективным является комплексный метод контроля их технического состояния, определяющий зоны концентраций напряжений, вызывающих их деформации и различные виды коррозийно-усталостного повреждения, а также оценка эффективности электрохимической защиты.
Ключевые слова: газопровод, коррозийное состояние, электрохимическая защита.
При условии допустимой остаточной толщины стенки газопроводных труб не менее 15...25 % от проектной величины вероятность коррозийного отказа может достигать 30 % и более, в зависимости от их возраста [1].
