IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Актуальность темы

Диагностическое обеспечение – это комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла объекта.

Трубопроводный транспорт в настоящее время является наиболее экономичным видом транспорта нефти, газа и нефтепродуктов. Его бесперебойное и безопасное функционирование имеет первостепённое значение для всех жизненно важных отраслей экономики России. Цель работы

Изучить различные современные методы диагностики магистральных трубопроводов. Предложить собственные методы по повышения достоверности информации при диагностике магистральных трубопроводов. Проанализировать и сравнить имеющиеся в настоящий момент способы с новыми предложениями по данной тематике.

Методы исследования

Исследование выполнено с помощью теоретических методов. Теоретическое исследование выполнено на основе использования опыта, теории и накопленного экспериментального материала. Выводы сформулированы по результатам анализа литературы, патентов и интернет источников.

Задачи исследования

Произвести мониторинг литературных источников (книг, журналов, научных публикаций и интернет статей), определить основные направления данного вопроса и произвести патентный поиск с целью изучения современных методов диагностики для магистральных трубопроводов.

Глава 1 Литературный обзор современного состояния вопроса

1.1 Обзор технической литературы

Произведя обзор технической литературы можно найти такую информацию:

1. Гареев А.Г., Иванов И.А., Абдуллин И.Г. Прогнозирование коррозионно-механических разрушений магистральных трубопроводов.

В учебнике данного автора рассмотрен метод внутритрубной диагностики.представляет собой комплекс технологических операций, реализуемых путем пропуска внутри трубопровода специальных устройств (внутритрубных снарядов). Она позволяет проводить обследование линейной части трубопроводов на всем ее протяжении как в процессе эксплуатации, так и для решения задач послемонтажного контроля, выявлять различного типа несовершенства и строительные дефекты в стенках труб, являющиеся потенциальными причинами аварий и отказов, а также уточнить пространственное положение трубопровода без остановки транспорта. Современная концепция диагностирования базируется на применении «интеллектуальных» внутритрубных снарядов высокого разрешения 2-го или 3-го поколений.

В последнее время разработаны технологии внутритрубного контроля труднодоступных участков (например, пересечений, тройников и т.п.) с помощью приборных комплексов, размещенных на самоходных роботоризированных тележках — кроулерах, также выполняется визуальное обследование внутренней части трубопроводов и арматуры с помощью оптико-волоконных средств [3].

2) Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем.

Здесь рассмотрена акустическая томография.

Это интегральный экспресс-метод. Используется для технического диагностирования трубопроводов воды. Является продолжением технологии корреляционного течеискания. Выявляет аномалии по УЗК сигналам определенной частоты, излучаемым аварийно-опасными местами трубопроводов, распространяющимися в жидкой среде. Не отвечает напрямую на вопрос об остаточной толщине стенки или величине напряженности. Но позволяет определять с большой вероятностью опасные места по совокупности этих показателей.

Метод позволяет проводить диагностику участков до 200 м. при внутреннем диаметре от 80 мм. до 1,5 м. Для этого на концах участка на 3 минуты устанавливаются датчики. Производится запись. Программными средствами запись обрабатывается.

Методика хорошо проработана. Метод экономичен. Не требует изменения режима работы трубопровода. Требует доступ к трубопроводу только на концах участка- местах установки датчиков.

Ограничения использования метода связаны с наличием внешних шумов, заглушающих основной сигнал, а также с недостаточностью давления в трубопроводе. Кроме этого метод требует точного определения длины трубопровода.

Физические основы метода акустической томографии (АТ) основываются на известном физическом явлении эмиссии (излучении) сигналов зонами (интервалами) повышенных напряжений. К таким зонам относятся также и интервалы, на которых имеется утонение стенки трубы за счет коррозии.С помощью спектрального анализа указанный способ позволяет выделить относительно слабые сигналы эмиссии на фоне значительной зашумленности. С помощью корреляционного анализа осуществляется определение местоположения источника излучения (дефекта) и по значению функции взаимной корреляции производится оценка уровня напряжений.

Явление эмиссии можно понять на примере колебаний локального дефекта на трубе в виде равномерного утонения стенки трубы, имеющего определенную длину вдоль оси трубы и охватывающего часть поверхности по сечению. Указанное утонение является колебательным элементом – мембраной, с определенными свойствами – частотой собственных колебаний. Указанная частота зависит от соотношения толщин исходного и утоненного металла, поверхностного размера мембраны.

Силовым фактором, приводящим к колебаниям мембраны-дефекта, является пульсация давления в воде-теплоносителе, вызванная работой насосов подпитки и процессом тока воды – турбуленцией. Пульсация давления представляет собой последовательность отдельных импульсов давления, имеющих определенную частоту. Когда частота импульса давления близка или совпадает с собственной частотой вибрации дефекта, возникает явление резонанса – колебание дефекта с наибольшей амплитудой. Этот процесс сопровождается эмиссией волн колебаний в металл трубы и воду. В методе АТ рассматриваются только волны, распространяющиеся по воде.

Рисунок 1 – Сигнал акустической томографии

Теоретические оценки показали, что сигналы частотой около 1000 Гц генерируют дефекты на трубе с линейным размером 20-30 см. В методе АТ рабочий диапазон частот составляет от 400 до 3000 Гц, что позволяет зафиксировать сигналы от дефектов размером от нескольких сантиметров до имеющих значительные линейные размеры.

Обязательным условием использования метода является наличия давления в воде более 0,25 МПа и тока воды, обеспечивающих не только «силу» удара по дефекту, но и соответствующую частотную характеристику.

В рассмотренном примере утонение стенки трубы в виде мембраны описывает явление эмиссии сигналов дефектами, вызванными утонением стенки трубы за счет коррозии. Однако в теоретическом решении о колебаниях этой и сходных систем запись уравнения колебаний осуществляется через деформации в металле, а для упругой среды это равносильно напряжениям. Причем основной вклад вносит градиент напряжений, т.е. интервалы повышенных напряжений.

Использование метода производится в соответствии с СО 153-34.0-20.673-2009.

В настоящее время для этого метода применяется следующее оборудование: Синхронный регистратор акустических сигналов "Каскад-2".

1.2 Обзор по публикациям

Произведя обзор современных журналов по данному вопросу, найдены статьи:

1. В журнале "Красная линия", №6, апрель 2005 рассматриваются различные методы диагностики магистральных трубопроводов.

Корреляционный метод. Он используется на сложных зашумленных участках на городских и заводских территориях. Корреляционные течеискатели типа «Коршун», «Кондор» и «Теакорр» — дорогие и сложные приборы, для работы с которыми необходимо создавать специально обученную группу. Их основное преимущество, по сравнению с работой акустическими приборами, в том, что датчики подсоединяются к трубопроводу только в двух точках, а при других методах идет диагностирование трубопровода по всей длине. В результате обработки сигналов определяется расстояние до утечки от одного из датчиков. Этот метод более эффективен в поиске утечек при канальной прокладке трубопровода. Вероятность обнаружения утечек составляет 50—90 %. Основная проблема, возникающая при работе корреляционным методом, состоит в том, что он более чувствителен к внутренним неоднородностям в трубах (посторонним предметам, изгибам, отводам, деформации, резкому изменению диаметра), чем акустический.

Расчетно-аналитический – один из наиболее эффективных методов поиска утечек из трубопроводов. Автор статьи Равиль Раянов будучи начальником ЖЭУ-5 ОАО «Коломзавод», самостоятельно разработал этот метод и с успехом применял его на практике. Он используется в тех случаях, когда произвести приборное обследование трубопроводов не представляется возможным. К таким объектам можно отнести, например, федеральную автомобильную трассу с интенсивным движением (Рисунок 2).

Рисунок 2 – Федеральная автомобильная трасса

Предположим, оказалось, что колодец № 1 сухой, а колодец № 2 заполнен горячей водой (t = 60 °С), из чего можно сделать вывод об утечке теплоносителя. В этом случае следует закрыть задвижку на трубопроводе прямой подачи теплоносителя в колодце № 1 и откачать воду из колодца № 2. Затем в колодец № 1 направить слесаря, который по команде должен открыть предварительно закрытую задвижку. Для расчетов используется известная формула S = V х t, где S расстояние между колодцами, V — скорость, t — время. Мастер в колодце № 2 (после откачки воды) открывает на трубе подачи теплоносителя спускной кран. По команде мастера слесарь открывает задвижку в колодце № 1, а мастер в это время запускает секундомер, которым фиксирует время t1 прохождения потока теплоносителя между колодцами. Далее мастер фиксирует время поступления теплоносителя непосредственно в колодец, что произойдет с некоторым запозданием на величину t2.

Скорость V1= S/t1. Соответственно, скорость поступления теплоносителя через свищ в трубопроводе до колодца № 2 будет рассчитываться по формуле V2= S / t2. Разница во времени прихода теплоносителя через спускной клапан и через свищ в колодец № 2 равна t3 = t2 – t1. Таким образом, расстояние до места разгерметизации трубопровода определяется как

S2 = V2t3.

Метод достаточно прост, и по-другому найти место свища невозможно. Именно этим расчетно-аналитическим методом можно обнаружить самые безнадежные утечки.

1.3 Обзор по научным работам

В диссертации на тему «Акустические методы и средства неразрушающего контроля и дистанционной диагностики трубопроводов» – автор научной работы кандидат технических наук: Потапов Иван Анатольевич.

Работа направлена на совершенствование акустических методов неразрушающего контроля и диагностики физико-механических характеристик и дефектов трубопроводов из полимерных композиционных материалов (ПКМ) и коррозионного состояния трубопроводов из металлов, на повышение эксплутаци-онной надежности трубопроводов тепловых сетей путем создания и разработки эффективных методов и средств диагностики и контроля коррозионной стойкости и герметичности трубопроводов на стадиях проектирования, изготовления, эксплуатации и ремонта.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Разработана физико-математическая модель ультразвукового неразрушающего контроля многослойных изделий из ПКМ с резиновым покрытием, пригодная для практических исследований процесса контроля и определения оптимальных параметров ультразвукового тракта;

2. решена задача моделирования процесса возбуждения упру1их волн и их распространения волн вдоль изогнутой поверхности в многослойных трубах из ПКМ с резиновым покрытием;

3. В результате исследования распространения упругих волн Лэмба в многослойных изделий из ПКМ с резиновым покрытием установлено, что достоверно выявляются дефекты типа нарушений сплошности (например, трещина) на расстояниях до 3/8Н от центра сигнала.

Результаты автора по проведенным исследованиям:

1. В результате проведенных исследований была разработана новая физическая концепция, в основу которой была положена идея последовательного использования метода возбуждения и анализа параметров распространения бегущих волн Лэмба. При этом, информативным параметром является фазовая скорость, регистрация которой позволяет измерять изменение толщины стенки трубы, вызванное коррозией, в реальном масштабе времени.

2. Последовательное использование низкочастотного эхо-импульсного метода, для обнаружения различных дефектов (рисок, трещин, непроваров, раковин и т.п.) на всем протяжении трубопровода. Информативными параметрами в этом методе являются параметры отраженных эхо-сигналов. Использование указанною метода стало возможным, т.к. были разработаны принципиально новые пьезоэлектрические излучатели.

3. Последовательное использование пассивного акустико-эмиссиопного метода, направленного на исследование кинетических коррозионных процессов, а также обнаружение нарушения герметичности в случае аварийных ситуаций и определение координат акустико-эмиссионных источников. Принципиальное решение было найдено за счет разработки раздельно-совмещенных пьезоэлектрических преобразователей (короткоимпульсного излучателя и широкополосною приемника). При этом, излучатель и приемник конструктивно расположены в одном корпусе. Прозвучивание (прослушивание) всей поверхности трубопровода (или ею отдельного участка) достигается за счет того, что раздельно-совмещенные пьезопреобразователи размещаются на поверхности металлической трубы по винтовой линии по всей ее длине, что позволяет выборочно возбуждать любой излучатель и анализировать параметры распространения упругих волн серией приемников. Такое расположение раздельно-совмещенных преобразователей позволяет также определять пространственно-временные координаты акустико-эмиссионных источников без использования калибровочных стержневых мер.

Глава 2 Патентные исследования

Патентные исследования - это целый комплекс мероприятий, выполняемых разработчиком для выявления путем сопоставления определенных признаков и показателей разрабатываемого объекта техники с показателями аналогичных по назначению и функционированию объектов, содержащихся в патентных и других источниках информации.

Патентный поиск - это процесс отбора соответствующих запросу документов или сведений по одному или нескольким признакам из массива патентных документов или данных, при этом осуществляется процесс поиска из множества документов и текстов только тех, которые соответствуют теме или предмету запроса.

Патентный поиск осуществляется посредством информационно-поисковой системы и выполняется вручную или с использованием соответствующих компьютерных программ, а так же с привлечением соответствующих экспертов. К достоинствам данного вида поиска следует отнести, прежде всего, подтвержденную патентной экспертизой достоверность, новизну и практическую полезность содержащихся в ней сведений. Важно отметить подробность описаний изобретений, сопровождаемых необходимыми графическими материалами в виде чертежей, схем и графиков.

В общем случае содержание патентных исследований может составлять следующее:

— исследование требований потребителей к продукции и услугам;

— обоснование конкретных требований по совершенствованию существующей и созданию новой продукции и технологии, а также организации выполнения услуг; обоснование конкретных требований по обеспечению эффективности применения и конкурентоспособности продукции и услуг; обоснование проведения необходимых для этого работ и требований к их результатам;

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой МАХП Сарилов М. Ю.

« 01 »сентября 2016 г.

ЗАДАНИЕ № ОН1

на проведение патентных исследований

Наименование работы (темы) перспективные методы диагностики магистральных трубопроводов

__________________ шифр работы (темы) ___3ОН1________________________________

Этап работы курсовое проектирование, сроки его выполнения 01.09.2016 – 22.12.2016

Задачи патентных исследований: нахождение аналогов и прототипов по данной тематике,

их анализ, нахождение их достоинств и недостатков

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Виды патентных исследований	Подразделения-исполнители (соисполнители)	Ответственные исполнители (Ф.И.О.)	Сроки выполнения патентных исследований. Начало. Окончание	Отчетные документы
Патентный поиск на тему «перспективные методы диагностики магистральных трубопроводов»	www.fips.ru www.viniti.msk.su	Козадаев Н.Ю.	1.09.2016- 18.11.2016	Заполнение таблицы 6.1 – Патентная документация
			18.11.2016- 1.12.2016	Заполнение таблицы 6.2 – Научно- техническая и нормативная документация
			1.12.2016- 22.12.2016	Заполнение таблицы 6.3 – Тенденции развития объекта исследования

Руководитель ___________ Т.И. Башкова _______________

патентного подразделения ^{личная подписьрасшифровкадата}

^{подписи}

Руководитель подразделения ___________ М.Ю. Сарилов _______________

исполнителя работы ^{личная подписьрасшифровкадата}

^{подписи}

К заданию № ОН1 от 01. 09. 2016 г.

2.2 Регламент патентного поиска

Студенту Козадаеву Никите Юрьевичу

Группы 3ОНб-1 по теме

Перспективные методы диагностики магистральных трубопроводов

Стадия Курсовое проектирование

Цель поиска информации: изучение технического уровня и тенденций развития объекта разработки. Обоснование регламента поиска: Патентные исследования являются обязательной, необъемлемой и составной частью при выполнении научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектно-конструкторских работ. Такой же обязательной частью они становятся сегодня при выполнении курсовых и дипломных проектов, так как дипломные работы представляют собой одну из составляющих вышеперечисленных этапов. Предмет поиска представляет собой устройство в целом в соответствии с заданием на дипломное проектирование, классификационные рубрики определены по ключевым словам, характеризующим объект разработки, страны поиска определены в результате проведения предварительного поиска по журналам и являются ведущими в данной отрасли техники, глубина поиска достаточна для определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки, источники информации соответствуют минимуму технической документации, которую необходимо просмотреть с целью определения технического уровня и тенденций развития объекта разработки.

Руководитель подразделения исполнителя М.Ю. Сарилов

Подпись ____________

Руководитель патентного подразделения Т.И. Башкова

Подпись ___________

2.3 Фомы отчета о патентном поиске

1 Поиск проведен в соответствии с заданием ОН1 от 01.09. 2016 г. и Регламентом поиска № 3ОНб1.2. от 01.09.2016 г.

2 Начало поиска 01.09 2016 г. Окончание поиска _22.12.2016 г.

3 Сведения о выполнении регламента поиска (указывают степень выполнения регламента поиска, отступления от требований регламента, причины этих отступлений)

4 Предложения по дальнейшему проведению поиска и патентных исследований

5 Материалы, отобранные для последующего анализа:

Таблица 2.1 - Патентная документация

Предмет поиска (объект исследования, его составные части)	Страна выдачи, вид и номер охранного документа. Классификационный индекс*	Заявитель (патентообладатель), страна. Номер заявки, дата приоритета, конвенционный приоритет, дата публикации*	Название изобретения (полной модели, образца)	Сведения о действии охранного документа или причина его аннулирования (только для анализа патентной чистоты)
Перспективные методы диагностики магистральных трубопроводов	Патент РФ 2497074 G01В 11/25 G02В 23/24 G01N 21/954	ТюмГНГУ (RU) 2012118451/28 03.05.2012	УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СТЕНКИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ МУАРОВЫМ МЕТОДОМ	Действует до 30.12. 2022 г.
Перспективные методы диагностики магистральных трубопроводов	Патент РФ 2333506 G01S S/02	ООО "Аэрокосмический мониторинг и технологии" (RU) 2007119600/09 10.09.2008	Метод мониторинга опасных участков магистральных трубопроводов	Действует до 21.10. 2017 г.
	Патент РФ 2445594 G01М 3/24 F17D S/02 Патент РФ 2539603 F17D S/06 G01N 29/04	Открытое акционерное общество "Газпром" (RU) 2010137041/28 20.03.2012 Лебедев Андрей Вадимович (RU),Авербах Вячеслав Саввич (RU) 2013135891/06 20.01.2015	Перспективный метод диагностики магистральных трубопроводов Метод ранней диагностики магистральных трубопроводов и предотвращение процесса его разрушения	Действует до 30.10. 2023 г. Может прекратить свое действие

Таблица 2.2 – Научно-техническая, конъюнктурная, нормативная документация и материалы государственной регистрации (отчеты о научно-исследовательских работах)

Предмет поиска	Наименование источника информации с указанием страницы источника	Автор, фирма (держатель) технической документации	Год, место и орган издания (утверждения, депонирования источника)
Перспективные методы диагностики магистральных трубопроводов	www.fips.ru стр. 1	Кучерюк Виктор Иванович (RU),Тальнишних Алексей Георгиевич (RU)	03.05.2012
	www.viniti.msk.su стр.2	Машуров Сергей Сэмович (RU),Захаров Александр Иванович (RU),Красногорский Михаил Георгиевич (RU)	28.05.2007
	www.fips.ru стр.2	Аносов Виктор Сергеевич (RU),Бродский Павел Григорьевич (RU),Воронин Василий Алексеевич (RU),Димитров Владимир Иванович (RU),Леньков Валерий Павлович (RU)	03.09.2010
	www.fips.ru стр.1	Лебедев Андрей Вадимович (RU),Авербах Вячеслав Саввич (RU)	30.07.2013

Таблица 2.3 – Тенденции развития объекта исследования

Выявленные тенденции развития объекта исследования	Источники информации	Технические решения, реализующие тенденции
		в объектах организаций (фирм)	в исследуемом объекте
Повышение достоверности информации при диагностике	Патент РФ 2497074	НПЗ, хим. производства	Изобретение может быть использовано для определения геометрических несовершенств стенки магистральных и напряженно-деформированного состояния трубопроводов .Устройство содержит фотокамеру, проектор и компьютер, соединенные между собой контроллером, установленным на платформу. Фотокамера и проектор установлены на площадке, имеющей возможность вращаться посредством шагового электродвигателя, связанного с контроллером. Фотокамера способна совершать вращательные движения за счет шагового электродвигателя, установленного на площадку и связанного с контроллером. Площадка соединена с платформой, имеющей возможность совершать поступательные движения внутри трубопровода посредством электропривода с колесами, связанного с контроллером.
Своевременное выявление опасных участков в трубопроводах Повышение эффективности диагностики магистральных трубопроводов Своевременное обнаружение дефектов в трубопроводах	Патент РФ 2333506 Патент РФ 2445594 Патент РФ 2539603	НПЗ Энергетика НПЗ НПЗ	Достигаемым техническим результатом является повышение безопасности эксплуатации магистральных газопроводов, железных и автомобильных дорог. Заявленный способ включает радиолокационное космическое зондирование земной поверхности с помощью установленного на космическом аппарате радиолокационного интерферометра, при этом предварительно выявляют опасные в карстовом и оползневом отношениях зондируемые районы, создают цифровые матрицы рельефа почвенного контроля и полей когерентности на выявленные опасные районы, выделяют внутри выявленных опасных районов активные участки и фиксируют на них изменения рельефа, после чего по периметру и в центральной зоне этих участков производят определенным образом установку и закрепление на жестком, связанным с грунтом, основании пассивных искусственных отражателей радиолокационного сигнала и выполняют периодический контроль изменений положения отражателей и рельефа почвенного покрова участков. Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и направлено на повышение безопасности эксплуатации морских нефтегазовых терминалов, что обеспечивается за счет того, что достигается за счет того, что внешнюю поверхность трубопровода, уложенного на дно, зондируют гидроакустическими сигналами, концентрацию метана в газовом облаке определяют посредством датчика метана, путем измерения величины изменения активного слоя датчика метана при диффузии молекул углеводородов из морской воды через силиконовую мембрану, определяют закономерности распределения плотности скопления пузырьков газа по глубине, путем распределения диапазона на слои с вычислением плотности скопления пузырьков газа для каждого слоя по глубине, выполняют оценку количественных характеристик разреженных газовых скоплений. При этом количество приемных станций удовлетворяет условию заполнения исследуемой области вдоль трассы трубопровода, передачу информации от приемных станций на пульт управления, на каждой приемной станции измеренные значения параметров океана преобразуют в цифровые коды, формируют цифровое сообщение, содержащее номер приемной станции и измеренные значения параметров атмосферы, океана в цифровой форме, генерируют высокочастотное колебание на несущей частоте, манипулируют его по фазе цифровым сообщением и сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией усиливают по мощности и излучают в эфир. Изобретение относится к неразрушающему контролю магистральных трубопроводов. В диагностируемый магистральный нефтепровод помещают внутритрубный снаряд-одометр, снабженный источником изотропного акустического излучения, линейкой приемников гидрофонов и бортовым микрокомпьютером. С помощью изотропного акустического источника излучают акустическую волну с частотой и амплитудой, задаваемыми бортовым микрокомпьютером, при этом с помощью линейки гидрофонов и микрокомпьютера непрерывно регистрируют поле давления на оси z нефтепровода относительно источника изотропного акустического излучения. По результатам этих измерений диагностируют изменение местоположения первого интерференционного минимума давления относительно источника изотропного акустического излучения. После чего привязывают эти данные к координатам по оси z относительно точки ввода снаряда-одометра внутрь нефтепровода и на основе полученных данных судят о целостности грунта, окружающего нефтепровод. Способ позволяет осуществить раннюю диагностику нарушения целостности грунта вокруг магистрального нефтепровода и предотвратить процесс его разрушения.

2.4 Анализ достоинств и недостатков найденных аналогов и прототипов

В патенте РФ 2572601 основным достоинством перед другими используемыми методами в настоящее время является то, что устройство содержит фотокамеру, проектор и компьютер, соединенные между собой контроллером, установленным на платформу, тем самым значительно повышая точность измерения геометрических несовершенств стенки магистральных трубопроводов, что отпличается от метода принятого за прототип.

Патент РФ 2333506 интересен тем, что данный метод включает радиолокационное космическое зондирование земной поверхности с помощью установленного на космическом аппарате радиолокационного интерферометра, при этом предварительно выявляют опасные в карстовом и оползневом отношениях зондируемые районы, создают цифровые матрицы рельефа почвенного контроля и полей когерентности на выявленные опасные районы, выделяют внутри выявленных опасных районов активные участки и фиксируют на них изменения рельефа.

В патенте РФ 2445594 предлагается повышение безопасности эксплуатации морских нефтегазовых терминалов, что обеспечивается за счет того, что достигается за счет того, что внешнюю поверхность трубопровода, уложенного на дно, зондируют гидроакустическими сигналами, концентрацию метана в газовом облаке определяют посредством датчика метана, путем измерения величины изменения активного слоя датчика метана при диффузии молекул углеводородов из морской воды через силиконовую мембрану, определяют закономерности распределения плотности скопления пузырьков газа по глубине, путем распределения диапазона на слои с вычислением плотности скопления пузырьков газа для каждого слоя по глубине, выполняют оценку количественных характеристик разреженных газовых скоплений.

В патенте РФ 2539603 предлагается осуществить раннюю диагностику нарушения целостности грунта вокруг магистрального нефтепровода и предотвратить процесс его разрушения путем помещения в диагностируемый магистральный трубопровод внутритрубного снаряда-одометра, снабженного источником изотропного акустического излучения, линейкой приемников гидрофонов и бортовым микрокомпьютером.

Глава 3 Основы диагностики магистральных трубопроводов

3.1 Современный методы диагностики труб

Следует иметь в виду, что каждый из существующих методов диагностики позволяет выявить лишь частные параметры тех или иных дефектов объекта, а не дифференцированно оценить техническое состояние объекта. Наибольшее распространение получили методы диагностики, базирующиеся на непосредственном выявлении и оценке повреждений, либо на основе регистрации изменений физических параметров среды непосредственно связанных с изменениями технического состояния. Такие методы можно условно разделить на следующие основные группы: внутритрубные, контактные, дистанционные, автоматизированные [23].

Внутритрубная диагностика (внутритрубная инспекция) представляет собой комплекс технологических операций, реализуемых путем пропуска внутри трубопровода специальных устройств (внутритрубных снарядов).

Она позволяет проводить обследование линейной части трубопроводов на всем ее протяжении как в процессе эксплуатации, так и для решения задач послемонтажного контроля, выявлять различного типа несовершенства и строительные дефекты в стенках труб, являющиеся потенциальными причинами аварий и отказов, а также уточнить пространственное положение трубопровода без остановки транспорта.

Современная концепция диагностирования базируется на применении «интеллектуальных» внутритрубных снарядов высокого разрешения 2-го или 3-го поколений.

В последнее время разработаны технологии внутритрубного контроля труднодоступных участков (например, пересечений, тройников и т.п.) с помощью приборных комплексов, размещенных на самоходных роботоризированных тележках — кроулерах, также выполняется визуальное обследование внутренней части трубопроводов и арматуры с помощью оптико-волоконных средств применении «интеллектуальных» внутритрубных снарядов высокого разрешения 2-го или 3-го поколений.

Диагностика металла труб, сварных соединений и изоляционного покрытия на стадиях входного строительного контроля в процессе строительства и в шурфах относится к контактным методам.

Дистанционный метод основан на диагностике с применением приборов

неразрушающего контроля. На особо ответственных участках трубопроводов, требующих постоянного контроля, в процессе строительства должны монтироваться автоматизированные системы телеметрического комплекса для получения информации о действительных условиях эксплуатации трубопровода и его взаимодействии с окружающей средой. К ним можно отнести системы акустической эмиссии (АЭ), «интеллектуальные» вставки на основе тензорезисторов, датчики систем коррозионного мониторинга «Пульсар» и др.

Автоматизированными системами телеметрического комплекса получения информации могут быть оборудованы участки примыкания к «высокой» стороне компрессорных и насосных станций, сложные дюкерные и надземные переходы, подземные участки газопроводов, расположенные на льдистых вечномерзлых грунтах, и другие ответственные участки трубопроводных систем [20].

Температурное поле в грунтах в полосе трассы газопроводов под влиянием строительства и эксплуатации существенно изменяется.

В зависимости от первоначальных мерзлотных условий эти изменения могут привести и к увеличению глубины сезонного оттаивания, и к многолетнему их протаиванию, а в некоторых случаях — к многолетнему промерзанию пород вокруг газопровода. С целью изучения температурного поля грунтов вокруг газопроводов, уложенных подземным, открытым наземным способами, а также в насыпи, ведут режимные наблюдения в скважинах, расположенных на термометрических поперечниках через всю полосу трассы [19].

Аэрокосмический мониторинг (АКМ) — комплекс исследований поверхности Земли и объектов трубопроводных систем, осуществляемый с помощью различных космических аппаратов, самолетов и вертолетов путем регистрации собственного и отраженного электромагнитного излучения природных и техногенных объектов приемными устройствами с последующей обработкой, интерпретацией и анализом полученных данных.

Технологии, основанные на применении дистанционного зондирования,

позволяют обнаруживать проблемные участки прокладки трубопроводов:

В последнее время наибольшее распространение в АКМ получает метод орбитальной радиолокации. Современные орбитальные локаторы по разрешениюприближаются к оптическим средствам, но не зависят от наличия облачности.

Использование многозональной (гиперспектральной) фотосъемки и многочастотной радиолокации обеспечивает обнаружение и позиционирование

скрытых подпочвенных объектов искусственного (как газопроводы) и естественного (как карсты) происхождения.

Стереофотограмметрия — одновременная обработка снимков, образующих стереопары, позволяет получать объемные изображения объектов, их высотное положение, видеть и измерять элементы рельефа. Цифровая фотограмметрия позволяет также осуществлять ортотрансформирование снимков (приведение к плановому виду и др.), их координатную привязку (по реперам на снимках или по данным GPS-измерений в процессе съемки), преобразование снимков в заданную проекцию, наложение фото- и инфракрасных изображений и т.д. Далее, используя методы цифровой фотограмметрии, по снимкам осуществляются инструментальное и визуальное дешифрирование трасс и элементов трубопроводов, природно-ландшафтное и ландшафтно-геологическое дешифрирование местности.

Хорошо согласуется с методами дистанционного зондирования метод геопозиционирования с использованием систем спутниковой навигации (GPS).

Малые размеры и вес, простота, точность и производительность GPS таковы, что их можно использовать как некоторое расширение существующих технологий обследования без значительного повышения стоимости обследования.

Геоинформационные системы (ГИС) фактически являются разновидностью баз данных, хранящих, помимо прочего, пространственные координаты объекта. Они также очень близки к системам инженерной графики (типа AutoCAD) и векторным графическим редакторам (типа CorelDraw)

Диагностика металла труб, сварных соединений и изоляционного покрытия на стадиях входного строительного контроля в процессе строительства и в шурфах относится к контактным методам.

Дистанционный метод основан на диагностике с применением приборов

неразрушающего контроля. Данный метод основан на получении информации в виде электрических, световых, звуковых и других сигналов о качестве проверяемых объектов при взаимодействии их с физическими полями (электрическим, магнитным, акустическим и др.) и (или) веществами без нарушения размеров, формы и структуры материала.

Важными критериями при этом являются физические, геометрические и функциональные показатели, а также технологические признаки качества, например, отсутствие недопустимых дефектов типа нарушения сплошности материала, соответствие физико-механических свойств и структуры основного материала и покрытия, геометрических размеров и чистоты обработки поверхности требуемым технической документацией и др.

Если с помощью снарядов-дефектоскопов можно добиться высокой производительности обследования газопроводов при невысокой достоверности оценки параметров дефектов, то при обследованиях методами локальной диагностики достигается более высокий уровень выявляемости и идентификации дефектов, а также выполняется классификация дефектов по степени их опасности [19].

Аэрокосмическая автоматизированная съемка трасс магистральных трубопроводов с использованием цветной, многозональной, инфракрасной, радиочастотной и других методов съемки позволяет оценить состояние и динамику развития геологических и биологических процессов на проектируемых и существующих трассах (обводнение, осушение, изменение покрова и др.), а так-же выявить наличие и состояние имеющихся инженерных сооружений, дорог, насыпей, трубопроводов и др.

В последнее время наибольшее распространение в АКМ получает метод орбитальной радиолокации. Современные орбитальные локаторы по разрешению приближаются к оптическим средствам, но не зависят от наличия облачности.

Из вышесказанного можно сделать объективный вывод, что техническая

диагностика магистральных трубопроводов является весьма надежным, достоверным и экономически оправданным методом профилактики отказов и

аварий. Обладающая большими потенциальными возможностями техническая

диагностика по праву займет ведущее место в системе управления любого

строительного и эксплуатационного предприятия [19].

3.2 Предлагаемый перспективный метод диагностики магистрального трубопровода

Накопленный экспериментальный материал позволяет уже сегодня на этапах строительства и проектирования трубопроводов осуществлять ряд практических мер, которые существенно снижают вероятность образования и развития отказов.

Предлагается новый перспективный метод бесконтактной магнитометрии. Он основан на исследовании распределения магнитного поля трубы. Он позволяет по аномалиям в напряженности магнитного поля локализовать возможные очаги коррозионных и механических повреждений без отрытия шурфов. Метод основан на использовании собственного магнитного поля, генерируемого трубопроводом под действием динамико-механических нагрузок, вызываемых статическим и пульсирующим давлением газа. При этом измерение параметров магнитного поля может фиксироваться как в режиме эксплуатации газопровода, так и при отсутствии в нем давления газа, например, при производстве ремонтно-восстановительных работ.

Рисунок 3 – Прибор для обнаружения дефектов бесконтактным методом:

1 — тележка; 2 — блок датчиков; 3 — электронный блок; 4 —аккумулятор;

5 — обследуемый газопровод

Метод, осуществляя ранний контроль состояния трубопроводов различного назначения, позволяет находить аномальные участки на стадии зарождения структурных изменений в металле, чем существенно отличается от традиционных методов неразрушающей диагностики.

Необходимо отметить, что без вскрытия газопровода удается выявить только часть дефектных участков (50...80 %), на которых диагностические признаки явно наблюдаются с поверхности земли или имеются крупные дефекты, обнаруженные снарядом-дефектоскопом. Если с помощью снарядов дефектоскопов можно добиться высокой производительности обследования трубопроводов при невысокой достоверности оценки параметров дефектов, то при обследованиях участков газопроводов в шурфах методами локальной диагностики достигается 100 % уровень выявляемости и идентификации дефектов, а также выполняется классификация дефектов по степени их опасности [17].

Заключение

Повышение надежности и безопасности такого сложного образования,

как система магистрального трубопроводного транспорта России, возможно

только при условии разработки системы независимой экспертизы проектно конструкторской документации и поэтапного контроля на стадии строительства и реконструкции трубопроводов, совершенствования технологии приемо сдаточных испытаний.

Для повышения надежности трубопроводных систем необходимо создание широкой сети специализированных лабораторий и центров (в т. ч. центров независимой экспертизы), на которые следует возложить следующие функции:

1. Организации входного контроля труб большого диаметра, труб нефтяного сортамента, соединительных деталей отечественного и зарубежного производства;

2. Анализа технологии производства и контроля за качеством на заводах изготовителях в отношении их влияния на качество труб, соединительных деталей и разработки предложений по их совершенствованию, участию в расследовании аварий труб, соединительных деталей на газопроводах и др.

1. Эксплуатационным и строительным подрядным организациям необходимо, в первую очередь, уделить внимание повышению технологической дисциплины персонала: соблюдению ими правил технической и безопасной эксплуатации объектов, технологии строительства и эксплуатации.

На сегодняшний день требуется объединение усилий ученых и специалистов нефтегазовых компаний, органов технологического надзора, отраслевых и академических институтов и других организаций с целью повышения надежности трубопроводного транспорта.

Обеспечению надежности и диагностики трубопроводных систем посвящены многие исследования, однако во всех разработках надежность достигается путем решения организационно-технологических задач в процессе выполнения строительно-монтажных работ или увеличения конструктивных характеристик в процессе проектирования.

Вопросы контроля качества и диагностирования поднимаются исследователями очень редко или обходятся стороной.

Список использованных источников

1 Новиков В.Ф., Яценко Т.А., Бахароев М.С. Зависимость коэрцитивной силы малоуглеродистых сталей от одноосных напряжений // Дефектоскопия. 2001. № 11. С. 51—57.

2 Мясников В.А. Оценка параметров конструктивной надежности длительно эксплуатируемых трубопроводов Западной Сибири : автореф. ... канд. техн. наук. — Тюмень : Изд-во «Нефтегазовый университет», 2004. 35 с.

3 Гареев А.Г., Иванов И.А., Абдуллин И.Г. Прогнозирование коррозионно-механических разрушений магистральных трубопроводов // Научный, технический, социальный вклад газовиков ХХ века в развитие научно-технического прогресса. М. : РАО «Газпром», предприятие «Сургутгазпром». 1997. 169 с.

4 Савеня С.Н., Савеня А.А. Методы диагностики стресс-коррозионных повреждений трубных сталей // Вестник ВолгГАСУ. Сер. : Техн. науки. 2006. — Вып. 6 (20). С. 44—47.

5 Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Мостовой А.В. Диагностика коррозионного растрескивания трубопроводов. Уфа : Гилем, 2003. 99 с.

6 Гусаков А.А. Организационно-технологическая надежность строительного производства. М. : Стройиздат, 1974. 254 с.

7 Иванцов О.М. Надежность строительных конструкций магистральных трубопроводов. М. : Недра, 1985. 231 с.

8 Абрамян С.Г., Атопов В.И., Горонкина Т.М. Обеспечение экологической надежности строительного производства: учеб. пособие ; ВолгГАСА. — Волгоград, 2000. 82 с.

9 Лубенский С.А. Обследование и ремонт магистральных газопроводов, подверженных КРН // Семинар по коррозионному растрескиванию трубопроводов под напряжением. М. : ИРЦ Газпром, 1999. С. 132—142.

10 Инструкция по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов. СТО Газпром. М. : ВНИИГАЗ, 2006. 126 с.

11 Киченко С.Б. Метод оценки степени опасности локальных дефектов на поверхности трубопроводов // Безопасность труда в промышленности. 2001. № 6. С. 9—11.

12 Диагностика технического состояния газопроводов. Стандарат предприятия. Методика комплексного обследования участков магистральных газопроводов по результатам пропуска внутритрубного дефектоскопа / СТП 8828-160-01. Ухта, 2001. 166 с.

13 Гетман А.Ф. Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации сосудов и трубопроводов давления. СПб : Изд. дом «Питер», 2001. 288 с.

14 Полянский Р.П. Трубы для нефтяной и газовой промышленности за рубежом. М. : Недра, 1979. 216 с.

15 Канайкин В.А., Патраманский Б.В., Лоскутов В.Е. Опыт эксплуатации и техничекой диагностики магистральных газопроводов с дефектами КРН // Материалы совещания ОАО «Газпром». М. : ИРЦ Газпром, 2002. С. 122—134.

16 Абдуллин И.Г., Гареев А.Г., Мостовой А.В. Коррозионно-механическая стойкость нефтегазовых трубопроводных систем. Уфа : Гилем, 1997. 177 с.

17 Клюев В.В., Матвеев В.Б. Неразрушающий контроль и диагностика : Справочник. М. : Машиностроение, 1998. 656 с.

17 Инструкция по магнитному контролю линейной части магистральных газопроводов / ВРД 39-1.11-021—2001 М. : ВНИИГАЗ, 2001. 86 с.

18 Галиуллин З.Т. Переиспытание и комплексное обследование магистральных газопроводов, подверженных стресс-коррозии // ОИ Сер. : Транспорт и подземное хранение газа. М. : ИРЦ Газпром, 1996. 35 с.

19 Бутиков Ю.А., Чура Н.И., Широченский С.И. Современные дистанционные методы и аппаратура контроля утечек // ОИ Сер. : Автоматизация, телемеханизация и связь в газовой промышленности. М. : ИРЦ Газпром, 1995. 43 с.

20 Лапынин Ю.Г., Люкшин И.В., Савеня С.Н. Диагностика трубопровода на стадии зарождения дефекта // Альманах Волгоградского отделения международной академии авторов научных открытий и изобретений. Волгоградское изд. Госуниверситета, 2005. С. 256—266.

21 Лапынин Ю.Г., Савеня А.А., Савеня С.Н. Оптико-телевизионные системы для диагностики дефектов металла нефтегазовых сооружений // Альманах Волгоградского отделения международной академии авторов научных открытий и изобретений. Волгоградское изд. Госуниверситета, 2006. С. 196—198.

22 Халимов А.Г. Техническая диагностика и оценка ресурса трубопроводов и аппаратов Алма-Ата : Наука. 2001. 410 с.

23 Форрест П. Усталость металлов. М. : Машиностроение, 1968. 352 с.

 

2

 

Код для цитирования: Скопировать