Устройство внутритрубной диагностики технического состояния трубопровода

Использование: для внутритрубного диагностирования промысловых транспортных и магистральных жидкостных трубопроводов, перекачивающих неагрессивные жидкости, нефть, нефтепродукты и газ. Сущность изобретения заключается в том, что устройство внутритрубной диагностики магистральных трубопроводов, выполненное с возможностью перемещения внутри трубопровода под давлением транспортируемой по трубопроводу жидкости, включает разъемный корпус сферической формы с размещенными внутри него датчиками магнитного поля, температуры, давления и акустическими датчиками, акселерометрами и устройством записи данных, измеренных датчиками, дополнительно содержит источник питания и генератор тактовой частоты, при этом датчики акустической эмиссии выполнены с возможностью приема сигнала эмиссии в звуковой и сверхзвуковой областях частот, в качестве датчиков магнитного поля используют не менее четырнадцати однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, равномерно и симметрично расположенных по внутренней поверхности корпуса таким образом, чтобы была обеспечена высокая степень их взаимной соосности. Технический результат: повышение точности и надежности обнаружения и оценки опасности дефектов, местоположения и геометрических размеров дефекта. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область применения.

Настоящее изобретение относится к индикационному внутритрубному устройству диагностики на основе магнитных, акустических методов и тепловых полей. Предлагаемое устройство предназначено для внутритрубного диагностирования промысловых транспортных и магистральных жидкостных трубопроводов, перекачивающих неагрессивные жидкости, нефть, нефтепродукты и газ.

Уровень техники

В связи с ростом объемов строительства и эксплуатации трубопроводов нефтегазового комплекса, наличием большого количества эксплуатационных объектов, выработавших свой ресурс, все большее значение приобретают вопросы диагностики их технического состояния.

Однако, серийно выпускаемая аппаратура для реализации этих методов не обеспечивает выявление трещин и других повреждений трубопроводов с определением их износа и остаточной толщины с минимальными затратами и достаточной для практических целей точностью и надежностью. Поэтому, использование современных дефектоскопов-толщиномеров, под задачи выявления дефектов металлургического производства труб, а также систематического контроля их технического состояния и мониторинга зарождающихся повреждений на этапах строительства и эксплуатации трубопроводов, является чрезмерно дорогостоящим и, в ряде случаев, излишне детальным.

Известны различные технические решения в рассматриваемой области.

Наиболее современным видом аппаратуры для внутритрубной дефектоскопии, выпускаемой в РФ, является дефектоскоп «ВИП» (ВИД 219) (см. ссылку http://www.yamalpro.ru/20l4/12/18neftyaniki-izobretateli-v-noyabrskneftegaze-defektoskop-sobstvennogo-proizvodstva/). Аппаратура «ВИП» имеет ряд конструктивных и эксплуатационных ограничений. В частности, громоздкая конструкция, недостаточная точность при выявлении и оценке стенок труб, ограничения в проведении монитринга и т.д.

Серийно выпускаемые магнито-импульсные дефектоскопы-толщиномеры, например, МИ-5Х (см. ссылку http://gskneft.ru/services/9.html) обеспечивают измерения средней по периметру толщины стальных труб, но не обеспечивает измерение ее остаточной толщины (минимального значения во внутренних дефектах, в трещинах и вмятинах). Эти приборы непригодны для дефектоскопии линейных трубопроводов и не предназначены для решения широкого круга технологических задач (сквозные дефекты, продольные и поперечные дефекты в виде трещин и т.д.).

Аналогичные ограничения имеют и наиболее современные индукционные дефектоскопы: ЭМДС-ТМ-42, ЭМД-С, ИДК-105.

Кроме того, существующие устройства электромагнитной и магнитометрической дефектоскопии приспособлены для работы на ферромагнитных стальных трубах и не обеспечивают возможность выявления технической характеристики дефектов сварных соединений и других дефектов на трубопроводах из пластиковых материалов.

Существенные возможности внутритрубной диагностики реализованы в техническом решении по патенту РФ №2379674 «УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ»

Предложение относится к области дефектоскопии и диагностики магистральных нефтегазопроводов. Технический результат направлен на повышение эффективности устройства. Устройство для обследования и диагностики трубопроводов содержит несущий корпус, выполненный в виде двух сфер с наружным диаметром меньше внутреннего диаметра трубопровода, соединенных между собой элементом связи, и установленные внутри сфер датчик технологических параметров дефектов, датчик длины пройденного пути, источник питания, электронный блок с регистратором измеряемых параметров, микропроцессор для предварительной обработки сигналов датчиков и управления работой устройства, а элемент связи сфер выполнен в виде упругой гибкой связи с полыми осевыми окончаниями, проходящими через центры сфер с возможностью поворота каждой из сфер относительно друг друга и полых осевых окончаний элементов гибкой связи. Причем датчики дефектов равномерно размещены по периметру наружной поверхности подвижного кольцевого основания, имеющего смещенный центр тяжести, и установленного соосно внутри сфер несущего корпуса в их диаметральной плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства на полых осевых окончаниях элементов гибкой связи с возможностью постоянной ориентации по направлению действия сил гравитации.

Известное техническое решение может быть использовано при обнаружении дефектов и повреждений различных продуктопроводов, например:

- непроваров сварных швов, продольных и поперечных трещин, расслоений, раковин и потери металла труб;

- рисок и задиров на их внутренней поверхности;

- вмятин, овальности и различных неоднородностей в местах сварки стыков труб, выдающихся внутрь трубопровода и уменьшающих его проходное сечение;

- стресс-коррозионных и коррозионных повреждений и др.

Недостатком устройства является затруднения при резких (до 90 градусов) поворотов трубопровода, остановки устройства при изменение внутренних диаметров трубопроводов и необходимость использования камер-пуска-приема.

Из зарубежной аппаратуры для внутритрубной диагностики следует выделить аппаратуру фирмы Rosen, а также магнито-акустические комплексы с использованием Смарт боллов.

Известно устройство Смарт болл (Pure Tecnologies). Опубликовано, например, в Smart Ball:An Innovative Leak Detection Tecnology.Trixanna Wang, November 22, 2017. Устройство размещено в поликарбоновом шаре. Устройство содержит акустический и температурный сенсоры и сенсоры давления и температуры. Смарт болл содержит также коммутационный порт, электромагнитный излучатель (трансмитер), подзаряжаемую батарею и пьезоэлектрический преобразователь.

Утечка продукта из трубы под давлением, генерирует характерное акустическое явление, которое может быть обнаружено с использованием постоянно установленных дискретных датчиков, используемых как часть наземной съемки или переносных датчиков. Для массивов дискретных датчиков для определения места утечки можно использовать относительную величину сигнала или методы корреляции.

Эти системы ограничены быстрым затуханием сигнала по мере увеличения расстояния от утечки. Поэтому для покрытия значительной длины трубы требуется большое количество датчиков.

Известно, что трубопровод, имеющий большой дефект и вызывающий утечку, будет обнаружен Смарт боллом. Однако Смарт болл не предназначен для различия между утечками, вызванные сквозными дефектами, и глубинными дефектами. Кроме того, наиболее часто используемая технология Смарт болла не может обнаруживать длинные осевые дефекты или небольшие дефекты-отверстия, характерные для микробной коррозии. Поэтому сквозные утечки могут быть пропущены.

Надежность магнитных устройств Смарт болла сильно зависит от среды, в которой они применяются. Близлежащие сильно загруженные железнодорожные пути, интенсивное дорожное движение, высоковольтные линии электропередач и т.д могут вызывать ложные положительные показания.

ЗАО «Аэрокосмический мониторинг и технологии» (http://amt-rus.com/) совместно с компанией Розен Европа использует для внутритрубной дефектоскопии снаряды- дефектоскопы, работающие на основе магнитных и ультразвуковых методов неразрушающего контроля, навигационные снаряды а также снаряды-дефектоскопы с интегрированной технологией электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования.

Дефектоскопы ЗАО «АМТ» предназначены для фиксирования дефекты потери металла в том числе зоны интенсивной коррозии, язвы, каверны, продольные и поперечные трещины, дефекты сварных швов в том числе спиральных, смещение кромок, раковины, подрезы, конструктивные особенности трубопровода в том числе крановые узлы, тройники, отводы врезки, защитные кожухи и т.д.

Элементами интегрированной технологии электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования является использование акселерометров - гироскопов, регистрирующих движение дефектоскопов по трубопроводу.

Работы проводятся на участках трубопроводов диаметром от 159 до 1420 мм в том числе с крутоизогнутыми отводами 1.5 Д, на участках с низким рабочим давлением (12-25 Мпа), а также на участках с неравнопроходной трубной арматурой и неравнопроходным диаметром. Например, 219/273 мм, 273/325, 325/ 377…720-1020 мм.

Основным недостатком снарядов-дефектоскопов является необходимость использования камер - пуска-приема и подготовка технологических участков проведения работ, сильное намагничение участков трубопровода, препятствующее мониторингу дефектов и регламентному проведению сварки.

По обсуждаемой тематике известен патент ЕА №11497 (МПК: F16L 55/40, G01M 3/24, G01N 27/82, опубл. 28.04.2009, патентообладатель Пьюр Текнолоджиз ЛТД (СА), приоритетная заявка №РСТ\СА2006\000146 - Канада), который выбран в качестве прототипа. В известном патенте для обнаружения дефектов, в частности зон коррозии, местоположений разрушенных сварных швов и мест утечек через сквозные отверстия, предлагается использовать детектор обнаружения аномалий в трубопроводах, транспортирующих жидкости. Согласно описанию, изобретение имеет много вариантов реализации.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство использования измерительного узла, способного контролировать техническое состояние трубопровода, не создавая препятствий для движения транспортируемой жидкости. В этом случае производится проверка технического состояния нефтяных, преимущественно промысловых трубопроводов. Для проверки используется устройство в виде «внутритрубного снаряда», который движется внутри трубопровода за счет давления транспортируемой жидкости. При этом, контролируются утечки жидкости через сквозные отверстия и состояние сварных соединений. В наиболее приемлемом варианте прототипа предлагается использовать три магнитометра или три акселерометра, установленных под прямым углом друг к другу, акустический датчик или пьезоэлектрическое устройство, датчик температуры и датчик химического состава транспортируемой жидкости.

Недостатками прототипа являются:

- неопределенность в привязке и характеристике несквозных дефектов на внутренней и наружной стенках трубопровода, вследствие вращения «внутритрубного снаряда»,

- использование электромагнитных полей для связи и их наводки на измерительные цепи магнитометров,

- задержки в продвижении датчика в трубопроводе при его засорении и отсутствие информации о месте засорения,

- трудности в идентификации дефектов, их ранжировании, выделении технологических и эксплуатационных особенностей трубопроводов,

- отсутствие универсальности, т.е. неприспособленность к проведению диагностических исследований на трубопроводах как из ферромагнитных сталей, так и из пластиковых немагнитных материалов,

- недостаточное количество магнитных датчиков и связанные с этим трудности при обнаружении дефектов, их идентификации и ранжировании.

Таким образом в настоящее время отсутствуют универсальные, дешевые и точные индикационные устройства диагностики и контроля технического состояния трубопроводов. Предлагаемое изобретения направлено на решение данной технической проблемы, то есть, на создание универсального и дешевого индикационного устройства диагностики и контроля технического состояния промысловых трубопроводов диаметром от 89 мм и более на основе магнитного и акустического методов неразрушающего контроля, используя естественные поля (магнитное поле Земли, поля акустической эмиссии и тепловые поля), с помощью которого возможно определение местоположения дефектов. При этом становится возможным оценка геометрических параметров и ранжирование по степени опасности дефектов, оценка конструктивных ремонтных особенностей трубопровода, в том числе подземного обнаружения и оценки разрушающихся сварных швов, а также обследование стенок трубопровода в процессе движения (прогона) устройствами магнитной и акустической диагностики потоком перекачиваемого продукта (нефти, газа, или воды).

Причем обследование производится магнитным методом, методом регистрации акустической эмиссии и методом фиксации тепловых полей.

Техническим результатом является повышение точности и надежности обнаружения и оценки опасности дефектов, местоположения и геометрических размеров дефекта, в том числе, зон коррозии, обнаружение и распознавание аномалий поперечных сварных швов, в том числе разрушающихся сварных швов, обнаружение и определение местоположения трубороводной арматуры и фиттингов, ремонтных конструкций трубопровода, причем появляется возможность применения предлагаемого устройства на ферромагнитных и пластиковых трубах.

Достигается технический результат за счет того, что устройство внутритрубной диагностики магистральных трубопроводов, выполненное с возможностью перемещения внутри трубопровода под давлением транспортируемой по трубопроводу жидкости и включающее разъемный корпус сферической формы с размещенными внутри него датчиками магнитного поля, температуры, давления и акустическими датчиками, акселерометрами и устройством записи данных, измеренных датчиками, дополнительно содержит источник питания и генератор тактовой частоты, при этом датчики акустической эмиссии выполнены с возможностью приема сигналы эмиссии в звуковой и сверхзвуковой областях частот, в качестве датчиков магнитного поля используют не менее четырнадцати однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, равномерно и симметрично расположенных по внутренней поверхности корпуса таким образом, чтобы была обеспечена высокая степень их взаимной соосности.

Дополнительными отличиями устройства являются:

- в качестве однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля применяются феррозондовые или магниторезистивные датчики,

- конструкция устройства выполнена с обеспечением совпадения геометрического и магнитного центров симметрии, что позволяет обеспечить качение устройства на труднопроходимых участках трубопровода,

- в качестве устройства, обеспечивающего коррекцию неравномерности движения устройства и ошибки устройства отсчета расстояния, используют 3-х осевой электронный акселерометр-гироскоп.

- устройство записи данных содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и SD-карту.

В прототипе используется один трехкомпонентный датчик. При качении датчика в трубопроводе одним магнитометрическим каналом фиксируется извилистая линия, отражающая в основном приближение датчика к стенке трубы. Вероятность встречи датчиком дефекта минимальна. Кроме того, аномалия от дефекта может оказаться соизмерима с аномалией от приближения к стенке трубы.

В предлагаемом изобретении используется совокупность однокомпонентных датчиков, равномерно расположенных на оболочке сферического устройства, при этом вероятность встречи одним из датчиков дефекта существенно увеличивается (практически на порядок).

Кроме того, датчики на оболочке сферического устройства расположены таким образом, что каждому датчику соответствует симметрично расположенный относительно геометрического центра устройства другой датчик. Оси датчиков прохоят через центр симметрии, Используя величины компонент поля от соосных датчиков, получают градиенты поля во внутреннем объеме трубопровода, что позволяет выявить дефекты по аномалиям градиентов. Эти градиенты, учитывая конструкцию сферического устройства, не зависят от удаления датчиков от стенки трубы. Дефекты могут быть также выделены по различию (разности или отношению) компонентов магнитного поля трубопровода или асимметрии их амплитудных значений. В случае квазиравномерного расположения однокомпонентных магниторезистивных датчиков постоянного магнитного поля на оболочке сферического устройства можно получить не менее 14 одноосных величин компонент, ориентированных к центру сферы, H1, H2, H3, …H12,H13,H14.

Одновременно можно получить не менее 7-ми приближенных значений градиентов вдоль осей датчиков. Под градиентами понимаются разности компонент поля с учетом знака и величин расстояний между используемыми компонентами (H1-H2)/D, (H3-H4)/D, (H5-H6)/D…(H11-H12)/D, (H13-H14)/D, где D - наружный диаметр.

В процессе обработки для уточнения положения дефектов производится также вычисление отношений компонент поля (Н12), (Н34), (H5/H6)…(Н1112), (Н1314) и сумм (H1+H2)/D, (H3+H4)/D, (H5+H6)/D…(H11+H12)/D, (Hl3+H14)/D.7

Используя развертку и проведя изолинии магнитной индукции, можно получить области сгущения изолиний, связанные с дефектами стенок трубопровода. Просмотр графиков сгущений изолиний необходимо проводить через каждый метр пройденного пути с увеличением детальности до 10 см.

Кроме того, используя данные акселерометра и проведя интегрирование данных ускорения d2S/d2T, можно получить данные скорости V=dS/dT и в случае необходимости, произвести коррекцию пройденного пути S, и, соответственно, данных компонент магнитного поля.

Использование градиентов позволяет уточнить местоположение дефекта, т.к. местоположение градиента не зависит от материала трубопровода и мало зависит от удаления до стенок трубопровода. В результате обработки полученные данные являются «чистой» аномалией дефекта.

Таким образом, полученные в результате обработки данные, позволяют уточнить местоположение дефекта и являются «чистой» аномалией дефекта.

Основными достоинствами предлагаемого способа и устройства являются:

- возможность обеспечения проведения внутритрубной дефектоскопии на коротких отрезках промысловых и транспортных трубопроводов на участках с большим количеством поворотов и изгибов;

- возможность обеспечения работы на участках трубопровода, не оборудованных камерами пуска-приема;

- возможность использования универсальных датчиков, приспособленных для работы как на стальных, так и трубах из пластика;

- сокращение стоимости внутритрубной диагностики за счет сокращения количества используемых интроскопов, сокращения объема подготовительных операций и количества обслуживающего персонала;

- повышение точности и надежности определения дефектов и оценки их геометрических параметров, определения конструктивных и ремонтных особенностей трубопроводов, выявления и оценки разрушающихся поперечных и продольных сварных швов.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами:

фиг. 1, на которой приведено аксонометрическое изображение сферической оболочки узла датчиков, где:

1, 4, 5, 7, 9, 11, 13 - номера датчиков магнитного поля, расположенных на внешней стороне оболочки датчика;

2, 3, 6, 8, 10, 12, 14 - номера датчиков магнитного поля, расположенных на тыльной, т.е. скрытой стороне оболочки узла датчиков;

фиг. 2, на которой приведена развертка положения датчиков на условной плоскости, где 1-7, 1-9, 4-5, 5-7, 5-9 и т.д. - соединительные линии, которые показывают линии разделки сферической оболочки на примерно равносторонние треугольники. На фиг. 2 обозначены также связки однокомпонентных датчиков, позволяющих получать градиенты полей (G), т.е. разности компонент, нормированные расстоянием между ними, по направлению связки: G(1-2), G(2-3), G(3-4), G(5-6), G(7-8), G(9-10), G(11-12), G(13-14). Связки однокомпонентных датчиков, позволяющих получать градиенты полей, образуют симметричную конструкцию. Центром симметрии служит точка пересечения всех связок. (см. фиг. 1).

Фиг. 3, на которой приведена структурная схема сферического индикатора градиентометра-магнитометра акустического, где:

15 - источник питания;

16 - генератор тактовой частоты;

17 - трехосевой электронный акселерометр-гироскоп

18 - феррозондовые или магниторезистивные датчики постоянного магнитного поля;

19 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь;

20 - микропроцессор;

21 - микро SD-карта;

22 - акустические датчики;

23 - датчик температуры;

24 - датчик давления

25 - устройство записи данных

Устройство внутритрубной диагностики технического состояния трубопроводов выполнено с возможностью перемещения внутри трубопровода под давлением транспортируемой по трубопроводу жидкости, и включает разъемный корпус, выполненный из немагнитного металла, покрытого пористым полиуретаном, сферической формы, с размещенными внутри него датчиками 18 магнитного поля, датчики 23 температуры (высокочувствительные малоинерционные термометры или датчики теплового излучения), датчиками 22 акустической эмиссии (например, ZET 601), акселерометром - гироскопом 17, автономный источник питания 15 и генератор 16 тактовой частоты. В качестве датчиков магнитного поля 18 используют не менее четырнадцати однокомпонентных феррозондовых датчиков или магниторезистивных постоянного магнитного поля, равномерно расположенных по внутренней оболочке корпуса. В качестве устройства отсчета расстояния используют 3-х осевой электронный акселерометр-гироскоп (например, MPU 6050) 17, позволяющий фиксировать с высокой точностью линейные ускорения, которые определяют на основе электрических сигналов, а также поворот датчиков в пространстве а также ориентацию датчиков.

Устройство записи данных 25 (компонент магнитного поля, углов поворота, дорожек ускорения, отсчетов по времени) содержит многоканальный АЦП 19, микропроцессор 20 (например, ATSAMD21G18) и SD-карту 21.

Акустические датчики обеспечивают достоверную регистрации волн акустической эмиссии в максимально возможном объеме перекачиваемой жидкости, окружающей устройство в максимально широком частотном диапазоне, а также обеспечивают надежную регистрации волн в частотном диапазоне, покрывающем основные частотные интервалы, соответствующие образованию и росту трещин и зон утечки. Резонансные частоты датчика акустической эмиссии (например ZET 601) должны определяться экспериментально размерами трещины и находятся в целом в полосе 60-500 кГц. В некоторых случаях резонансные частоты могут выделяться экстремумами на частотах: 90 кГц, 140 кГц, 300 кГц, 450 КГц.

Кроме того, датчики акустической эмиссии утечек (например GOK-А10 или Hydrolux HL 500 или HL 5000) обеспечивают надежную регистрации утечек жидкости через сквозные отверстия, вызывающей образования турбулентности и кавитации (схлопывание пузырьков воздуха при прокачивании жидкости) сопровождаемой волнами звуковых частот.

Датчики, используемые для нахождения утечек перекачиваемого продукта или звуковых волн, создаваемых турбулентностью и кавитацией, а также локальными утонениями стенок трубопровода, должны иметь резонансною частоту в диапазоне 100 Гц-2.5 кГц.;

Таким образом, в рассматриваемом устройстве необходимо иметь не менее двух, разнесенных по частоте датчиков, а именно, датчик акустической эмиссии и датчик утечки, причем датчик акустической эмиссии вынесен на внешний корпус устройства. Однако при этом обеспечивается стойкость к внешним агрессивным факторам (давлению, температуре, химической агрессивности среды).

Перед проведением диагностики проводится очистка контролируемого участка трубопровода подбираемыми по диаметру полиуретановыми шарами.

Производится перекрытие трубопровода в двух смотровых люках или колодцах, расположенных выше и ниже контролируемого участка.

В пределах контролируемого участка устройство опускается в один из смотровых колодцев, а в другой опускается приемное устройство (сетка).

Открываются смотровые люки, расположенные выше и ниже контролируемого участка. Устройство переносится транспортирующей жидкостью, ловится и поднимается на поверхность с помощью приемного устройства.

Производится включение измерительного модуля и операции по закрыванию и открыванию смотровых люков, опусканию и подъему измерительного модуля.

В процессе перемещения измерительного модуля производится запись компонент и градиентов магнитного поля, углов поворота и дорожек ускорения, сигналов аномальной акустической эмиссии и зон тепловых или химических аномалий на SD карту.

Результаты измерений записываются в энергонезависимую память и служат для оценки зон утонения и коррозии, зон дефектов по длине трубопровода, оценки расположения, технического состояния сварных швов и диаметров сквозных отверстий.

Конструкция предлагаемого устройства обеспечивает возможность выемки и последующей установки блока энергонезависимой памяти, источников питания или их подзарядки без разборки всего носителя.

По окончании прогона зарегистрированная в памяти датчиков информация прогона переписывается с помощью внешнего устройства (терминала) на внешние носители информации для последующей интерпретации полученных данных с целью оценки размеров и местоположения дефектов, а также опасности их эксплуатации и оценки конструктивных особенностей трубопровода.

В процессе обработки производится совместная нелинейная фильтрация и определяется траектория измерительного модуля, на основе чего получают скорретированные градиенты и компоненты магнитного поля, уточняется местоположение участков аномальной акустической эмиссии и зон тепловых или химических аномалий.

Далее, на основе стандартных алгоритмов производят обработку полученных записей, в частности производят частотную фильтрацию (например, быстрое Фурье-преобразование или используют фильтры Ферстера), производят корреляционннный анализ с использованием, при подборе параметров дефекта метода наименьших квадратов. Для подтверждения правильности вывода о характере дефекта используется математическое моделирование.

Результатом интерпретации являются:

- обнаружение и распознавание аномалий, сварных швов поперечных и продольных (если они есть), в том числе швов в стадии разрушения;

- обнаружение и оценка дефектов;

- оценка местоположения и геометрических размеров дефекта, в том числе и зон коррозии;

- обнаружение и определение местоположения ремонтных конструкций трубопровода.

Магнитометрическая система предлагаемого устройства состоит из 14 феррозондовых или магниторезистивных (например магниторезистивных датчиков TMR 2001) датчиков с мостовой схемой включения, соединенных с операционными усилителями и размещенных на внутреннем корпусе предлагаемого сферического устройства. 14 магнитоизмерительных каналов, образуют с датчиками единое конструктивное решение. В состав магнитоизмерительного каналов входит также многоканальный АЦП и микропроцессор, входящие в микро контроллер ATSAMD21G18, и микро SD-карту, а также программные средства обработки сигналов с 14-ти каналов.

Перед проведением обработки и интерпретации наблюдений производится калибровка системы датчиков, на основе чего производится корректировка измеренных данных.

По величинам превышений 3- сигма (среднеквадратичного отклонения) каждой из компонент выделяются дефекты. По величинам максимальных значений 2 или 3 компонент выделяются дефектные поперечные сварные швы. Приводимые группы из 4 или 5 компонент имеют максимальные значения, расположены по одной прямой и позволяют выявить поперечные дефектные сварные швы.

Таким образом при применении предлагаемого решения:

- становится возможным проведение внутритрубной дефектоскопии на коротких отрезках промысловых и транспортных трубопроводов, на которых установка камер пуска-приема и проведение подготовительных операций нерентабельны;

- становится возможным отказаться от внутритрубных дефектоскопов с намагничением труб до насыщения, что позволяет проводить работы на естественных полях, это существенно упрощает мониторинг технического состояния трубопровода на особо опасных участках в намеченные интервалы времени, обусловленные прогнозом срока службы, а не требованиями затухания наведенных магнитных полей.

- становится возможным отказаться от установки камер пуска-приема, это позволяет провести сокращение подготовительных операций, что существенно удешевляет проведение диагностических работ.

1. Устройство внутритрубной диагностики магистральных трубопроводов, выполненное с возможностью перемещения внутри трубопровода под давлением транспортируемой по трубопроводу жидкости и включающее разъемный корпус сферической формы с размещенными внутри него датчиками магнитного поля, температуры, давления и акустическими датчиками, акселерометрами и устройством записи данных, измеренных датчиками, отличающееся тем, что дополнительно содержит источник питания, генератор тактовой частоты, в качестве акустических датчиков содержит не менее двух датчиков акустической эмиссии в звуковой и сверхзвуковой областях частот, размещенных на внешней стороне устройства, при этом датчики акустической эмиссии выполнены с возможностью приема сигнала эмиссии в звуковой и сверхзвуковой областях частот, в качестве датчиков магнитного поля используют не менее четырнадцати однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, равномерно и симметрично расположенных по внутренней поверхности корпуса таким образом, чтобы была обеспечена высокая степень их взаимной соосности.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля применяются феррозондовые или магниторезистивные датчики.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конструкция устройства выполнена с обеспечением совпадения геометрического и магнитного центров симметрии, что позволяет обеспечить качение устройства на труднопроходимых участках трубопровода.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве устройства, обеспечивающего коррекцию неравномерности движения устройства и ошибки устройства отсчета расстояния, используют 3-осевой электронный акселерометр - гироскоп.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство записи данных содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и SD-карту.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что один датчик акустической эмиссии имеет резонансною частоту в диапазоне 60-500 кГц, другой - 100 Гц-2.5 кГц.



 

Похожие патенты:

Использование: для мониторинга степени деградации структуры материала и прогнозирования остаточной прочности изделия с применением акустико-эмиссионной диагностики.

Использование: для испытаний трубчатого компонента. Сущность изобретения заключается в том, что акустико-эмиссионный датчик помещают на трубчатый компонент, и компонент подвергается воздействию возрастающего давления при получении показаний.

Использование: для акустико-эмиссионной диагностики промышленного оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют запись и обработку данных акустической эмиссии беспороговым способом, при этом распознавание вида повреждения и оценка годности оборудования к эксплуатации проводится на основании сравнения подобия информативных параметров акустической эмиссии за каждый период работы диагностируемого оборудования.

Изобретение относится к неразрушающему контролю металлических конструкций с использованием метода акустической эмиссии. Способ включает установку n акустических преобразователей, образующих пьезоантенну, калибровку конструкции, регистрацию сигналов акустической эмиссии каждым измерительным каналом, определение скорости распространения сигналов и разности их времен прихода на акустические преобразователи и вычисление по ним координат дефектов.
Использование: для мониторинга в реальном времени ходовой части транспортных средств. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют получение информации в виде акустического сигнала с ходовой части транспортного средства посредством установленных на ее элементах акустических датчиков, передающих получаемый акустический сигнал в вычислительный модуль, обработку сигнала, получение сведений о состоянии ходовой части, сравнение их с нормативными значениями, выдачу результата, при этом получаемый акустический сигнал разделяют на группы по принципу локализации и относят каждую группу к соответствующему узлу ходовой части, далее обрабатывают сигналы каждой группы в отдельности по индивидуальному алгоритму, получают сведения о характеристиках звукового сигнала и его источнике, о состоянии узлов ходовой части, сравнивают с нормативными значениями для каждого узла, полученными ранее на исправном транспортном средстве, выводят результаты для каждого узла с возможностью вывода информации по каждому элементу узла.

Использование: для неразрушающего контроля и обнаружения дефектов магистральных трубопроводов при их сложнонапряженном состоянии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют первичное преобразование акустических колебаний с применением бинарного знакового аналого-стохастического квантования.

Использование: для диагностики и неразрушающего контроля конструкций, включая изделия из хрупких материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения контролируемого объекта, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, при этом предварительно устанавливают порог деформации, равный среднеквадратическому значению деформации при отсутствии внешних воздействий на контролируемый объект, и критическое значение амплитуды сигнала акустической эмиссии, которое определяют как среднее значение амплитуды сигналов от развивающегося дефекта, нагружение контролируемого объекта осуществляют ударной нагрузкой, регистрируют динамические деформации, определяют максимальное значение деформации от удара, по которому оценивают силу воздействия на контролируемый объект, затем постепенно увеличивают ударную нагрузку, но не более 150% от эксплуатационной нагрузки, фиксируют последнее превышение порога деформации, после чего производят регистрацию акустико-эмиссионных сигналов в течение времени релаксации упругих напряжений в контролируемом объекте и при превышении амплитуды сигнала ее критического значения изделие бракуют.

Использование: для неразрушающего контроля и технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что сначала на образец из углепластика в область концентратора напряжений устанавливают тензодатчики и преобразователи акустической эмиссии, а затем осуществляют акустико-эмиссионный контроль при ступенчатом статическом нагружении образцов первоначально до нагрузки, при которой тензодатчики фиксируют напряженно-деформированное состояние, соответствующее разрушению матрицы при растяжении и сжатии образца, затем до нагрузки, при которой тензодатчиками фиксируют напряженно-деформированное состояние, соответствующее разрушению матрицы при растяжении и сжатии образца, затем до нагрузки, при которой тензодатчиками фиксируют напряженно-деформированное состояние, соответствующее разрушению волокна.

Использование: для технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что сначала осуществляют акустико-эмиссионный контроль при ступенчатом статическом нагружении образцов из углепластика с одинаковым концентратором напряжений до их полного разрушения, определяют времена прихода каждого зарегистрированного сигнала на акустические преобразователи и по разности времен прихода рассчитывают их координаты, фиксируют на каждой ступени нагружения значения медианы амплитуд сигналов из области концентратора и их структурных коэффициентов и рассчитывают пороговые значения для данных параметров, затем осуществляют статическое нагружение испытываемой конструкции из углепластика, фиксируют значения медианы амплитуд сигналов и структурных коэффициентов, сравнивают их с пороговыми значениями.

Использование: для обработки сигналов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что сигнал, полученный с датчиков акустической эмиссии (АЭ), пропускают через цифровой полосовой фильтр, декомпозируют сигнал на полезную и шумовую составляющую на разных уровнях с помощью Wavelet фильтра, строят огибающую сигнала с помощью преобразования Гильберта и последующим сглаживанием при помощи средней скользящей функции, проводят детектирование импульсов с определением параметров времени зарождения импульса (Т), максимальной амплитуды (А), продолжительности (τ), энергии (P), энтропии (Е) и фрактальной размерности (D), строится аттрактор и wavelet скалограмма и полученные характеристики импульсов и сами импульсы записываются в специальную базу данных структурной устойчивости материалов.

Изобретение относится к области контроля физических свойств изделий и материалов, и может быть использовано для обнаружения зон с аномалиями твердости и иных физических и механических свойств поверхности стальных листов, рельсов, труб, прутков.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Прибор содержит процессорный блок (ПБ) 10 с узлом определения полного и остаточного ресурса (УОР) 17 и с клеммными разъемами (КР) 11, 12 для подключения выносного ферритометрического наконечника (ВФН) 20 и выносного ультразвукового толщиномера (ВУЗТ) 30, клавиатуру 40 для ввода необходимых дополнительных величин, а также данных необходимых измерений штатными измерительными средствами электростанции и дисплей 50 для визуализации выходных данных.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля рельсовых путей. Согласно способу диагностики рельсового пути и синхронизации результатов измерений диагностический комплекс, содержащий средства дефектоскопии и навигации, перемещают по рельсовому пути, обнаруживают стрелочные переводы, сохраняют их метки совместно с данными дефектоскопии в диагностической базе данных рельсового пути.

Система обнаружения дефектов в ферромагнитном материале содержит: множество магнитометров, размещенных вблизи поверхности ферромагнитного материала, выполненных с возможностью измерения магнитного поля, создаваемого ферромагнитным материалом, и с возможностью генерации данных магнитного поля на основе измеренного магнитного поля, при этом каждый магнитометр из указанного множества магнитометров неподвижно закреплён в положении относительно ферромагнитного материала; построитель карты магнитного поля, выполненный с возможностью генерации точек данных двумерной карты исходя из данных магнитного поля, причем каждая точка данных соответствует соответствующему местоположению на поверхности ферромагнитного материала и представляет напряженность измеренного магнитного поля вблизи этого местоположения; и сопоставитель с образцом, выполненный с возможностью распознавания на карте множества точек данных, соответствующих заданному пространственному образцу напряженности магнитного поля, и с возможностью выдачи местоположения вблизи поверхности ферромагнитного материала, соответствующего указанному множеству точек данных.

Группа изобретений относится к обнаружению дефектов в ферромагнитных материалах с использованием магнитометра. Дефекты в ферромагнитных материалах обнаруживают и характеризуют путем анализа магнитных полей изделий с целью нахождения участков магнитных полей, которые характерным образом отличаются от остаточных магнитных полей, создаваемых участками изделий, не имеющими дефектов.

Изобретение относится к области неразрушающего магнитного контроля длинномерных ферромагнитных объектов, и предназначено, прежде всего, для магнитной дефектоскопии стальных канатов и проволоки с целью определения их локальных дефектов и потерь металлического сечения, а также может быть использовано для дефектоскопии электрических кабелей с ферромагнитными элементами в виде стальных токопроводящих жил, броневых покрытий, электромагнитных экранов и т.п.

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Техническим результатом является расширение технологических возможностей устройства, позволяющих контролировать уровень остаточных технологических напряжений в профильных канавках на внутренней поверхности труб разных диаметров с разным количеством канавок с продольным и спиральным направлением.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля при реализации магнитных и ультразвуковых бесконтактных методов дефектоскопии для обнаружения дефектов и определения геометрических размеров изделий на значительных скоростях сканирования.

Использование: для внутритрубной диагностики трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что c одной стороны трубопровода производят монтаж камеры пуска средств очистки и диагностики (далее - СОД), причем СОДом может быть магнитный дефектоскоп, профилемер или очистной скребок, с другой стороны трубопровода устанавливают и закрепляют тяговое устройство, запасовывают СОД через камеру пуска СОД в трубопровод, при помощи тягового устройства протягивают СОД по трубопроводу.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля при реализации ультразвуковых бесконтактных методов дефектоскопии для обнаружения дефектов в рельсах на значительных скоростях сканирования.

Использование: для внутритрубной диагностики технического состояния трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют перемещение внутри трубопровода между смотровыми люками под давлением транспортируемой по трубопроводу жидкости устройства, представляющего собой разъемный корпус сферической формы с размещенными внутри него датчиками магнитного поля, температуры, давления и акустическими датчиками, акселерометрами и устройством записи данных, измеренных датчиками, при этом в устройство введены источник питания и генератор тактовой частоты, при этом датчики акустической эмиссии выполнены с возможностью приема сигналы эмиссии в звуковой и сверхзвуковой областях частот, в качестве датчиков магнитного поля использованы не менее четырнадцати однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, равномерно и симметрично расположенных по внутренней поверхности корпуса таким образом, чтобы была обеспечена высокая степень их взаимной соосности, перед началом измерений проводят итеративную высокоточную калибровку устройства, обеспечивающую соосность симметрично расположенных однокомпонентных датчиков, измеряют не менее 14 компонент магнитной индукции этого поля в различных точках внутритрубного пространства, по которым производят вычисление не менее 7 градиентов магнитной индукции внутреннего поля трубы, измеряют не менее двух параметров поля акустической эмиссии и температуры теплового поля и давления транспортируемой жидкости в различных точках внутритрубного пространства, вычисляют на основе полученных данных диагностические параметры трубопровода. Технический результат: повышение точности и надежности обнаружения и оценки опасности дефектов, местоположения и геометрических размеров дефекта, в том числе зон коррозии, обнаружение и распознавание аномалий поперечных сварных швов, в том числе разрушающихся сварных швов, обнаружение и определение местоположения трубороводной арматуры и фиттингов, ремонтных конструкций трубопровода, причем появляется возможность применения предлагаемого способа на ферромагнитных и пластиковых трубах. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для внутритрубного диагностирования промысловых транспортных и магистральных жидкостных трубопроводов, перекачивающих неагрессивные жидкости, нефть, нефтепродукты и газ. Сущность изобретения заключается в том, что устройство внутритрубной диагностики магистральных трубопроводов, выполненное с возможностью перемещения внутри трубопровода под давлением транспортируемой по трубопроводу жидкости, включает разъемный корпус сферической формы с размещенными внутри него датчиками магнитного поля, температуры, давления и акустическими датчиками, акселерометрами и устройством записи данных, измеренных датчиками, дополнительно содержит источник питания и генератор тактовой частоты, при этом датчики акустической эмиссии выполнены с возможностью приема сигнала эмиссии в звуковой и сверхзвуковой областях частот, в качестве датчиков магнитного поля используют не менее четырнадцати однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, равномерно и симметрично расположенных по внутренней поверхности корпуса таким образом, чтобы была обеспечена высокая степень их взаимной соосности. Технический результат: повышение точности и надежности обнаружения и оценки опасности дефектов, местоположения и геометрических размеров дефекта. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх