Введение к работе
Актуальность работы.
Проблемы техногенной, экологической и антитеррористической безопасности являются весьма актуальными в развитии современного общества. Они требуют постоянного совершенствования методов, создания средств неразрушающего контроля и технической диагностики и развились во многих странах в самостоятельную индустрию, объединяющую тысячи научно-технических сотрудников производства.
В нефтяной и газовой промышленности стран СНГ эксплуатируется 206 тыс. км магистральных трубопроводов, 65 тыс. км магистральных нефтепроводов, более 6 тыс. км продуктопроводов и более 300 тыс. км промысловых трубопроводов различного назначения. Протяженность магистральных газопроводов-153345,4км. Из них диаметром: 1420мм. -14%; 1220мм.-17%; 1020мм.-23%; 720мм.-13%; 530мм. - 30%; 820мм-3%.Возрастная структура газопроводов: до 10 лет-29%; 10-20лет-37%, 20-33года - 20%; Свыше 33лет - 14%.
При этом 30% газопроводов эксплуатируется более 30 лет. Это один из факторов того, что на трубопроводном транспорте нефти и газа ежегодно происходит более 100 крупных аварий, которые наносят огромный экологический урон окружающей среде. Разрабатываемые и применяемые в настоящее время средства НК и ТД оказываются не достаточными для своевременного обнаружения дефектов и предотвращения аварий и катастроф.
Наиболее эффективным для обнаружения дефектов сплошности в газонефтепроводах является метод магнитной дефектоскопии с использованием магниточувствительных датчиков (преобразователей).
Магнитные методы основаны на создании и анализе магнитных полей, возникающих над дефектами, при намагничивании объектов контроля, которыми являются трубы или их участки, оборудование насосных и компрессорных станций, резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов. Распределение магнитных полей е области дефектов содержит необходимую информацию, которая позволяет определять размеры, пространственное расположение дефектов в трубопроводах и трубах под слоем изоляционного покрытия, выполнять оценку их размеров. Для получения такой полезной информации необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований, создание и применение специализированных подвижных, малогабаритных, магнитных сканеров высокой производительности.
Широкий круг задач, которые решаются с помощью сканеров и дефектоскопов, требует ускоренного их развития и внедрения в практику контроля трубопроводов, нефтехранилищ, трубной обвязки перекачивающих станций, труб промысловых нефтепроводов, а также труб городского жилищно-коммунального хозяйства.
Необходимость реализации указанных задач является предпосылкой к постановке и выполнению рассматриваемой диссертационной работы, обусловив ее актуальность.
Целью настоящей работы является:
Развитие теории магнитного метода контроля применительно к контролю газопроводов. Разработка комплекса диагностических приборов для выявления дефектов в стенках трубопроводов и наливных баках нефтехранилищ, для контроля качества сварных швов и контроля состояния стенок трубопровода при ремонтно-восстановительных работах, обеспечение высокой достоверности выявления, идентификации и геодезической привязки координат выявленных дефектов трубопроводов, включая стресс - коррозионные трещины.
На защиту выносятся:
1. Методология разработки и создания эффективных средств НК трубопроводов и других объектов, содержащая:
1.1 комплекс математических моделей распределения:
- магнитного поля дефектов типа произвольно ориентированных трещин
конечных размеров на внутренней и внешней поверхности трубопровода;
- магнитного поля рассеяния сварного шва в области дефектов типа «пора» и
«продольная трещина»;
- магнитного поля дефектов типа «расслоение» в стенке трубопровода.
1.2 оптимальные технологии и новые эффективные методики
диагностирования трубопроводов.
1.3 конструктивные принципы оптимального построения магнитных сканеров и
магнитных дефектоскопов контроля трубопроводов.
Теоретическая значимость полученных результатов:
1. Разработан комплекс математических моделей распределения:
магнитного поля дефектов типа произвольно ориентированных трещин конечных размеров на внутренней и внешней поверхности трубопровода;
магнитного поля рассеяния сварного шва и в области дефектов типа «пора» и «продольная трещина»;
- магнитного поля дефектов типа «расслоение» в стенке трубопровода.
Результаты исследований, полученные на основе этих моделей, положены в
основу разработки алгоритмов, программного обеспечения и конструкции сканеров сварного шва серии СкМ-Ш, СкМ, СД-1420 и дефетоскопов серии КОД 4М. Анализ результатов позволил также определить оптимальную границу применения магнитного метода контроля сварных швов.
Предложен метод определения необходимого и достаточного количества сенсоров для определения параметров стресс-коррозионных трещин.
Проведена оптимизации технологии магнитного контроля трубопроводов дефектоскопами поперечного намагничивания.
Практическая значимость
1. разработана серия магнитных сканеров СкМ, позволяющая наиболее полно
решить задачи по контролю резервуаров для хранения нефтепродуктов;
создана серия магнитных сканеров СкМ-Т, позволяющая наиболее полно решить задачи по контролю трубопроводов диаметром от 114мм до 1620мм;
разработан магнитный сканер СД-1420 для непрерывного контроля стенок труб при переизоляции трубопровода;
разработаны и внедрены в производство магнитные дефектоскопы серии КОД-4М.
Научная новизна.
Разработаны:
1. Методология разработки и создания эффективных средств НК трубопроводов и других объектов, содержащая:
A) комплекс математических моделей распределения:
- магнитного поля дефектов типа произвольно ориентированных трещин
конечных размеров на внутренней и внешней поверхности трубопровода;
магнитного поля рассеяния сварного шва и в области дефектов типа «пора» и «продольная трещина».
магнитного поля дефектов типа «расслоение» в стенке трубопровода.
Б) оптимальные технологии и новые эффективные методики диагностирования трубопроводов.
B) принципы оптимального построения магнитных сканеров и магнитных
дефектоскопов контроля трубопроводов.
2. Разработана математическая модель процесса «закрутки» дефектоскопа поперечного намагничивания при проведении контроля.
Методы исследования.
В работе используются аналитические, численные и экспериментальные методы исследования. При разработке математических моделей распределения магнитного поля рассеяния над дефектами конечных размеров используется операторный метод Лапласа, прямое и обратное преобразование Фурье, функциональный анализ, операционное исчисление. Применяются методы математического моделирования и вычислительного эксперимента с помощью персональных ЭВМ. Экспериментальные методы связаны с определением влияния на результаты внутритрубного контроля толщины стенки трубопровода, давления внутри трубопровода, скорости движения дефектоскопа, системы намагничивания, регистрации, оцифровки и обработки изображений. Результаты теоретических расчётов и моделирования на ЭВМ проверены измерениями и экспериментами на специально разработанных стендах.
Апробация работы.
Основные положения настоящей работы докладывались на следующих научных конференциях и семинарах:
1-й Национальной научно-технической конференция и выставке «Методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики», (21-24 октября 2003г., г. Кишинев, Молдова), 3-й Международной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», (17-18 марта 2004 г., г. Москва, Россия), 14-я Международной Деловой Встрече «Диагностика-2004», (19-24 апреля 2004 г., г. Шарм- Эль- Шейх, Египет), 16th World conference on nondestructive testing (WCNDT), (August 30 - September 3, 2004, Montreal, Canada), 2-й Международной конференции «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов». (Октябрь, 2005, Дубай ОАЭ), 15-й Международной Деловой Встрече «Диагностика-2005», (апрель, 2005 Сочи, Россия), The Materials and Testing Conference 2005 (MaTe05), (October 30 -November 2, 2005, Fremantle, Australia), 9th European Conference on Non-Destructive Testing. (September 25-29, 2006, Berlin, Germany), 3-й Российской научно-технической конференции «Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций, (24-26 апреля 2007г., г. Екатеринбург, Россия), 17 World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT). (October 25-28, 2008, Shanghai, China), 2nd Asia-Pacific Workshop on Structural Health Monitoring conference, (2-4 December 2008, Melbourne, Australia).
Публикации.
Основные научные результаты работы изложены в 31 научных статьях в журналах и трудах конференций, из них 9 патентов.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы: 369 страниц, 21 таблица, 174 рисунка. Библиография включает 149 наименований.
