Магнитные интроскопы и технология диагностирования коммунальных трубопроводов

А. А. Абакумов, доктор техн. наук, генеральный директор,

А. А. Абакумов (мл.), канд. техн. наук, технический директор, ЗАО «Цетр диагностики трубопроводов "Интроско"»

Единственным способом уменьшения риска техногенных и экологических катастроф вследствие утечек газа, воды и предупреждения значительных экономических потерь является капитальный ремонт линейной части коммунальных трубопроводов. Замена труб при этом производится целыми участками, что требует значительных материальных затрат. Опыт работы предприятий жилищно-коммунального хозяйства по капитальному ремонту показывает, что в большинстве случаев нет необходимости в полной замене труб. Достаточно лишь достоверно выяснить локальные дефекты тела труб и ликвидировать их, не прибегая к полной замене труб и сплошному вскрытию трассы газоводопроводов. Особую актуальность в настоящее время в условиях увеличения сроков экс-плуатации газоводопроводов, роста числа аварийных ситуаций приобретает разработка и освоение современных методов и средств диагностирования. Полученная при этом информация позволяет достоверно оценивать техническое состояние подземных трубопроводов, определять безопасные технологические режимы их функционирования, устанавливать необходимость и очередность вывода участков трубопроводов в ремонт, прогнозировать их остаточный ресурс. Поэтому важной задачей для магнитного диагностирования коммунальных трубопроводов является разработка магнитных интроскопов и технологии для наружного и внутритрубного обследования, позволяющих с помощью многоэлементных преобразователей визуализировать магнитные поля рассеяния от дефектов, получать их двух- и трехмерные изображения, определять характер, форму и ориентацию дефектов в трубопроводе под слоем изоляции; измерять их геометрические параметры: длину, глубину и раскрытие. Такие интроскопы должны изготавливаться в малогабаритном исполнении для работы в полевых условиях, легко сопрягаться с внутритрубными магнитными снарядами, микро-ЭВМ и другой современной микропроцессорной техникой.

Магнитные интроскопы являются наукоемкими и дорогостоящими устройствами. Для создания таких сложных конструкций необходимы специалисты по прочности трубопроводов, механике и электротехнике, компьютерным системам и диагностике, программированию.

Все магнитные методы диагностики сплошности металла основаны на обнаружении локальных возмущений поля, создаваемых дефектами в намагниченном ферромагнетике. При наличии нарушений однородности структуры и сплошности трубы при ее намагничивании сразу же возникают неоднородности намагниченности и связанные с ними магнитные поля рассеяния как вблизи дефектов, выходящих на поверхность трубы, так и над внутренними дефектами, расположенными под ее поверхностью (рис. 1).

Рисунок 1. Картина магнитных полей рассеяния около наружных (1) и внутренних (2) дефектов в ферромагнитной трубе

Известно, что при магнитной диагностике трубопроводов наиболее благоприятные условия для выявления глубинных дефектов создаются при намагничивании труб постоянным магнитным полем до индукции технического насыщения.

Рассмотрим конструкции магнитных интроскопов и технологию наружной и внутренней диагностики коммунальных трубопроводов.

Магнитный интроскоп МИ-20 для наружного обследования трубопроводов коммунальных сетей предназначен для диагностирования линейной части коммунальных трубопроводов, в том числе без удаления защитной изоляции и остановки перекачивания продукта по трубопроводу, при плановых обследованиях и при ремонтных работах. Он основан на регистрации магнитных полей рассеяния от дефектов, возникающих при намагничивании трубопроводов, с помощью передвижных намагничивающих устройств или иным методом, в том числе по остаточной намагниченности. Регистрация осуществляется путем сканирования поверхностного магнитного поля с помощью многоэлементных датчиков, основанных на применении гальваномагнитных магниточувствительных сенсоров. Интроскоп осуществляет цифровую обработку показаний датчиков, восстановление компьютерного изображения поля рассеяния от дефектов. Обработка изображения дефектов и оценка их геометрических параметров осуществляется визуально оператором с параллельной автоматической отбраковкой (рис. 2).

Рисунок 2а. Принцип построения системы визуализации дефектов трубопроводов

Рисунок 2б. Изображение магнитного отпечатка язвы диаметром 7 мм и глубиной 4 мм

Рисунок 2в. Изображение отпечатка трещины раскрытием 1 мм и глубиной 5 мм

Разработан прибор, позволяющий за счет использования многоэлементных датчиков и электронно-механического сканирования магнитного поля не только регистрировать дефекты, но и определять их геометрические размеры, форму, ориентацию и взаимное расположение. Компьютерная обработка информации дает возможность упростить процесс подготовки отчетов и создать систему архивирования результатов контроля. Магнитный интроскоп позволяет проводить диагностирование без удаления защитной изоляции и остановки работы оборудования, что дает возможность повысить производительность и уменьшить затраты на проведение диагностических работ по сравнению с традиционными методами. Выявляются дефекты типа нарушения сплошности (коррозионные и усталостные трещины, непровары, язвы) при толщине стенки объекта до 20 мм. Интроскоп состоит из передвижного намагничивающего устройства (НУ) на постоянных магнитах (рис. 3а), сканера магнитного поля, видеоконтрольного устройства (ВКУ) для использования в полевых условиях (рис. 3б) или персонального компьютера для стационарных условий.

Рисунок 3а. Магнитный интроскоп МИ-20 с П-образным намагничивающим устройством

Рисунок 3б. Сканер и видеоконтрольное устройство интроскопа

Использование магнитных интроскопов серии МИ-ХХ регламентировано инструкцией по магнитному контролю линейной части газонефтепродуктопроводов ВРД 39-1.11-027-2001, утвержденной постановлением Госгортехнадзора России от 15 января 2001 года № 10-03/4. Конструкции намагничивающих устройств, сканеров и электронных блоков интроскопа защищены 110 авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации.

Внутритрубный магнитный интроскоп МИ-31 предназначен для диагностики линейной части коммунальных подземных трубопроводов. Принцип действия основан на намагничивании внутренней поверхности трубопроводов постоянными магнитами или электромагнитами, между полюсами которых находятся много-элементные преобразователи магнитных полей. Внутритрубный магнитный интроскоп осуществляет сканирование магнитного рельефа, возникающего под действием полей рассеяния от дефектов стенки трубопровода, перемещаясь под действием потока воды, газа или с помощью троса и лебедки. Информация о выявленных дефектах записывается в полупроводниковой памяти. Схема контроля подземных трубопроводов путем перемещения внутритрубного магнитного интроскопа с помощью троса и лебедки на расстояние до 4 км показана на рис. 4.

Рисунок 4. Схема внутритрубного контроля подземных трубопроводов

Такая технология требует вырезания технологических окон в подземном трубопроводе и прекращения транспорта воды. После прекращения инспекции контрольного участка трубопровода технологические окна завариваются или заделываются с помощью отрезка трубы и болтовых соединений. При контроле действующих газоводопроводов на определенных участках предусматривается установка специальных стационарных камер запуска-приемки внутритрубных магнитных интроскопов, использующихся многократно в течение срока эксплуатации водопровода. Основное отличие внутритрубного магнитного интроскопа от известных снарядов, реализующих магнитные методы диагностирования трубопроводов, заключается в использовании многоэлементных преобразователей магнитных полей и электромеханическом сканировании поверхности трубопровода. Применены компьютерные методы оценки геометрических параметров дефектов по окончании контроля участка трубопровода. По изображению осуществляется оценка формы дефектов, их ориентации и взаимного расположения. Выявляются коррозионные, термические и усталостные трещины, язвы, шлаковые и газовые включения, непровары сварных швов. В состав внутритрубного магнитного интроскопа входят намагничивающее устройство на постоянных магнитах или электромагнитах со сканером (при секционном намагничивании их количество определяется диаметром трубопровода), электронный блок, блок питания. Производительность контроля до 0,5 м/с, масса 44 кг. Результаты диагностики остаются в памяти компьютера либо на бумажном носителе.

Конструкция внутритрубного магнитного интроскопа приведена на рис. 5.

Рисунок 5. Конструкция внутритрубного магнитного интроскопа МИ-31

Для обслуживания магнитного интроскопа МИ-20 требуется два человека, МИ-31 – три человека.

Наружный интроскоп МИ-20 испытывался на газопроводах в Пермтрансгаз во ВНИИГАЗ, на промысловых нефтепроводах в АНК «Башнефть». Внутритрубный магнитный интроскоп МИ-31 использовался при обследовании распределительных газопроводов в г. Обнинске, Мосгазе, водопроводов в Мосводоканале, обсадных колонн в Башкирии (ВНИИГИС) и Татарии (Татнефтегеофизика).

Литература

1. Абакумов А. А., Абакумов А. А. (мл). Магнитная диагностика газонефтепроводов. М.: Энергоатомиздат, 2001.

2. Абакумов А. А. Магнитная интроскопия. М.: Энергоатомиздат, 1996.