Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Аналитический обзор теоретических и экспериментальных исследований постоянного магнитного поля магистральных трубопроводов 10
1.1 Теоретические основы контроля технического состояния трубопроводов магнитным методом 10
1.2.1 Метод использования эффекта Баркгаузена 22
1.2.2 Коэрцитометрический метод контроля 25
1.2.3 Магнитные поля рассеяния трубопроводов 31
1.2.4 Метод магнитной памяти металла
1.3 Магнитостатическое экранирование 40
1.4 Выводы и постановка задачи исследования 42
ГЛАВА 2 Теоретическое исследование магнитных полей трубопровода и дефектов 43
2.1 Магнитное поле тел простой геометрической формы 43
2.2. Магнитное поле трубопровода с дефектами 48
2.3 Математическое моделирование магнитного поля трубопровода с дефектами потери металла трубопровода в программном комплексе ANSYS MAGNETOSTATIC 52
2.4 Выводы по главе 2 68
Глава 3 Экспериментальные исследования остаточной и индуцированной намагниченности трубопроводов 69
3.1 Оборудование для исследования магнитного поля трубопроводов 69
3.1.1 Приборы для измерения параметров магнитного поля 69
3.1.2 Намагничивающие и размагничивающие устройства 75
3.1.3 Стенд-иммитатор внутритрубной магнитной диагностики 78
3.2 Измерение индуцированных магнитных полей внешней поверхности трубопровода в лабораторных условиях 82
3.3 Измерение остаточных магнитных полей на внутренней поверхности трубопровода в лабораторных условиях 88
3.4 Исследование экранирования датчиков магнитного поля 92
3.5 Исследование намагничивания трубопровода 103
3.6 Исследование зависимости магнитного поля трубопровода от приложенной нагрузки 109
3.7 Выводы по главе 3 118
ГЛАВА 4 Исследование остаточных магнитных полей трубопроводов в полевых условиях 120
4.1 Технология исследования магнитных полей трубопроводов 120
4.2 Результаты исследования остаточного магнитного поля трубопроводов в полевых условиях 125
4.3 Технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии мониторинга технического состояния нефтегазопроводов 129
4.4 Выводы по главе 4 136
Заключение 137
Список литературы 138
- Магнитные поля рассеяния трубопроводов
- Математическое моделирование магнитного поля трубопровода с дефектами потери металла трубопровода в программном комплексе ANSYS MAGNETOSTATIC
- Намагничивающие и размагничивающие устройства
- Результаты исследования остаточного магнитного поля трубопроводов в полевых условиях
Введение к работе
Актуальность работы: Напряженные состояния и коррозия являются основными причинами аварий на магистральных и распределительных стальных трубопроводов. В таких участках обычно происходит изменение остаточной намагниченности с течением времени при развитии напряженных состояний в металле. Проведение мониторинга газонефтепроводов позволяет производить контроль развития напряженных состояний и коррозии во времени, вовремя выявить опасные зоны и предотвратить их еще на стадии предразрушения.
Результаты теоретических и практических исследований в
области магнитной диагностики изложены в работах большого
количества авторов, среди которых можно отметить таких
исследователей, как Дубов А.А., Кулеев В.Г., Ломаев Г.В., Агиней
Р.В., Мужицкий В.Ф., Зацепин Н.Н., Щербинин В.Е., Ригмант М.Б.,
Некучаев В.О., Власов В.Т., Логачев А.А., Захаров В.П., Семенов
В.В., Крапивский Е.И., Гуськов С.С, Мусонов В.В. и других. Тем не
менее, методы, предложенные в данных работах, имеют
ограниченное применение для обнаружения дефектов и
напряженных состояний магистральных нефтегазопроводов.
В настоящее время наиболее эффективным методом диагностики является метод внутритрубной дефектоскопии, однако в России менее 50% трубопроводов обследовано данным методом, так как он имеет ряд существенных недостатков, таких как: невозможность определения напряженных состояний в сильных магнитных полях, значительные габариты внутритрубного дефектоскопа, необходимость проектирования камер приема-пуска диагностических снарядов, затруднения при движении снаряда внутри трубопровода из-за недостаточного давления газа в распределительных сетях, большие затраты на проведение диагностики из-за необходимости применения отдельного устройства для каждого диаметра, недостаточная частота внутритрубных диагностических обследований (1 раз в 5 лет согласно СТО Газпром 2-2.3-095-2007) для оценки и прогнозирования срока службы и остаточного ресурса нефтегазопроводов.
Из вышеизложенного следует, что актуальным является разработать и обосновать технологию мониторинга технического состояния нефтегазопроводов, основанную на комплексировании внутритрубной диагностики с дистанционной, осуществляемую за счет регистрации трех векторов остаточной намагниченности металла трубопроводов.
Цель исследования: Совершенствование метода технической диагностики нефтегазопроводов по индуцированной и остаточной намагниченности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
проанализировать состояние существующих методов и средств магнитометрического контроля технического состояния нефтегазопроводов;
определить формы аномалий и закономерности изменения трех взаимно перпендикулярных компонент остаточного и индуцированного магнитного поля дефектов газонефтепровода в зависимости от расстояния до точки наблюдения, пространственного положения трубопровода в плане и в разрезе и величины намагничивания;
получить закономерности изменения трех взаимно перпендикулярных компонент остаточного и индуцированного магнитного поля газонефтепровода в зависимости от изменения его напряженного состояния;
обосновать применение магнитостатического экранирования датчиков магнитного дефектоскопа для повышения чувствительности к дефектам;
оценить экономическую эффективность технологии мониторинга нефтегазопроводов по остаточной и индуцированной намагниченности.
Научная новизна исследования:
-
Выявлено, что форму, размер и конфигурацию дефектов, а также величину напряжений в металле трубопровода возможно оценить по краевым эффектам магнитной аномалии.
-
Установлена математическая зависимость между величиной индукции остаточного магнитного поля трубопровода, его
диаметром, толщиной стенки, а также механическим напряжением в металле.
3. Обосновано применение магнитостатического экранирования для повышения чувствительности дистанционного и внутритрубного магнитометрического метода к дефектам потери металла.
Защищаемые положения:
1. Использование магнитного экранирования датчика
измерительного устройства цилиндрическим экраном совместно с
намагничиванием трубопровода до величины (0,1 - 0,8)JHac
позволяет повысить контрастность дефектов потери металла
относительно фона на магнитограммах трубопроводов в
зависимости от угла видимости датчика, размера дефекта и
величины намагничивающего поля по компонентам х, у, z в 2-3, 1,5-
2 и 2,5-22 раз соответственно.
2. Напряжения, возникающие в металле газонефтепровода при
его эксплуатации, возможно оценить по полиномиальной
зависимости 3 степени между величиной напряжений и разностью
значений в двух ближайших точках экстремумов (точках максимума
и минимума) на магнитограммах компонент магнитной индукции
трубопроводов.
Практическая ценность работы:
разработан метод магнитометрического мониторинга
технического состояния подземных магистральных трубопроводов (заявка на изобретение № 2014151200);
доказана целесообразность применения магнитостатического экранирования датчиков измерительного устройства для увеличения чувствительности магнитометрической диагностики нефтегазопроводов;
полученная математическая зависимость позволяет рассчитать величину напряжений, возникающих в металле по измеренной индукции магнитного поля трубопровода, что дает возможность оценить его техническое состояние.
Соответствие диссертации паспорту специальности: Область исследования, связанная с мониторингом технического состояния нефтегазопроводов по остаточному магнитному полю,
соответствует паспорту специальности 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ, а именно: пункту 6 «Разработка и усовершенствование методов эксплуатации и технической диагностики оборудования насосных и компрессорных станций, линейной части трубопроводов и методов защиты их от коррозии».
Методы исследования:
При проведении исследований применялся комплексный метод, который включает: анализ и обобщение научных работ в области теории ферромагнетизма и магнитной дефектоскопии стальных конструкций, экспериментальные исследования, методы физического и математического моделирования, расчет магнитных полей методом конечно-элементного анализа в лицензионной программе ANSYS MAGNETOSTATIC, статистические методы обработки результатов измерений. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием современных компьютерных программ.
Достоверность научных положений: обеспечивается достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, полевого эксперимента и лабораторного моделирования и положительным результатом диагностирования на действующей линейной части трубопровода.
Реализация результатов работы:
Технология мониторинга технического состояния
нефтегазопроводов по индуцированному и остаточному магнитному полю, а так же результаты по интерпретации магнитных аномалий могут быть использованы на предприятиях нефтегазовой отрасли, эксплуатирующих стальные магистральные нефтегазопроводы.
Теоретические и экспериментальные результаты работы рекомендованы к использованию в учебном процессе подготовки студентов по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело», а аспирантам при проведении научных исследований.
Личный вклад автора:
на основе литературных источников, аналитических и экспериментальных исследований обоснована необходимость
совершенствования методов магнитометрического контроля технического состояния магистральных трубопроводов;
выполнены лабораторные и полевые исследования магнитного
поля подземных магистральных трубопроводов;
выполнены расчеты магнитных полей различных тел по
аналитическим формулам и с использованием программного
комплекса ANSYS MAGNETOSTATIC ;
обосновано применение магнитостатического экранирования для повышения чувствительности дистанционного и внутритрубного метода диагностики технического состояния нефтегазопроводов;
обоснована технология мониторинга технического состояния нефтегазопроводов по остаточной и индуцированной намагниченности.
Апробация работы. Основные положения, результаты
экспериментальных исследований, выводы и рекомендации работы
докладывались и получили положительную оценку на: 10
международной научной школе молодых ученых и специалистов
"Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых" (г. Москва,
ИПКОН РАН, ноябрь 2013г.), Ш всероссийской научно-
практической конференции "Новые технологии в науке о Земле " (г.
Нальчик, Кабардино-Балкарский ун-т, сентябрь 2013), 54
международной конференции (г. Краков, ноябрь 2013 г.), IX
международной учебно-практической конференции
«Трубопроводный транспорт - 2013» (г. Уфа, декабрь 2013 г.), международном семинаре «Рассохинские чтения», (г. Ухта, февраль 2014 г.), V всероссийской научно-практическая конференции "Новые технологии в науке о Земле "(г. Нальчик, сентябрь 2015 г.).
Разработки, полученные в ходе выполнения исследования, были представлены на: конкурсе грантов Правительства Санкт-Петербурга для студентов и аспирантов в 2014 г. (победитель); конкурсе грантов Правительства Санкт-Петербурга для студентов и аспирантов в 2015 г. (победитель); конкурс на премию по поддержке талантливой молодежи, установленной Указом Президента Российской Федерации от 6 апреля 2006 г. №325 «О мерах государственной поддержки талантливой молодежи» (победитель).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, входящих в список рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, 1 монография.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 149 страницах. Содержит 126 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 100 наименований.
Магнитные поля рассеяния трубопроводов
Как уже упоминалось ранее, магнитное поле реального трубопровода, сваренного из труб длиной каждая около 12 м нельзя рассматривать как магнитное поле бесконечного цилиндра и до настоящего времени аналитическое выражение для магнитного поля не получено. Однако с некоторым приближением цилиндр конечной длины можно рассматривать как эллипсоид вращения. Впервые И.М. Бахуриным было установлено, что магнитное поле софокусных эллипсоидов вращения пропорционально их магнитным моментам. Магнитные поля эллиптических цилиндров И.М. Бахурин представил в виде диаграммы, пользуясь которой можно вычислить напряженность поля (Z и Н) над любым эллиптическим цилиндром.
Магнитное поле Z и Н над эллипсоидом вращения при а) вертикальном намагничивании, б) косом намагничивании Штрих – положительные значения На рисунке 1.3 изображены кривые Z и Н над эллиптическим цилиндром с соотношением осей с: а=10 (соответствует длине трубы 12 м при диаметре 1200 мм) при Т= 0.5 Э, х = 1 СГС (что существенно меньше магнитной восприимчивости трубной стали) при вертикальным и косом намагничивании. За единицу длины принята половина фокусного расстояния.
При косом намагничивании вертикальная составляющая магнитного поля Z приобретает резкую асимметрию по сравнению в более симметричной горизонтальной составляющей Н. Пересечение с нулевой линией справа смещено почти на половину фокусного расстояния от края эллипсоида, слева же пересечение приходится почти на край эллипсоида.
Нередко для практики большое значение имеет знание о распределении магнитного поля в ферромагнитных телах и их окрестностях, а также дефектов, возникающих в них со временем. Многие авторы в своих работах предлагают различные способы решения данной задачи. Большую сложность создает нелинейная зависимость основных параметров ферромагнетика и поэтому получить строгое аналитическое решение уравнений Максвелла не представляется возможным [56] .
Поэтому интересно с точки зрения магнитной дефектоскопии форма магнитной аномалии горизонтального пласта малой мощности, так как при уменьшении величины горизонтальной мощности пласта b форма аномалии напоминает дефект потери металла на трубопроводе (рисунок 1.4) [51].
Существует несколько методов, пригодных для расчета магнитных полей ферромагнитных тел. Среди них наибольшее распространение получили метод интегральных уравнений [56,38], метод сеток [17] и метод конечных элементов[62,78]. Каждый из методов нашел свое применение и имеет свои достоинства и недостатки.
Наибольшее распространение для расчета магнитных полей
ферромагнитных тел получил метод конечных элементов, который заключается в разбиении пространства, занимаемого полем на достаточно малые, но конечные размеры [9]. Данный метод является универсальным для моделирования магнитных полей, так как он позволяет решать нелинейные задачи всех типов, получать наглядное решение сразу для всех точек тела и моделировать краевые эффекты, которые характерны для магнитных полей.
В работе [78] метод конечных элементов применяется для моделирования магнитного поля ферромагнитного стержня, намагниченного с помощью соленоидальной катушки. Предлагаемый авторами метод позволяет получить трехмерную картину распределения магнитного поля внутри и снаружи ферромагнитного тела. Метод базируется на усреднении величины магнитной проницаемости материала по некоторому объему. Данный способ достаточно удобен для расчета, но при моделировании в слабых полях и разбиении стержня менее чем на 1500 ячеек, а в сильных менее, чем 1000, расчетные величины сильно разнятся с экспериментальными значениями. Нельзя не отметить, что время расчета при разбиении на большее число ячеек, безусловно, возрастает, что является большим недостатком метода.
Так же большой практический интерес представляют работы по моделированию магнитных полей различных дефектов, возникающих в ферромагнитных телах. Например, в работе [20] произведен расчет магнитного поля продольной бесконечной трещины, находящейся в однородном магнитном поле. В нулевом приближении авторами предлагается моделировать данный дефект ленточным диполем с постоянной плотностью зарядов на плоскостях. В результате численного моделирования получены аналитические выражения для плотности поверхностных зарядов на гранях поверхностных дефектов и дефектов внутренней поверхности. Так же, установлено, что влияние второй границы трубы на магнитное поле не превышает 5%, если раскрытие трещины 2b/h 0,4, а влияние кривизны поверхности трубы не превышает 5%, если отношение глубины дефекта к радиусу трубы не превышает 0,1 для поверхностных дефектов, и если радиус трубы больше или равен 80 мм для дефектов внутренней поверхности. Авторами была выявленная зависимость, согласно которой увеличение радиуса трубы приводит к быстрому уменьшению величины магнитного поля с увеличением высоты измерения для поверхностных дефектов и медленному уменьшению для внутренних.
Однако, на практике дефекты не являются бесконечными и имеют свои размеры, поэтому данные результаты не совсем точно характеризуют распределение магнитного поля реального дефекта. В работе [71] представлен расчет магнитного поля дефекта в виде эллиптического цилиндра внутри пластины. Результатом расчета являются зависимости тангенциальной и нормальной составляющих магнитного поля от соотношения осей эллипса, от угла его наклона, от его ширины, от глубины зелегания дефекта, что является особо актуально для определения глубины и размеров дефектов на практике. К сожалению, данная методика является приближенной и вносит существенную погрешность в определение размеров и глубины залегания дефектов (до 15%). Так же в работе представлена зависимость магнитного поля дефекта от магнитной проницаемости образца.
Численное моделирование дефектов различных конфигураций и различного направления намагниченности было произведено в работе Гуськова С.С. [14]. Автором сделаны выводы о возможности интерпретации магнитных аномалий дефектов, расположенных на различных расстояниях друг от друга и от магнитометрического датчика. Полученные результаты позволили сделать вывод о невозможности определения пространственной конфигурации дефектов с детализацией, меньшей, чем расстояние от источников до точек измерений.
В монографии Селезнева В.Е., Алешина В.В., Прялова С.Н. [72] рассмотрены результаты численного моделирования продольной трещины и группы трещин конечных размеров. В соответствии с этим результатами сделаны выводы о максимальной допустимой погрешности измерительной системы снаряда-дефектоскопа для обнаружения этих дефектов.
В докторской диссертации Коваленко А.Н. [24] автором получены теоретические формулы для расчета полей магнитных аномалий дефектов типа «трещина» конечных размеров на внутренней и внешней сторонах трубопровода, при этом дефект моделируется магнитным полем рассеяния в виде двух бесконечно тонких витков прямоугольного сечения длиной, равной длине дефекта, высотой, равной глубине дефекта, по которым протекает ток I, плотностью а, пропорциональной нормальной составляющей намагниченности Jп ферромагнетика, в котором находится данный дефект (рисунок 1.5).
Математическое моделирование магнитного поля трубопровода с дефектами потери металла трубопровода в программном комплексе ANSYS MAGNETOSTATIC
Магнитное поле внешней трещины схоже по характеру распределения с магнитным полем намагниченного цилиндра. Имеют место ярко выраженные краевые эффекты, в то время как магнии тое поле внутренней трещины более схоже с магнитным полем намагниченного шара, у которого краевые эффекты проявляются слабо. При увеличении угла намагничивания до 90 происходит переход тангенциальной составляющей в нормальную и наоборот.
Основными уравнениями для решения задач магнитостатики методом конечно-элементного анализа в программном комплексе ANSYS являются уравнения Максвелла в дифференциальной форме с исключенными членами, которые зависят от времени [73]: где Hx, Hy и Hz – составляющие напряженности магнитного поля, jx, jy, jz – составляющие плотности тока.
В дополнение к уравнениям (35) следует записать выражение потока магнитной индукции через замкнутую поверхность в дифференциальной форме: где Bx, By, Bz – составляющие магнитной индукции. Причем где B – магнитная индукция, H – напряженность магнитного поля, 0 – магнитная проницаемость в вакууме, – относительная магнитная проницаемость вещества. Для решения задачи в численном виде необходимо задание граничных условий. Граничные условия для магнитного поля на поверхности модели S, исходя из равенства касательных и составляющих вектора напряженности Н и нормальных составляющих вектора индукции В: где n и – внешняя нормаль и касательная к поверхности проводника В ходе расчета в ANSYS был смоделированы дефекты различных размеров. В результате были получены графики зависимости магнитного поля дефекта от его глубины (рисунок 2.19), длины (рисунок 2.20), ширины (рисунок 2.21), расстояния до точки наблюдения (рисунок 2.24) и угла намагничивания (рисунок 2.26).
Зависимость тангенциальной а) и нормальной б) составляющих магнитного поля дефекта размерами 2010 мм от его длины Рисунок 2.22 – Ряд кривых зависимости тангенциальной составляющей магнитной индукции дефекта от его глубины при различной длине и ширине
Зависимость тангенциальной а) и нормальной б) составляющих магнитного поля дефекта от угла намагничивания Графики, полученные в результате расчета в ANSYS схожи с графиками, ранее полученными при расчете по [24] и [51]. Зависимость магнитного поля от расстояния от объекта до точки наблюдения, полученная в результате расчета в ANSYS, показывает, что краевые эффекты для ограниченного стального цилиндра имеют место при h2r, что не учитывается в [51], так как формулы не содержат радиуса. Кривые зависимости разности абсолютных значений в точках экстремумов от глубины каверны схожи с ранее полученными результатами, и имеют вид полиномиальной зависимости 3 степени.
При увеличении длины трещины абсолютные значения магнитной индукции в точках экстремумов на магнитограммах уменьшаются для нормальной составляющей и увеличиваются для тангенциальной, так же растет и длина самой магнитной аномалии, что отражается на кривых обеих составляющих магнитной индукции. По полученным результатам был построен ряд кривых зависимости составляющих магнитной индукции от глубины дефекта различных размеров (рисунки 2.34-2.35), по ним был проведен регрессионный анализ в программе STATISTICA и подобрана математическая модель, описывающая связь максимального скачка магнитной индукции в области дефекта с его геометрическими параметрами (коэффициент корреляции R = 0,995).
Также были смоделированы и рассчитаны магнитные поля дефектов, различных размеров и конфигурации (рисунки 2.27 – 2.43). Магнитные параметры материала трубопровода, заложенные в математическую модель при расчете представлены в таблице 2.2.
Магнитные поля дефектов типа накладка и трещина одинаковых размеров отличаются лишь знаком, отсюда можно сделать вывод, что на практике возможно моделирование дефекта типа трещина с помощью накладки из материала трубы.
Магнитное поле поперечной трещины становится ассиметричным в случае ее поворота относительно оси трубы. При увеличении глубины дефекта увеличивается амплитуда магнитного поля, а при сглаживании граней краевые эффекты так же сглаживаются, магнитное поле дефекта становится пологим. При одинаковых размерах дефектов с резкими и пологими гранями, дефект со сглаженными краями на магнитограммах проявляется лучше, имеет большую контрастность относительно поля трубы [37].
Намагничивающие и размагничивающие устройства
Графики зависимости х,у, z-компонент магнитной индукции от расстояния от образующей стальной трубы до датчика при измерении с экраном При использовании магнитного экрана кривые зависимости магнитной индукции от расстояния объекта до датчика имеют более плавный характер, уменьшение индукции с увеличением расстояния происходит без резких скачков. Т. к. дефект на трубе имеет размеры меньшие, чем диаметр экрана, то при прохождении зоны дефекта датчик «видит» дефект целиком, поэтому при увеличении расстояния до датчика уменьшение индукции в области дефекта происходит гораздо медленнее, чем на остальных участках, соответственно экранирование значительно увеличивает чувствительность датчика к дефектам, даже при дистанционной диагностике.
С увеличением расстояния от кромки экрана до датчика растет относительное магнитное поле рассеяния дефекта, т.е. увеличивается чувствительность датчика. Как видно из графика для составляющих поля х и z это происходит плавно, без скачков, когда как для у-компоненты характерно скачкообразное увеличение относительного магнитного поля рассеяния дефекта при увеличении глубины погружения датчика внутри экрана, т.е. при уменьшении угла видимости прибора. Эти данные хорошо коррелируются с ранее полученными нами данными.
Традиционный способ магнитной диагностики нефтегазопроводов предполагает пропуск по трубопроводу инспекционных снарядов, состоящих из намагничивающего устройства и измерительного блока. Трубопровод намагничивается до насыщения с помощью постоянных магнитов или электромагнитов и измеряется поле утечки между полюсами магнитов при уменьшении толщины стенки трубы. Однако, недостатками данного способа являются большие габариты снарядов, содержащих одновременно намагничивающее и измерительное устройство, что существенно затрудняет диагностику трубопроводов малого диаметра и сложной формы (например, распределительных газопроводов с тепловыми компенсаторами), наличие сильных магнитов в конструкции, что затрудняет перемещение дефектоскопа при малом давлении газа (давление в распределительных трубопроводах обычно не превышает 0,6 МПа), а так же тот факт, что намагничивание до состояния магнитного насыщения приводит к исчезновению слабых магнитных полей, которые характерны для механических напряжений.
Одним из способов устранения данных недостатков является намагничивание трубопровода в слабых магнитных полях, что позволит увеличить чувствительность магнитометрической аппаратуры к дефектам малого размера, по сравнению с диагностикой по остаточному магнитному полю, а также уменьшить габариты прибора.
Измерения проводились на стальной трубе 125 см и d = 120 мм и = 7 мм. намагничивание производилось с помощью установки ИЛ – 100 – 30. Труба помещалась в индуктор отрезками по 30 см, затем для более равномерного намагничивания труба перемещалась на 10 см. Измерения проводилось с помощью градиентометра PipeMag, для измерения магнитного поля, выходящего за диапазон измерении прибора на датчик был надет цилиндрический экран на глубину 3 см, уменьшающий значение магнитной индукции в 13, 7 и 21 раз по х, у и z соответственно (рисунки 3.38-3.41).
Намагничивание производилось импульсами по 5 сек. В результате был получен ряд графиков распределения трех составляющих и полного вектора магнитной индукции вдоль трубы, которая возрастает пропорционально увеличению магнитного поля. Так же была получена кривая намагниченности, построенная по значениям полного вектора магнитной индукции в середине трубы. Как видно на графике (рисунок 3.42) намагниченность на участке от 0 до 10 сек полого возрастает, затем следует более резкий подъем на промежутке от 10 до 20 сек, а после этого кривая выполаживается. Дальнейшее увеличение магнитного поля дает небольшой прирост величины индукции. Далее в середине трубы размещали накладку в виде параллелепипеда из того же материала размерами 70 25 5 мм, имитирующую дефект трубы.
Далее трубу с имитацией дефекта намагничивали до 15 сек в индукторе намагничивающего устройства и с помощью датчика, помещенного вглубь цилиндрического экрана, измеряли три компоненты индукции магнитного поля, изменяя расстояние от датчика до трубы. В результате были получены графики распределения индукции магнитного поля на различных расстояниях датчика от трубы.
Распределение относительного поля рассеяния по длине дефекта на расстоянии 1 см до точки наблюдения (сплошная линия – с экраном с намагничиванием, штриховая – с экраном без намагничивания) При измерении магнитной индукции с использованием магнитостатического экрана она слабо убывает с увеличением расстояния от датчика измерительной аппаратуры до трубы на участке с дефектом и на торцах трубы , на которых проявляются краевые эффекты, по сравнению с бездефектным участком (рисунки 3.47-3.52). Результаты, полученные в данном опыте, доказывают тот факт, что экранирование совместно с намагничиванием не до насыщения позволяет с хорошей точностью диагностировать дефекты металла даже подземных трубопроводов с поверхности Земли.
В ходе эксперимента измерялись три взаимно-перпендикулярные компоненты электромагнитной индукции (z – вдоль трубы, у – вверх перпендикулярно трубе, х – перпендикулярно оси трубы и оси у) на расстоянии 7 см от верхней образующей ненагруженной и нагруженной стальной трубы (Ст 20, D = 60 мм, = 5 мм, l = 3 м) , помещенной в магнитное поле Земли. Сначала трубу располагали так, чтобы .она находилась в ненагруженном состоянии, без провисания. Затем концы трубы располагали на опорах, при этом нагрузка, приходящаяся на трубу, была равна весу самой трубы. После этого к середине трубы подвешивали немагнитный груз весом 10 и 20 кг. Полученные результаты можно видеть на рисунок 3.51, рисунок 3.52, рисунок 3.53.
Результаты исследования остаточного магнитного поля трубопроводов в полевых условиях
Самым известным и чаще всего применяемым показателем оценки эффективности инвестиционных решений является чистая текущая стоимость (ЧТС) или чистый дисконтированный доход (ЧДД). Чистая -прибыль после уплаты всех налогов и отчислений, дисконтированной -эквивалент той прибыли (вернее сверхприбыли), которая будет получена в будущем.
Чистая текущая стоимость представляет собой разницу между суммой дисконтированных денежных поступлений и суммой дисконтированных затрат: Е - ставка (норма) дисконта, %; На практике часто используется модифицированная формула определения МТС (NTV), для этого из состава затрат исключаются первоначальные инвестиции (капитальные вложения) по формуле TR -3 ЧТС =к+5мг (47) Если при проведении мероприятия предусмотрено вложение средств (инвестиций) по т В -3 т где К - первоначальные инвестиции (капитальные вложения), руб; З - полные издержки без инвестиционных затрат; Kf - вложение средств, осуществляемое в год t, руб.;
Ставка (норма) дисконта должна по существу отражать возможную стоимость капитала и является минимальной нормой прибыли, ниже которой вложения можно считать неэффективными.
Для мероприятия в качестве нормы дисконта используется ставка процента по долгосрочным ссудам на рынке капитала или ставка процента, которая уплачивается получателем ссуды.
Если рассчитанная ЧТС положительна, то прибыльность инвестиций выше нормы дисконта и мероприятие следует принять. Если ЧТС равна нулю, то прибыльность равна норме дисконта. Если же ЧТС меньше нуля, то прибыльность инвестиций ниже нормы дисконта и от данного мероприятия следует отказаться.
Вторым показателем является внутренняя норма рентабельности (дохода) (ВНР или ВНД) проекта, то есть ставка дисконта, которая уравнивает сумму дисконтированных выгод с суммой дисконтированных затрат. Иначе говоря, при ставке дисконта, равной ВНР, чистая текущая стоимость равна нулю. ВНР определяется из уравнения ЧТС=0, которое можно записать в виде -к+Ш , (49) где г- ВНР. При анализе используется индекс доходности (ИД), представляющий собой отношение суммы дисконтированных эффектов, которые определяются как выгоды минус затраты, к первоначальным капитальным вложениям (если предусмотрено единовременное вложение средств) или к сумме дисконтированных капитальных вложений (если предусмотрено вложение средств по годам)
Ещё одним показателем, которым пользуются в финансовом анализе, является срок окупаемости или как его часто называют срок возмещения затрат. Его величина говорит о том, за какой период времени мероприятие позволяет возместить инвестиционные затраты (в том случае говорят о сроке возмещения затрат при простом сроке окупаемости) и позволит получить минимально приемлемый уровень прибыли (в этом случае говорят о дисконтированном сроке окупаемости).
Простой срок окупаемости определяется по кумулятивному реальных денег мероприятия, после которого кумулятивный поток реальных денег останется неотрицательным до момента окончания мероприятия.
Дисконтированный срок окупаемости определяется по кумулятивному дисконтированному потоку реальных денег мероприятия, после которого кумулятивный дисконтированный поток реальных денег остаётся неотрицательным до момента окончания проекта. Если такой момент времени определить нельзя, то проект считается неэффективным.
В качестве исходных данных принята ориентировочная стоимость оборудования, которая может изменяться в зависимости от комплектации и производителя, а также ориентировочные затраты на заработную плату персоналу за выполнение объема работ по диагностике нефтегазопроводов. Периодичность внутритрубной диагностики 1 раз в 5 лет, дистанционной – 1 раз в год.
Расчет инвестиционного проекта по внедрению новой технологии мониторинга технического состояния нефтегазопроводов производился на 10 лет. В результате расчета были получены значения основных технико-экономических показателей, которые сведены в таблицу.
Расчет экономической эффективности от внедрения технологии мониторинга технического состояния нефтегазопроводов по остаточной намагниченности показал, что экономия достигается за счет разницы в стоимости оборудования (47 000 тыс. руб.). Чистый дисконтированный доход всего проекта получился положительным и больше нуля и на конец продолжительности эффекта составил 75 588 тыс. руб., что означает эффективность данного проекта и возможность рассматривать его для реализации. Дисконтированный срок окупаемости капитальных вложений для внедрения нового способа мониторинга технического состояния нефтегазопроводов составил полгода.
Индекс доходности составил 2,9, а индекс дисконтированных затрат составил 2,4, что в свою очередь свидетельствует об устойчивости проекта и не значительном колебании затрат и доходов. На рисунке 4.9 показан график роста чистого дисконтированного дохода до конца продолжительности эффекта. тыс. руб. 80000 70000 - 67859 62424 і 75588 7217170140 73980 60000 - 55588. 69 59202 50000 51538 40000 - 30000 - 20000 - 10000 0 п1 2 345 67год 8 9 10
К тому же дефектоскопы, применяемые для стандартной внутритрубной диагностики имеют большие габаритные размеры и требуется установка камер приема и пуска диагностических снарядов, что влечет за собой дополнительные затраты, в то время как предлагаемый новый способ мониторинга технического состояния нефтегазопроводов предполагает использование прибора, чьи габариты позволяют помещать и извлекать его через шаровой кран.