Введение к работе
Актуальность темы.
Увеличение количества и сроков эксплуатации подземного магистрального трубопроводного транспорта выдвинуло в число первоочередных проблему обеспечения надежности, безопасной эксплуатации трубопроводов и оценки их ресурса. Большой вклад в решение этой проблемы вносят средства неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики (ТД), использующие различные методы.
Важное место среди них занимает электромагнитный метод (ЭМ), который обеспечивает высокую надежность обнаружения дефектов в объекте контроля (ОК), высокую производительность, низкое энергопотребление, возможность бесконтактного съема информации и является экологически безопасным. Поэтому он широко применяется в средствах НК для различных областей промышленности.
Созданная на протяжении почти 40 лет уникальная система магистральных трубопроводов для транспортировки газа, нефти и продуктов их переработки является одним из самых крупных инженерных сооружений. Причем только российская часть магистралей составляет более 210 тыс.км, из них большую часть представляют трубы большого диаметра (1220 – 1420 мм). В настоящее время практически около половины трубопроводов имеют конечный расчетный эксплуатационный ресурс выработки. Естественно старению подвержены и изоляционные покрытия, которые со временем теряют свои свойства. Ресурс антикоррозионных покрытий также подходит к критическому сроку.
Вследствие этого сейчас стоит первоочередная задача – обеспечение надежности ОК и экологической безопасности.
Коррозия металла и в дальнейшем аварийные ситуации наступают чаще всего в местах дефектов покрытия. Поэтому, в первую очередь уделяется внимание диагностике покрытий. При этом используют контактные или бесконтактные методы обследования. В целях обеспечения надежной эксплуатации подземных трубопроводов требуется применять высокопроизводительные методы и средства НК, в том числе и для оценки состояния покрытий, иметь наиболее полную и достоверную информацию об объекте контроля. Используемые сегодня средства для дефектоскопии покрытий имеют определенные недостатки: относительную сложность выполнения процедур контроля и интерпретации результатов, недостаточную информацию о размерах дефектов, конструктивную сложность, высокую степень влияния человеческого фактора, высокую стоимость.
Необходимость решения проблемы привела к возросшей потребности расширения внедрения типовых средств и их модернизации, так и в создании новых средств и методов НК, при этом важнейшим фактором также является разработка и применение эффективных методик, которые должны быть составной частью технической диагностики различного оборудования. Все это свидетельствует об актуальности решаемой в работе задачи.
Цель работы.
Целью данной работы является разработка средств дефектоскопии покрытий металлических трубопроводов, размещенных в грунте, исследование электромагнитных методов и средств НК, предназначенных для диагностики изоляционных покрытий подземных металлических трубопроводов, разработка методического обеспечения для оценки фактического положения и состояния трубопроводов,
Задачи исследований.
Для достижения цели необходимо решить ряд задач:
1. Исследовать возможные средства и методы измерений характеристик пространственного положения подземных металлических трубопроводов с целью определения способов и технологии обследования трубопроводов в грунте.
2. Разработать расчетную модель для исследования закономерностей формирования электромагнитного поля переменного тока, пропускаемого по трубопроводу, уложенному в грунт, учитывающую электрофизические характеристики вносимых параметров.
3. Разработать на основе найденных решений и обеспечить внедрение в промышленность средств электромагнитной дефектоскопии покрытий трубопроводов, обладающих достаточной точностью, информативностью и улучшенными массогабаритными характеристиками.
4. Разработать критерии интегральной оценки состояния покрытий подземных трубопроводов, находящихся в эксплуатации и в процессе строительства.
Объекты и методы исследований.
В качестве объектов исследований использовались магистральные нефтегазопроводы и продуктопроводы.
Теоретические исследования осуществлялись с привлечением методов математического анализа и интегрального исчисления. Математическое моделирование проводилось на базе вычислительных средств общего применения с использованием математического пакета прикладных программ «МathСad». Для экспериментальных исследований применялось оборудование как отечественного, так и зарубежного производства.
Научная новизна.
1. Предложена расчетная модель для исследования закономерностей формирования электромагнитного поля переменного тока, пропускаемого по трубопроводу, учитывающая диаметр трубопровода, электрофизические характеристики грунта и покрытия.
2. Предложена технология диагностики подземных трубопроводов, которая позволяет определять состояние покрытия и прогнозировать скорость старения или ухудшения состояния покрытия во времени на любой год эксплуатации подземного трубопровода.
3. Предложен способ использования магнитных антенн, зондирующих грунт короткими электромагнитными импульсами и свойств грунта для формирования картины профиля грунта с целью обнаружения магистральных коммуникаций.
4. Предложены и экспериментально подтверждены критерии интегральной оценки состояния изоляционного покрытия подземных трубопроводов, находящихся в эксплуатации и в процессе строительства.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Расчетная модель для исследования закономерностей формирования электромагнитного поля переменного тока, пропускаемого по трубопроводу, уложенного в грунт.
2. Способ использования магнитных антенн в виде коллемирующих решеток, позволяющий создать мобильный георадар для дистанционного поиска в трудно доступных местах магистральных коммуникаций с определением их поперечного размера и глубины залегания в грунте.
3. Критерии интегральной оценки состояния изоляционного покрытия подземных трубопроводов, находящихся как в эксплуатации, так и в процессе строительства, полученные на основе практических исследований и предложенного аналитического решения определения интегральной величины сопротивления изоляционного покрытия по величинам затухания тока.
4. Номограммы определения сопротивления покрытия по измеренным величинам тока и рассчитанным величинам затухания тока для различных частот и диаметров трубопроводов.
5. Созданная система ВТТ «ОНИКС» дефектоскопии покрытий трубопроводов, размещенных в грунте, обладающая многофункциональностью и улучшенными массогабаритными характеристиками.
Личный вклад автора.
При непосредственном участии автора разработана и внедрена трассопоисковая система ВТТ «ОНИКС», предназначенная для дефектоскопии покрытий подземных трубопроводов. Автором разработано программное обеспечение системы, способы и технологическая последовательность диагностики состояния трубопроводов.
Автор принимал участие в создании методического обеспечения, участвовал в практических и экспериментальных исследованиях.
Апробация полученных результатов.
Результаты работы докладывались и обсуждались на: 15-й Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (г.Москва, 1999); 3-й Международной конференции «ДИАГНОСТИКА ТРУБОПРОВОДОВ» (г.Москва, 2001); 8 th ChSNDT Conference and International Symposium on NDT (CHINA, 2003); 3-й, 4-й, 5-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г.Москва, 2004, 2005, 2006); семинарах ОАО «АК «ТРАНСНЕФТЬ» в Учебно-исследовательском центре повышения квалификации РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина в 2005 и 2006 гг.
Материал диссертации опубликован в 11 печатных работах, в том числе в журнале «Контроль. Диагностика» и ведомственном руководящем документе ВРД 39-1.10-026-2001, ООО «ГАЗПРОМ», приоритет предлагаемых решений подтвержден 2-я патентами.
Практическая значимость.
Найденные подходы и решения реализованы в серийно выпускаемой системе ВТТ «ОНИКС», которая в настоящее время эксплуатируется в нефтегазовой, строительной и коммунальной отрасли промышленности.
Предложенный способ использования магнитных антенн в виде коллемирующих решеток позволяет создать мобильный георадар для дистанционного поиска в трудно доступных местах магистральных коммуникаций с определением их поперечного размера и глубины залегания в грунте (патент РФ № 2256941).
Разработанное методическое обеспечение является практическим руководством для организаций, проводящих диагностику подземных трубопроводов без вскрытия грунта, а также может быть использовано в практике научно-исследовательских и учебных институтов.
Результаты работы подтверждаются актами внедрения системы и методического обеспечения в промышленную эксплуатацию предприятиями: КЦ ОАО «ВЛАДИМИРОБЛГАЗ» РАО «ГАЗПРОМ»; НРУПТН «Дружба» ОАО «ТРАНСНЕФТЬ»; ООО «Технический АУДИТ»; НПП по строительству ОАО «ЭКОС».
Система ВТТ «ОНИКС» сертифицирована Органом по сертификации СНК, сертификат соответствия № 085 от 02.05.2006г.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы из 136 наименований. Общий объем работы составляет 172 страницы, включая 19 таблиц и 53 иллюстрации.
