Введение к работе
Актуальность темы
Проблемами диагностирования являются задачи проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования трубопровода, а так же поиска дефектов, нарушающих исправность, работоспособность или правильность функционирования Строгая постановка этих задач предполагает прямое или косвенное задание класса возможных дефектов и наличие формализованных методов построения алгоритмов диагностирования, реализация которых обеспечивает обнаружение дефектов заданного класса с требуемой полнотой
Электромагнитная дефектоскопия металлических трубопроводов, выполняемая в процессе их изготовления и эксплуатации, основана на изучении электромагнитного поля рассеяния от дефектов стенки трубопровода Характеристики этого поля зависят от многих параметров, в том числе от толщины стенок труб, их диаметра, электромагнитных свойств труб, а также от устройства применяемого дефектоскопического зонда.
Теория электромагнитного поля в стальных трубах с конечной толщиной стенок, обладающих большой электропроводностью и магнитной проницаемостью, относительно сложна
Как показывает опыт практического применения электромагнитной дефектоскопии, при использовании любого из электромагнитных дефектоскопов возникает ряд общих трудностей, обусловленных, как правило, нерациональной конструкцией зондовых систем, не полностью учитывающих влияние всех мешающих факторов
По-прежнему, как наиболее актуальная, стоит задача достижения высокой точности и надежности раздельного определения типов дефектов стенки трубы и оценки их параметров Кроме того, изменение толщины стенок в несквозных дефектах, возникших из-за коррозии или механического истирания, определяется только интегрально, то есть в среднем по окружности и длине зонда, что затрудняет оценку степени коррозионного поражения Самым существенным недостатком всех малогабаритных электромагнитных дефектоскопов является сравнительно слабая разрешающая способность Они практически все без исключения не обнаруживают малые дефекты, протяженность которых менее 50-70 мм, что связано с неблагоприятной помеховой обстановкой
Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью совершенствования средств и методов идентификации типов дефектов металлических трубопроводов и их параметров на основе электромагнитных сигналов систем бесконтактного контроля, применение которых позволит повысить разрешающую способность устройств дефектоскопии, обеспечивая безопасную эксплуатацию трубопроводных систем
Цель работы и задачи исследования
Целью диссертационной работы является получение информации о типах и параметрах дефектов металлических трубопроводов, необходимой для определения остаточного ресурса трубопроводов Средством достижения цели являются методы и алгоритмы идентификации электромагнитных сигналов систем бесконтактного
контроля дефектов трубопроводов круглого сечения, позволяющих на их основе разработать программное обеспечение (комплект прикладных программ) Это дает возможность в автоматическом или автоматизированном режиме определять параметры дефектов трубопровода (например, угловое положение дефекта, его протяженность и глубину залегания)
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
Проанализировать основные принципы (методы, алгоритмы) дефектоскопии трубопровод
Оценить возможности расчета структуры электромагнитных полей, возникающих в трубопроводе при поиске дефектов методом рассеяния электромагнитного потока на дефектах трубопровода
Выполнить численный расчет структуры электромагнитного поля рассеяния типовых дефектов трубопровода круглого сечения
Разработать метод идентификации типовых дефектов трубопровода круглого сечения и метод оценки параметров дефектов с учетом конструктивных особенностей и электрических характеристик датчиков электромагнитного поля
Методы исследования
При решении поставленных задач используются метод вторичных источников электромагнитных полей, теория потенциала и численные методы решения интегральных уравнений.
Основные положения, выносимые на защиту. 1 Метод регистрации и использования полей рассеяния дефектов для
идентификации типов и параметров дефектов трубопроводов круглого сечения. 2. Алгоритмы и критерии классификации типовых дефектов стенки металлического трубопровода круглого сечения, основанные на анализе структуры электромагнитного поля рассеяния дефектов 3 Алгоритмы и критерии оценки параметров дефектов стенки металлического трубопровода круглого сечения, основанные на анализе амплитудных характеристик электромагнитного поля рассеяния дефектов Научная новизна.
В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной-
Метод описания сечения круглого трубопровода с типовыми дефектами, обеспечивающий аналитическое представление ограничивающих поверхностей и расчет электромагнитного поля методом вторичных источников.
Метод идентификации типов дефектов металлических трубопроводов круглого сечения, основанный на наблюдении за положением экстремумов радиальной составляющей внутреннего поля дефекта, и разложением аксиальной составляющей поля по уровням, относительно максимума амплитуды.
Метод оценки параметров типовых дефектов металлических трубопроводов круглого сечения, основанный на сравнении амплитудных характеристик аксиальной составляющей измеренного и рассчитанного поля рассеяния дефекта
Практическая ценность работы
В результате проведенного исследования разработаны структура, математическое и информационное обеспечения комплекса, обеспечивающего
проведение оценки типов и параметров дефектов трубопровода, при дефектоскопии методом рассеяния магнитного потока на дефектах трубопровода с пропусканием переменного электрического тока с одинаковой плотностью по поперечному сечению через заданный трубопровод Проведены вычислительные эксперименты, подтверждающие справедливость теоретических выкладок При моделировании созданы эталонные структуры распределения полей рассеяния различных типов дефектов, что позволяет решать задачу определения типов дефектов и их параметров В результате вычислительного эксперимента сформулированы технологические требования к параметрам системы сбора информации (число датчиков, шаг дискретизации по углу, погрешность измерения величины считываемого сигнала, расстояние от датчика до поверхности трубы, размеры датчика и его конструктивное исполнение), при реализации которых будут достигнуты результаты, полученные при теоретическом исследовании Применение предложенного метода позволит выявлять дефекты как на стадии изготовления, так и эксплуатации Применительно к теплосетям можно отказаться от существующей технологии, при которой для поиска дефектов используется повышенное давление, которое в ходе таких испытаниях приводит к развитию небольших дефектов (увеличение размеров трещин), что является причиной появления аварий в процессе штатной эксплуатации теплосетей
Использование предлагаемого метода, обеспечивающего отсутствие помех при считывании, позволяет повысить разрешающую способность электромагнитной дефектоскопии
Реализация работы
Результаты работы могут быть использованы при диагностике металлических труб круглого сечения в атомной энергетике, газонефтепроводах, системах тепловодоснабжения Основная схема использования результатов состоит в создании роботов-трубоходов при внутритрубной дефектоскопии Для использования предлагаемых методов существующие системы внутренней дефектоскопии труб могут быть снабжены новыми датчиками, а системы защиты труб от коррозии использованы для запитывания трубопровода током
Апробация работы
Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах научно-практическая конференция «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий» (Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2002), «Пятая научная сессия аспирантов ГУАП, посвященная дню космонавтики» (Санкт-Петербург, ГУАП, 2002), «Шестая научная сессия аспирантов ГУАП, посвященная дню космонавтики» (Санкт-Петербург, ГУАП, 2003), научно-практическая конференция «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий» (Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003), международная конференция «Электротехника, Энергетика, Экология - 2004 (ЭЭЭ-2004), посвященной 90-летию со дня рождения академика РАН И А Глебова» (Санкт-Петербург, 2004), научно-практическая конференция «Научные исследования и инновационная деятельность» (Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2006)
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ, в которых отражено основное содержание диссертации
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (61 наименование) и приложений Объем диссертации составляет 134 страницы текста, включая 64 рисунка, 16 таблиц и 2 приложения
