Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

От редакции: На сегодняшний день не существует универсальных методов диагностики тепловых сетей. Использование различных способов, дополняющих друг друга, позволяет повысить достоверность результатов диагностики.

Предлагаем Вашему вниманию статью по новому магнитометрическому методу диагностики (который отрабатывается сегодня на теплосетях Москвы), представленную организацией, проводившей обследования.

Статья публикуется в порядке обсуждения.

В.Г.Шикуненко, генеральный директор, ООО «ИПК Шерна», г. Москва

В течение 2010 г. наша компания проводила работы по диагностике московских тепловых сетей бесконтактным магнитометрическим методом (разработчик А.А. Дубов) с целью выявления участков теплосети, находящихся в напряженно-деформированном состоянии, и определения необходимости ремонта данных участков.

При обследовании использовалось следующее оборудование: измеритель концентрации напряжений ИКН-3М-12 с датчиком тип 11; ИКН 5М-32 с датчиком тип 11; трассопоисковое оборудование «RIDGIT SR-20»; ультразвуковой толщиномер фирмы Panametrics MODEL 37DL plus; преобразователь (ПЭП 5,0/312); D799; ультразвуковые толщиномеры А1207.

О бесконтактном магнитометрическом методе

Метод бесконтактной магнитометрической диагностики позволяет с поверхности земли выявлять участки подземных теплопроводов в непроходных каналах с неоднородным напряженно-деформированным состоянием, в металле труб которых при дальнейшей эксплуатации возникнут либо уже имеются повреждения различного характера.

Бесконтактное магнитометрическое обследование основано на измерении искажений магнитного поля Земли, обусловленных изменением магнитной проницаемости металла трубы в зонах концентрации напряжений и в зонах развивающихся коррозионно-усталостных повреждений.

При этом характер изменений поля (частота, амплитуда) обусловлен деформацией трубопровода, возникающей в нем вследствие воздействия ряда факторов:

■ остаточных технологических и монтажных напряжений;

■ рабочей нагрузки и напряжений самоком- пенсации при колебаниях температуры наружного воздуха и среды (грунта, воды и т.д.).

Метод бесконтактного магнитометрического обследования является косвенным диагностическим методом.

При расшифровке информации о состоянии трубопроводов по изменению магнитного поля Земли используются критерии и программный продукт, разработанные для метода магнитной памяти металла.

Обследование проводилось в соответствии с требованиями «Методики бесконтактного магнитометрического контроля теплопроводов» (разработчик ООО «Энергодиагностика», г.

Москва), ГОСТ Р 53006-2008 «Оценка ресурса потенциально опасных объектов на основе экспресс-методов. Общие требования» и ГОСТ Р 52330-2005 «Контроль неразрушающий.

Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования».

  • При обследовании использовались отдельные положения и рекомендации, изложенные в РД 102-008-2002 «Инструкция по диагностике технического состояния трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом» (разработчик ВНИИСТ).
  • Обследование трубопроводов проводилось от камеры до камеры, при этом «прямой» и «обратный» трубопроводы обследовались отдельно друг от друга.
  • Оценка эффективности работы оператора проводилась двумя способами:
  • ■ путем сопоставления оценки состояния теплопровода, сделанных специалистом по результатам обработки данных бесконтактных измерений участка, с фактическими данными, полученными при вскрытии этого участка и проведении визуально измерительного контроля теплопроводов;
  • ■ путем анализа повреждений, зафиксированных на участке тепловой сети после проведения там бесконтактной диагностики (например, оператор оценил состояние теплопровода как удовлетворительное, а при опрессовке на данном теплопроводе произошло повреждение, значит, оценка состояния была неверная).
  • Для оценки состояния теплопроводов по результатам диагностики, проводимой различными операторами, были приняты четыре формулировки выводов (коды), которые выбирал оператор:
  • 1 — выявленная аномалия на участке (пример) на расстоянии от начальной камеры 55 м до 65 м на длине 10 м требует немедленного ремонта;
  • 2 — выявленная аномалия на участке (привязка такая же) требует планового ремонта в течение 2 лет;
  • 3 — выявленная аномалия на участке требует ежегодного мониторинга;
  • 4 — аномалий не выявлено, диапазон участка в удовлетворительном состоянии.
  • Диапазон участка, определенный исполнителем, с кодом 1 однозначно подлежит дополнительному визуально измерительному контролю.
  • Диапазон участка с кодом 2 подлежал визуально измерительному контролю, только если это рекомендовал в отчете исполнитель.
  • В диапазоне участка с кодами 3 и 4 дополнительный визуально измерительный контроль не планировался, но проводился только тогда, когда на этом участке при проведении опрессовки фиксировалось повреждение.
  • Результатом бесконтактного магнитометрического обследования является выявление участков с наличием зон концентрации напряжений (ЗКН) — зон с развивающимися коррозионно-усталостными повреждениями.

Аномалия с присвоенным кодом 1 — участок имеет неоднородность напряженно-деформированного состояния (НДС). Неоднородность НДС обуславливается наличием ЗКН — зоны, в которых, как правило, имеются развивающиеся дефекты в виде трещин или интенсивно протекающей язвенной коррозии.

  1. Аномалия с присвоенным кодом 2 — участок трубопровода с неоднородностью напряженно- деформированного состояния, где имеются ЗКН — зоны, в которых процесс коррозионно-усталостного повреждения находится в стадии развития, и не достиг значений, под которые попадают аномалии с кодом 1.
  2. Аномалия с присвоенным кодом 3 — участок трубопровода с НДС, где будут возникать либо уже имеются не опасные для эксплуатации ЗКН.
  3. Аномалия с присвоенным кодом 4 — состояние такого участка оценивается как удовлетворительное.
  4. Результаты обследований

На 1 ноября 2010 г. была проведена работа по обследованию теплопроводов общей протяженностью 56,822 км. Было выявлено 2484 аномалии, из них:

  • ■ с кодом 1 — 39 шт.;
  • ■ с кодом 2 — 788 шт.;
  • ■ с кодом 3 — 1657 шт.

По результатам обследования на всех участках, где выявлялись аномалии с кодом 1, производились шурфовки. Дополнительно нужно пояснить, что участком считается отрезок прокладки тепловой сети между двумя ближайшими камерами тепловой сети.

Средняя длина участка порядка 100 м, на этой длине может быть множество различных зон магнитных аномалий. В местах шурфовок (в зонах с кодом 1) проводились дополнительные обследования методами визуально измерительного контроля и ультразвуковой толщинометрии и т.д. На рис.

1-9 для наглядности показаны некоторые из участков, на которых были выявлены аномалии по результатам бесконтактной магнитной диагностики.

Некоторые примеры результатов шурфовок приведены ниже.

Участок 1-2. Участок от камеры к1 до к2 по совокупности выявленных аномалий (с кодом 1 и 2) и выполненных ранее локальных ремонтов необходимо включить в план реконструкции в течение 3 лет.

Часть участка подающего теплопровода на расстоянии 11 м от к1 в сторону к2 и на расстоянии 10 м от угла поворота в сторону к2 (аномалия с кодом 1) находится в аварийном состоянии и требует локального ремонта немедленно.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

Участок 42-43.

По результатам инженерной диагностики (выявлена аномалия с кодом 1) был запланирован шурф на 163-172 м от к42 в сторону к43 для уточнения зоны ремонта подающей трубы, но при проведении опрессовки на данном участке были выявлены свищи и при вскрытии места повреждения выяснилось, что на расстоянии 164 м необходим ремонт в местах двух свищей, на расстоянии 182 м отвод и м трубы имеют значительные коррозионные повреждения.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

Участок 11-12.

На этом участке сильная магнитная аномалия (с кодом 1), выявленная при бесконтактной магнитной диагностике, соответствует видимым изгибам труб и трещинам изоляционной конструкции от нарушения компенсации.

Данный участок подающего теплопровода требует проведения ремонта системы компенсации, ревизии скользящих опор и сильфонных компенсаторов и локального ремонта изоляционной конструкции.

Участок 68-69. На всем протяжении канала необходима: очистка от наносного ила и разрушенной изоляции; ревизия всех скользящих опор на участке. Необходимо провести восстановление тепло- и гидроизоляции, ремонт и замену перекрытий. Повторное обследование с проведением толщинометрии и бесконтактной магнитометрической диагностики.

Участок 17-18. Участок теплопровода на длине 31 м находится в аварийном состоянии и требует скорейшего локального ремонта. Участок от к17 до к18 по совокупности выявленных аномалий (с кодом 1 и 2) и выполненных ранее локальных ремонтов необходимо включить в план реконструкции в течение 2 лет.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

Участок 52-53. Вышеуказанный участок на отметке 1-34 м имеет протяженную зону деформации (с кодом 1) в результате нарушения тепловой компенсации, а также 3 ранее возникших повреждения. Данный участок рекомендуется к проведению планового ремонта в течение 3 лет.

Участок 58-58а. Участок на расстоянии 24 м от смотрового люка (аномалии с кодом 1) требует срочного ремонта, участок от смотрового люка до к58а (выявлены аномалии с кодом 2) требует регулярного мониторинга в связи с нарушением вентиляции, компенсации и напряженно-деформированным состоянием зон вблизи смотрового люка и неподвижной опоры.

Участок 50/6-50/7. По результатам визуального контроля и магнитометрических данных (аномалии с кодом 1 и 2) участок теплосети от к50/6 до к50/7 длиной 137 м находится в аварийном состоянии и требует немедленного ремонта во избежание аварий во время отопительного периода.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

  1. Участок 06-07 (с имеющимися аномалиями с кодом 1). По результатам проведенного в шурфе визуально измерительного контроля и ультразвуковой толщинометрии необходимо провести:
  2. ■ локальный ремонт подающего теплопровода на участках проведения толщинометрии — 254 и 290 м от к06 — в связи с сильной язвенной коррозией и утонением до критической толщины;
  3. ■ ремонт плит перекрытия на 273 м и 276 м от к06;
  4. ■ очистку участка в интервале от 260 м до к07 от разрушенной теплоизоляции, песка, ила;
  5. ■ ревизию всех скользящих опор от неподвижной опоры до к07;
  6. ■ восстановление скользящих опор и теплоизоляции трубопроводов.
Читайте также:  Характеристики трубопровода как транспорта

Рекомендация: участок нуждается в дополнительных инженерно-геологических исследованиях, т.к. из-за сложного рельефа и близости МКАД возникла деформация канала и труб в целом.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

Участок 07-08. Участок нуждается в замене обратного теплопровода на интервале 40-60 м в связи с недопустимым утонением стенки трубы. Необходимо провести очистку интервала от к07 до к08 от разрушенной теплоизоляции, песка и провести ревизию всех скользящих опор.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

Примечание: Коррозионные процессы в данном месте также имеются, но утонение стенки теплопроводов пока менее 20%.

Участок 21-24. На участке магистрали от к21 до к24 (выявлены аномалии с кодом 1, 2 и 3) необходимо провести дополнительные работы по изучению состояния теплотрассы в связи с разрушением конструкционных элементов (дно канала).

Для исключения разрушения в будущем, рекомендуется дополнительно провести георадарные исследования, поскольку территориально зоны повышенного напряженно-деформированного состояния подающего и обратного трубопроводов обоих участков находятся в одном месте (автостоянка у поликлиники).

Разрушения основания канала и значительные зоны НДС могут быть связаны с суффозными процессами (вымывание и просадка грунта) под данным участком.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

Участок 20-20/1. Участок на расстоянии 3 м от смотрового люка требует ремонта (выявлены аномалии с кодом 1 и 2), необходимо исключить касание плит перекрытия и труб, рекомендуется включить данный участок в план капитального ремонта в течение 3 лет

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

Участок 29/2-29/3. На отметке 19 м от к29/2 необходим ремонт скользящей опоры (выявлены аномалии с кодом 1 и 2). Необходимо проверить соответствие проекту по количеству опор. Необходима ревизия всех скользящих опор до П-образного поворота, смазка или монтаж компенсатора перед неподвижной опорой.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом

Выводы

Результаты технической диагностики по бесконтактному магнитометрическому методу в подавляющем большинстве случаев находят свое подтверждение дополнительным обследованием в шурфах.

Метод позволяет с высокой точностью определять потенциально опасные места напряженно деформированного состояния (нарушение компенсации, воздействие на трубу посторонних предметов) и места пересечения со смежными магистралями, являющиеся в совокупности с дополнительными вредными факторами (подтопления и т.д.

) причиной внутренней и внешней коррозии, утонения стенки. Однако однозначно определить степень коррозионного поражения стенок труб только по магнитограмме без изучения «истории болезни» достаточно сложно.

Следует также отметить, что метод имеет существенные ограничения.

1. Метод чувствителен к массе обследуемой трубы. В условиях города трубопроводы диаметром меньше 300 мм не всегда могут быть определены.

2. Не всегда есть возможность пройти точно по трассе (например, здания или транспорт на поверхности земли над прокладкой тепловой сети).

3. Сложно выявлять точечные дефекты, не создающие сильные искажения магнитного поля.

4. Пока не определена выраженная характеристика магнитного поля соответствующего участку теплопровода со значительным утонением стенки, хотя отмечено, что иногда таким местам соответствует провал градиента напряженности магнитного поля.

5. Метод восприимчив к помехам, создаваемым посторонними металлическими предметами, если они сопоставимы по массе обследуемым трубам.

6. Анализ магнитограмм требует высокой квалификации и опыта оператора.

Но в целом, благодаря проведенным обследованиям участков подземных теплопроводов, метод получил значительный толчок в развитии, были выявлены новые закономерности, получили свое развитие программные комплексы по анализу состояния тепловых сетей, где появился дополнительный критерий оценки — наличие аномалий магнитного поля.

Очень хорошо выявляются участки напряженно деформированного состояния теплопроводов еще внешне целых, но с нарушением компенсации. Несмотря на то, что эти участки не способны вызывать масштабные аварии в ближайшей перспективе, в дальнейшем, если не устранить нарушения компенсации, могут развиваться более серьезные дефекты.

Пока точную остаточную толщину стенки и точное время до разрыва только обработкой данных бесконтактной магнитной диагностики выявить нельзя, для этого требуется проведение шурфовок, или детальное описание «истории болезни», но уже сейчас ясно, что постоянный набор данных и расширение аналитической базы имеют значительную перспективу в дальнейшем выявлении закономерностей старения металла труб тепловых сетей и повышения точности прогноза остаточного ресурса теплопроводов.

На практике метод бесконтактной магнитной диагностики хорошо сочетается и дополняется методом акустической томографии, но это уже тема отдельной статьи.

Кроме того, уже на существующем этапе развития данные бесконтактной магнитной диагностики, по нашему мнению, могут найти отражение в практике локальных ремонтных работ.

Многие выявленные участки напряженно деформированного состояния теплопроводов еще не имеют значительных коррозионных поражений и утонения стенки металла труб, поэтому проведение своевременных ремонтных работ по устранению нарушений компенсации позволят значительно повысить срок безаварийной эксплуатации данного участка.

Практика проведения бесконтактной магнитной диагностики показала, что даже недавно введенные в эксплуатацию участки тепловых сетей могут иметь значительные нарушения компенсации или нарушения в технологии сварочных работ.

Поскольку качество проектных и строительных работ не могут исключить появление участков с повышенным НДС на вновь построенных участках теплосети, возможно, было бы целесообразно включить в комплекс приемочных работ проведение бесконтактной магнитной диагностики для выявления и устранения НДС теплопроводов на стадии ввода в эксплуатацию.

Магнитные методы контроля и диагностики трубопроводов

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом Диагностика состояния трубопровода

Современные промышленные технологии широко используют транспортировку жидкости или газа по подземным трубопроводам.

Они применяются в магистральных газо- и нефтепроводах, в тепло- и водоснабжении населения и промышленных предприятий. Еще длительное время основой конструкции трубопроводов будут металлические трубы.

Методы диагностики и контроля металла трубопроводов

В настоящее время разработаны три вида диагностики:

  • внутритрубные методы (радиационный, магнитные, акустические и т.д.)
  • контактные методы технической диагностики трубопроводов (радиационный, магнитный, ультразвуковой, тепловой и т.д.);
  • дистанционные методы (электрический и магнитный).

Из внутритрубной дефектоскопии наиболее совершенные снаряды-дефектоскопы, основанные на магнитном контроле, позволяющие локализовать по-вреждения, обусловленные как электрохимической и микробиологической коррозией (ЭХК и МБК), так и коррозийным растрескиванием под напряжением (КРН).

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методомСнаряды-дефектоскопы внутритрубной диагностики

Внутритрубная диагностика трубопроводов основана на использовании автономных снарядов-дефектоскопов, движущихся внутри контролируемой трубы под напором перекачиваемого продукта (нефть, нефтепродукты, газ и т.п.). Снаряд снабжен магнитной аппаратурой для неразрушающего контроля (НК) трубы, записи и хранения в памяти данных контроля и вспомогательной служебной информации, а также источниками питания аппаратуры.

Измерительная часть снаряда состоит из множества датчиков (сенсоров), расположенных так, чтобы зоны чувствительности датчиков охватывали весь периметр тру-бы. Это позволяет избежать пропуска дефектов трубы.

В магнитном снаряде ферромагнитный материал трубы намагничивается постоянными магнитами до состояния близкого к техническому насыщению, а потоки рас-сеяния, вызванные дефектами, регистрируются магниточувствительными датчиками (например, датчиками Холла).
Магнитные снаряды используют обычно для контроля труб нефте- и газопроводов.

Метод магнитной внутренней дефектоскопии наиболее часто используется за рубежом, а в России менее 20% трубопроводов обследовано этим способом по техническим и экономическим причинам. Данный метод не позволяет определить утечки тока катодной защиты из-за нарушенной изоляции, напряженные состояния трубопровода, местоположение в плане и в разрезе.

Контактные методы диагностики трубопроводов

К контактным методам относятся:

  • метод магнитной памяти металла;
  • твердометрия.

Из контактных методов наиболее эффективен метод магнитной памяти металла.

Общая схема контроля для любых технологических трубопроводов с использованием специализированного магнитометрического прибора-измерителя концентрации напряжений типа ИКН.

Прибор имеет экран, блок памяти для регистрации результатов измерений и сканирующее устройство в виде тележки, на которой смонтированы датчики измерений магнитного поля Нр и длины трубопроводов. Контроль не требует предварительной подготовки поверхности.

В отдельных случаях контроль трубопроводов может осуществляться без снятия изоляции.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методомКонтактные методы диагностики трубопроводов

Основным недостаткам контактных методов диагностики является необходимость доступа к трубопроводу. Данный метод может быть применен только для надземных трубопроводов, относительное количество которых не велико и к трубопроводам подготавливаемым к укладки в траншею.

Дистанционные методы контроля трубопроводов

Особое внимание мы уделим дистанционным методам контроля. Они делятся на:

  • электрические, к ним относятся:
  • методы постоянного и низкочастотного переменного электрического поля;
  • метод градиента переменного тока;
  • метод Пирсона;
  • магнитные, к ним относятся:
  • метод переменного магнитного поля катодной защиты трубопровода или генератора тока;
  • метод постоянного магнитного поля.

Метод магнитной градиетометрии основан на установленных ранее связях между магнитным полем стального подземного трубопровода и его: напряженным состоянием, местоположением в плане и в разрезе, местоположением сварных швов, состоянием изоляции, кавернозности.

Читайте также:  Сварное соединение трубы с листом гост

Измерения трех компонент магнитного поля с помощью магнитометра–градиентометра могут быть использованы для решения следующих задач:

  1. Определение положения трубопровода в плане и разрезе.
  2. Контроль состояния изоляции по магнитному полю и тока утечки. Оцен-ка величины нарушений изоляции трубопровода.
  3. Определение участков с электрохимической коррозией и напряженно деформированных участков.
  4. Анализ и прогноз технического состояния трубопровода.

Для решения поставленных задач используется трехкомпонентный магнитометр-градиентометр рис.1.

Диагностика трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методомРис. 1. Магнитометр -градиентометр НВ0204.5А

Градиентометр предназначен для измерения трех ортогональных компонент индукции и их разности (градиента на двух высотах от поверхности Земли:

  • магнитного поля,
  • низкочастотного электромагнитного поля частотой 100 Гц (частота тока катодной защиты трубопровода),
  • низкочастотного поля в диапазоне частот 0,1-20 Гц (частота шумов Барк-гаузена и тока, обусловленного движением нефти или газа по трубопроводу).

В градиентометре предусмотрена возможность передачи результатов измерений в цифровой форме в персональный компьютер (интерфейс RS-232).

Магнитометр выполнен в виде переносного прибора и может быть использован при контроле магнитного поля различного рода трубопроводов.

Эти методы являются достаточно экспрессными и более экономичными по сравнению с внутритрубными методами и контактными методами.

По нашему мнению современные методы диагностики должны решать следующие задачи:

  1. обеспечение надежности и бесперебойности функционирования магистральных трубопроводов;
  2. обеспечение периодического диагностирования технического состояния магистральных трубопроводов;
  3. раннее обнаружение возникающих в их дефектов;
  4. оценка возможности и сроков дальнейшей эксплуатации трубопроводов при наличии выявленных дефектов;
  5. не допускать развития событий, опасных для здоровья и жизни людей;
  6. выдача рекомендаций по их устранению.

Проанализировав современные методы контроля и прогноза технического состояния инженерных сооружений, отметим, что задача разработки конкурентоспособных дешевых и производительных методов дистанционного анализа и контроля остается быть актуальной.

Трубопроводный транспорт на территории России

По оценкам состояния трубопроводного транспорта на территории РФ по данным И.А. Потапова (2007) Россия по протяженности трубопроводов различного назначения (около 2 млн. км внутренних и 15 млн. км внешних) занимает 2-ое место в мире после США.

По оценкам специалистов Министерства по чрезвычайным ситуациям, аварийность трубопроводов ежегодно возрастает в 1,7 раза, и в XXI век эти системы жизнеобеспечения страны вошли изношенными на 50-70%. По подсчетам американских экспертов, прямой ущерб от аварий на проводящих сетях в США составляет до 3% валового национального продукта.

Косвенные же убытки – затраты на ликвидацию последствий подобных ситуаций и издержки из-за нарушения режима реализации продукта – превышают названную цифру в десятки раз.

Старение и коррозионное разрушение металла трубопровода

Старение и коррозионное разрушение металла трубопровода происходит не равномерно, а циклически, достигая в отдельные циклы скорости коррозии до 1 мм/год и относительного изменения механических свойств до 10-15%.

Во всех случаях на трубу, помещенную в землю, воздействует природные и техногенные факторы, вызывающие ее естественный износ. Поэтому всегда применяются защитные покрытия, препятствующие проявлению процессов коррозии.

В основном в России 70 % нефтегазопроводов покрыты пленочными изоляционными материалами, срок службы которых составляет 12-15 лет, и, следовательно, на этих трубопроводах следует ожидать массовый характер коррозионных поражений.

Поддержание трубопроводной системы в исправном состоянии является важнейшей задачей. Так как аварийный выход ее из строя сопряжен с большими экономическими затратами, связанными как с потерей минерального и энергетического сырья, так и с затратами на ликвидацию последствий этих аварий, восстановление экологической обстановки.

УДК 622.692.4:550.832

  •  Анатолий Николаевич Любчик
  • Аспирант кафедры Горных транспортных машин Горно-электромеханического факультета, e-mail: valli217@mail.ru

Применима ли бесконтактная магнитометрическая диагностика для обследования состояния изоляционных покрытий трубопроводов?

Применима ли бесконтактная магнитометрическая диагностика для обследования состояния изоляционных покрытий трубопроводов?

Имеет ли метод магнитной томографии (МТМ) преимущества перед традиционными электрометрическими методами обследования состояния противокоррозионной защиты подземных или подводных трубопроводов?

Ответ:

Трубопроводы – практичный и надежный вид транспорта, исключительно широко применяемый в промышленности.

Он используется для быстрой транспортировки больших объемов газообразных или жидких веществ, а также трехфазных смесей и даже раздробленного твердого сырья (шихты, пульты и т.п.).

Основные преимущества: большой грузооборот, возможность непрерывной подачи и транспортировка продуктов в автоматическом режиме на огромные расстояния.

Трубопроводная транспортная система играет ключевую роль в нефтегазовом секторе. Например, более 96% нефти и нефтепродуктов транспортируются при помощи магистральных труб. Это является самым выгодным, так как позволяет максимально сэкономить финансовые ресурсы.

Кроме того, использование подземной (подводной) трубопроводной инфраструктуры дает возможность максимально обезопасить продукцию от воздействия внешних факторов.

Однако ее значительная протяженность создает определенные проблемы контроля техническ4ого состояния (диагностики), что создает риски, связанные с деградацией конструкции в условиях эксплуатационных нагрузок.

В связи с высокой экономической и энергетической значимостью, надежности и безопасности трубопроводов уделяется огромное внимание. Существует ряд нормативных документов, которые определяют основные требования к производству всех элементов, строительству, эксплуатации и утилизации отработавших свой срок трубопроводов.

Благодаря соблюдению отечественных и международных норм удается достичь достаточно высокого уровня эффективности и надежности транспортной системы. Однако в цело проблема сохранения их надежности по мере старения конструкций по-прежнему актуальна во всем мире.

Достаточно упомянуть, что на потери, связанные с одной лишь почвенной коррозией, приходится до 2 % ВВП даже в промышленно-развитых странах.

Противокоррозионная изоляция трубопровода: практическое значение

Трубопроводная трасса подвергается воздействию различных факторов окружающей среды.

К ним относится влияние ультрафиолетовых лучей (при наземном прокладывании труб), постоянные колебания температур, влажность, различные механические действия, электрохимические процессы в грунта и металле труб (коррозия), явления деградации под комбинированным воздействием нагрузок и агрессивной среды – т.н.

коррозионно-механические воздействия (коррозионное растрескивание под напряжением, КРН, сульфидное и водородное растрескивание, усталостное растрескивание), потеря устойчивости (коробление) и даже слом в результате оползней, сейсмической активности, нагрузок вследствие подводных течений и т.п..

Кроме того, весьма важный вклад в процессы деградации как свойств металла, так и других компонентов трубопровода (изоляционных покрыти0 вносят процессы так называемой биокоррозии или микробиологической коррозии – Microbiological Induсed Corrosion (MIC) и биоповреждений.

Для полноценного функционирования системы необходимо снизить неблагоприятные воздействия среды до минимума. Оптимальный метод – создание пассивной защиты путем изоляции. В качестве изоляционных применяются различные материалы. Выбор того или иного типа сырья зависит от вида трубопровода и его предназначения.

  • К изоляционному покрытию выдвигается ряд требований:
  • ·         Материал должен обладать диэлектрическими свойствами.
  • ·         Он должен полностью укрывать трубы на всем протяжении соорудения.
  • ·         Рекомендуется использовать только водонепроницаемый материал.
  • ·         Необходимо применять материал с высокой механической прочностью.
  • ·         Подобранный материал должен обладать устойчивостью к воздействию термических факторов и эластичностью.
  • ·         Изоляционный материал также выполняет роль антикоррозийного покрытия.

Наиболее популярными материалами являются изоляторы на основе полиэтилена, поливинилхлорида и битума. В качестве дополнительного изоляционного слоя могут использоваться лакокрасочные вещества.

Диагностика (техническое диагностирование) – наиболее эффективный метод определения реального технического состояния и обеспечения надежности (целостности) трубопроводов

Эксплуатационные возможности металла трубопровода подвергаются изменениям (деградации – коррозионному и эрозионному износу, охрупчиванию и растрескиванию, старению, деформации под влиянием сверхпроектных нагрузок) и в ходе его активного использования. Это объясняется влиянием внешних и внутренних факторов, а также свойствами самого металла.

Как показывает практический опыт очень сложно учесть все действующие на трубопровод факторы сложной многофакторной системы и обеспечить защиту от коррозии на всем протяжении столь масштабных объектов. В связи с этим на отдельных участках трубопровода появляются различные дефекты металла.

Часто они связаны с локальной деградацией изоляции – как нарушениями сплошности, так и отслаиванием (утратой т.н. адгезии).

Результатом, в случае сквозного поражения (утратой герметичности) или растрескивания металла на подобных участках может стать аварийная ситуация с нарушением целостности трубопровода.

Для своевременного выявления потенциально опасного или предаварийного участка трубопровода необходимо регулярное проведение диагностических мероприятий.

Проведение оценки состояния металла труб дает возможность вовремя провести ремонтные работы и предотвратить масштабную аварию, а обследование состояния покрытия – своевременно выявить потенциальные участки повышения коррзионной агрессивности по отношению к металлу.

Виды диагностики трубопроводов

Оценка технического состояния трубопровода может проводиться контактными или бесконтактными методами. Первый вариант преобладает в случае внутритрубных обследований магистральных трубопроводов, оборудованных камерами пуска-приема снарядов дефектоскопов.

Однако для большинства трубопроводов, не подлежащих внутритрубной дефектоскопии (более 70% по общей протяженности) подобный вид контроля металла невозможен.

Читайте также:  Труба тнк в перми

В таких случаях металл контролируют выборочно – в отдельных точках доступа и удаления изоляционного покрытия, что позволяет оценить состояние металла лишь выборочно (не более 1 % по протяженности трубопровода в случае нормы – 2 шурфа/км).

Инновационные дистанционные (бесконтактные) магнитные методы контроля металла сквозь землю или воду – без удаления изоляционных покрытий применяются для диагностики разных типов трубопроводов,, не подлежащих внутритрубной дефектоскопии.

  1. Основные преимущества таких дистанционных методов:
  2. ·         Контроль технического состояния металла проводится без вмешательства в режим работы трубопровода, не требует прекращения функционирования системы для подготовки к обследованию.
  3. ·         Высокая производительность контроля – бригада операторов может двигаться при сканировании магнитного поля со скоростью до 20 км/сутки (в зависимости от условий трассы объекта).
  4. ·         Возможность оценки параметров надежности трубы в реальных условиях эксплуатации с учетом действующих механических напряжений.
  5. ·         Можно дополнительно использовать разные типы неразрушающего контроля для повышения точности прогноза параметров работоспособности трубопровода.
  6. ·         Обнаруживаются дефекты металла с ничтожными геометрическими размерами (например, усталостные микротрещины или внутренние трещины сварных соединений), не выявляемые. другими видами неразрушающего и разрушающего (гидроиспытания) контроля

·         Возможность выявления участков разрушения труб в условиях повышенных нагрузок – на участках провисов, прогибов, оползней, вечномерзлотных грунтов и грунтов со слабой несущей способностью, сейсмоактивных явлений и т.п.).

Существует несколько видов бесконтактного контроля трубопровода как сооружения в целом:

·         Видеонаблюдение (патрулирование) обычно применяется для определения вмешательства третьих лиц.

·         Ультразвуковая диагностика используется для оценки состояния сварных соединений. Основная сфера применения – трубопровод, который работает в условиях повышенного давления. При помощи этого способа удается достоверно определить надежность и стабильность шва. Огромное преимущество – полная безопасность для транспортируемого материала.

НИ ОДНОГО ПРАВИЛЬНОГО ТЕЗИСА – ВСЕ НЕПРАВИЛЬНО ПОЛНОСТЬЮ – УЗК прежде всего КОНТАКТЕН, никогда не применяется «при транспортировке продукта» — только на новой пустой трубе (конечно – «безопасен для продукта – а какой метод «опасен для продукта? J. В условиях «повышенного давления работают ВСЕ трубопроводы.

За исключением тех, где жидкость движется «самотеком» — под уклон J или под давлением из скважины J

·         Опрессовка повышенным давлением (гидроиспытания или стресс-тест) – проверенный временем метод, суть которого заключается в нагнетании в трубу, заполненную водой, воздуха под высоким давлением.

После этого проводится регистрация давления и осмотр целостности объекта (выявление участков разрушения). При разрушении в местах дефектов стенки труб происходит утечка воды – те данный метод контроля – разрушающий.. Технология пользуется популярностью благодаря невысокой себестоимости..

Существенный недостаток – невозможность определения потенциально опасных участков, которые не приведут к разрушению в процессе гидроиспытаний… Визуализировать удается только явное нарушение целостности.

В то же время подобные дополнительные нагрузки могут привести к стимулированию роста (страгиванию в рост) микротрещин, которые до этого не росли, что приведет к разрушению этих участков уже после гидроиспытаний.

·         Акустико-эмиссионное обследование и длинноволновый ультразвук – методы, требующие частого доступа к поверхности трубы для установки датчиков.

Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и применяется для выявления разных типов повреждений. Единственный, но существенный минус – невозможность оценки технического состояния там, где нет доступа к поверхности.

Вместе с тем существует универсальный инновационный метод, который дает возможность бесконтактно и без доступа к поверхности металла выявить потенциально опасные участки трубы с любыми дефектами металла и даже участки повышенных нагрузок – метод магнитной томографии (МТМ).

МТМ – основа современной диагностики

Магнитная томография – современный метод, который основывается на оценке напряженно-деформированного состояния металла трубопровода на всем протяжении. Его главная задача – выявление участков трубопровода с повышенным риском разрушения металла и возникновения аварийной ситуации.

Благодаря МТМ удается не только обнаружить участки с дефектами, но и вычислить параметры их работоспособности (надежности) – длительность срока безаварийной эксплуатации (гамма-процентный ресурс) и безопасное рабочее давление, а также коэффициент безопасной работы (расчетный ремонтный фактор)..

По параметрам изменения магнитного поля удается выявить концентраторы механических напряжений в той или иной части трубы и оценить степень этой концентрации (рассчитать коэффициент концентрации и величину локальных напряжений). При этом производится оценка степени опасности по критерию локальной нарузки.

  • Преимущество метода заключается в его высокой точности, отсутствии риска для трубопровода (метод не требует подготовки и присоединения к объекту, работая по принципу «пассивного приема). При помощи МТМ можно определить местонахождение и степень опасности таких дефектов, как:
  • ·         Производственный брак (в том числе наличие неметаллических включений, пор, расслоений, закатов, плен).
  • ·         Изменения геометрической формы (вмятины, гофры, волнистость стенки, овализация и коробления в результате потери устойчивости, которые появились в ходе эксплуатации).
  • ·         Появление коррозии или эрозии, которое далеко не всегда связано с нарушением целостности изоляционного покрытия.
  • ·         Трещиноподобные дефекты (риски, царапины, коррозионное растрескивание под напряжением — КРН) и трещины разного размера.
  • Этапы проведения обследования
  • Для выполнения всех необходимых стадий в брига достаточно трех человек (операторов). Диагностирование при помощи МТМ производится в несколько этапов:

·         Определение точного местоположения оси трубы. Для этого используется GPS или ГЛОНАСС система спутникого позиционирования, благодаря которой удается точно установить месторасположение всех наземных ориентиров: поворотов, кранов и задвижек, пересечений с другими коммуникациями, реками, дорогами,;маркеров, указателей и т.п.

·         Сканирование магнитного поля трубопровода. Выполняется с использованием программно-аппаратного комплекса — портативного магнитометра бесконтактного сканирующего. Вся записанная в память прибора информация позже переносится на ПК для программной обработки и расшифровки.

·         Предварительная обработка полученных данных, калибровка их по данным неразрушающего контроля в 1-2 точках доступа к поверхности металла (в шурфах) с дальнейшим проведением расчетов основных показателей.

·         После окончания полевых работ производится окончательный пересчет всех показателей (калибровка). На этом этапе определяется точное местоположение дефектных участков и степень риска возникновения аварийной ситуации с расчетными параметрами безопасности.

Функциональные возможности

МТМ обрел популярность в мире благодаря своей высокой практичности. Метод позволяет проводить диагностику практически на любой территории, в том числе для объектов, не подлежащих внутритрубной дефектоскопии.

Огромное преимущество метода – возможность оперативной диагностики без подготовки обследования. В среднем за один рабочий день удается провести диагностирование более до 5 км трубопровода. Кроме того, для проведения обследования требуется минимальное участие персонала и привлечения ресурсов владельца объекта.

При помощи МТМ удается не только выявить поврежденные участки, но и точно определить опасность дефектных участков с учетом их деформаций и нагрузок.

Магнитная томография дает возможность подобрать оптимальный путь планирования выборочного ремонта участков с рисками разрушения (перехода в предельное состояние). Благодаря высокой точности определения месторасположения и степени опасности удается рационально использовать ресурсы для проведения ремонтных работ – те МТМ является ресурсосберегающей технологией (Risk Based Inspection).

  1. Диагностика МТМ: ограничения технологии
  2. Метод магнитной томографии имеет некоторые ограничения:
  3. ·         Сигнал слабеет при удалении от основной оси трубы больше, чем на 15 диаметров трубопровода. Однако стандартная глубина заложения (заглубления в грунт) трубопроводов – 1,4 м и редко превышает величины 5-7 метров

·         При проведении диагностики намагниченного после производства или прохождения снарядов-дефектоскопов (MFL) участка трубопроводов может возникнуть «перебраковка» дефектов. Это связанно с высоким уровнем остаточной намагниченности металла.

·         При наличии больших магнитных масс (трубопроводов, постороннего металла или кабелей могут появиться помехи.

·         Минимальный диаметр труб составляет 100 мм (нормировано действующим нормативом).

Благодаря МТМ удается обеспечить надежность, безопасность эксплуатации и бесперебойность транспортирования продуктов по трубопроводной инфраструктуре, что очень выгодно в экономическом плане и гарантирует экологическую и энергетическую безопасность.

Регулярное проведение магнитной томографии позволяет предотвратить возникновение масштабных аварийных ситуаций. Кроме того, метод возводит планирование ремонтно-восстановительных работ или мониторинга на новый уровень.

На сегодняшний день большинство планов по ремонтным работам сводятся к проведению сплошного капитального или аварийного (на месте разрушения) ремонта. Оба варианта чрезвычайно затратны, а второй – еще и имеет крайне негативные социальные и экологические последствия.

Использование МТМ дает возможность рационально перераспределить ресурсы (риск-ориентированный RBI-подход) и направить деятельность на проведение профилактических локальных ремонтных работ, тем самым обеспечивая надежность всей трубопроводной инфраструктуры.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector