Документ Microsoft Office Word

ВНУТРИТРУБНАЯ ДИАГНОСТИКА ВМЯТИН СНАРЯДАМИ ДЕФЕКТОСКОПА.

В этом разделе приводится описание новой техноло­гии определения параметров и размеров вмятин, ко­торую разработала группа ROSEN на основе своего двадцатилетнего опыта работы в области внутритрубной ди­агностики. Технология высококачественной внутритрубной диагностики сочетает в себе преимущества систем бескон­тактных электронных измерений и широко известных ры­чажных каверномеров. Преимущество бесконтактной систе­мы состоит в том, что она может применяться при высокой динамической рабочей нагрузке, в то время как механиче­ская система обеспечивает получение высокоточных резуль­татов только в статических условиях.

При использовании технологии динамической компенса­ции, можно получить достаточно высокую точность измере­ния в сложных условиях эксплуатации. Кроме того, «меха-тронная» технология увеличивает размер распознаваемых вмятин благодаря ее нечувствительности к твердым осадкам на стенках трубопровода или остаткам парафинов.

Контроль механической целостности трубопроводов.

В США процедура контроля механической целостности трубопроводов регулируется сводами федеральных норма­тивных актов, как для нефтепродуктопроводов, так и для га­зопроводов. В частности, с 14 января 2005 года вступили в силу исправленные и дополненные нормативы для газопро­водов. До этого, при осуществлении контроля механической целостности газопроводов руководствовались только ссылка­ми на различные нормативы, например, на свод правил В31.8. Американского общества инженеров-механиков (ASME).

В обоих сводах содержатся жесткие предписания операто­рам трубопроводов по контролю механической прочности. Указанные предписания устанавливают пределы допусти­мых отклонений в геометрии трубопровода, таких как меха­нические повреждения и вмятины. Например, устанавлива­ются минимальные требования к определению размеров вмятин: профилемер с высоким разрешением должен выяв­лять и замерять вмятины с глубиной от 6,35 мм. Кроме того, поощряется выявление соответствия технологии требова­ниям контроля механической целостности, а не общим нор­мативным предписаниям [GERARD 2005].

В последних публикациях обсуждение вопроса о возмож­ных видах механических повреждений трубопроводов сво­дится к следующему: все, что по размеру превышает обыч­ную вмятину, следует тщательно исследовать с привлечени­ем соответствующей экспертной оценки. Новейшие исследования подтверждают тот факт, что величина разру­шающего давления зависит больше от формы вмятины, не­жели от ее глубины [DINOVITZER 2002], [LEIS 2004]. Этот вывод нашел свое отражение и в своде федеральных норма­тивных актов, которые рекомендуют проведение техниче­ского анализа по мере возникновения необходимости. Сле­дует использовать адекватные методы оценки для анализа та­ких факторов увеличения нагрузки, как коррозия, разрывы или трещины внутри вмятин или между ними, рихтовка вмя­тин, их форма и остроугольный характер. Если федеральные нормы не задают процедуры оценки причин нарушения ме­ханической целостности трубопроводов, то система меро­приятий по контролю целостности и оценке его резльтатов, напротив, такие процедуры предусматривают.

Высокое качество.

«Классическое» обследование профиля трубопровода на предмет выявления овальностей и крупных деформаций не дает описанную выше информацию, необходимую для оцен­ки вмятин. Кроме того, адекватное выявление, определение параметров и снятие характеристик всех обнаруженных ано­малий требует больших, чем обычно, оценочных усилий. Это подтверждается и недавним исследованием Олсона [OLSON 2004]. Он сравнил результаты 78 раскопок с соот­ветствующими данными профилемеров. Вероятность обна­ружения вмятин в этом случае составляет только 32%.

Рис. 7. Внутритрубный снаряд для высококачественной профилеметрии (XGP) вместе с различными инструментами высокого разрешения для выявления истоньшения стенки трубы и дефектоскопии трещин. Слева направо: ECD+XGP, AFD+XGP, CDP+XGP и XGP.

Внедрение высококачественного процесса внутритрубно-го обнаружения вмятин и механических повреждений мо­жет дать возможность получить информацию по профилям вмятин и факторам увеличения нагрузки, необходимую для того, чтобы начать процесс контроля механической целост­ности диагностируемого трубопровода. Тем более высокока­чественная информация имеется об обнаруженной анома­лии, тем лучше будет последующий анализ повреждений.

Важно не только с высокой точностью замерить и описать вмятины, но еще и выявить и определить характеристики вы­шеупомянутых факторов увеличения нагрузки. Современный уровень развития техники

Рис. 8 Геометрические модели профилей, использованные при анализе зоны охвата и разрешения: а) линейная вмятина; б) сферическая вмятина с радиусом г. в) остроугольная вмятина с углом раскрыва а. Радиус на верхней части остроугольной вмятины принят за величину толщины стенки трубы.

уровень развития техники, применяемой для определения характеристик факторов увеличения нагрузки, представлен внутритрубными снарядами-дефектоскопами с КИП на осно­ве принципа рассеяния магнитного потока (MFL), окружно­го рассеяния магнитного потока (CMFL) или недавно разра­ботанным инструментом для дефектоскопии трещин с помо­щью электромагнитного акустического преобразователя (ECD) на основе использования электромагнитного действия ультразвука. В дополнение к одном)^- из вышеупомянутых ин­струментов, или в комбинации с ним следует использовать внутритрубный снаряд-дефектоскоп с высоким разрешением (XGP) для получения профиля трубы (рис. 7).

Круговое разрешение и зона охвата

Производительность круговой диагностики профиля вмя­тин можно оценить при помощи аналитической модели. По этой модели точность замера и вероятность обнаружения вмятин находится в прямой зависимости от кругового раз­решения и зоны охвата датчиков каверномера.

В модели используются три разных формы вмятин: а) линейная вмятина; б) сферическая вмятина; в) остроугольная вмятина (см. рис. 7)

Основным параметром вероятности обнаружения являет­ся, главным образом, круговая зона чувствительности дат­чика каверномера. Как показано на рис. 3, у профилемера, подобного общепризнанному снаряду-дефектоскопу

Рис. 9 Аналитическая модель, описывающая зависимость вероятности обнаружения от круговой зоны охвата рычагов каверномеров данного инструмента для диагностики профиля трубопровода. По этой модели, дефектоскоп ROSEN EGP позволяет добиться высокой вероятности обнаружения, несмотря на то, что снабжен только восемью каналами по окружности.

ROSEN EGP с круговой зоной охвата 100%, прогнозируемая вероят­ность обнаружения будет составлять 1 на каждые три типа вмятин. 100% зона охвата достигается при помощи бескон­тактного рабочего блока датчиков. Другой пример приво­дится на рис. 10Здесь представлена модель простого кавер­номера, снабженного 12 рычагами, стандартная зона охвата которого составляет 55%. Вероятность обнаружения в этом случае сокращается до 0,75 для остроугольной вмятины глу­биной 8.1 мм (2% от внутреннего диаметра). Это также ука­зывает на важность размера зоны охвата.

• Рис. 10. Описанная выше аналитическая модель. Вероятность обнаружения сокращается до 75% для гипотетического контрольного инструмента с зоной охвата всего лишь 55%, несмотря на то, что установлены 12 рычагов каверномера.

Еще один эффект, заслуживающий изучения, - это систе­матическое занижение размера вмятины, вызванное недос­таточным круговым разрешением и зоной охвата. Учитывая, что вмятину в ее самой глубокой точке не задевает каверно­мер или сканирующий датчик, можно рассчитать максималь­но возможную величину занижения глубины вмятины для конфигурации обследования профиля.

Рис. 11Аналитическая модель определяет максимальный коэффици­ент занижения размера вмятины в зависимости от разрешения и зоны охвата. Снаряд-дефектоскоп XGP диаметром 406 мм оснащен 42 рычага­ми каверномеров и имеет зону охвата в 100%. График особо подчеркива­ет важность наличия достаточной зоны охвата у снаряда XGP.

На рис. 11 иллюстрируется процесс занижения размеров вмя­тины. На графике в процентном отношении показано макси­мально возможное занижение размеров вмятины по сравне­нию с ее реальной глубиной и круговая зона охвата для разно­го количества рычагов каверномера. Видно, что увеличение количества рычагов улучшает определяемость размера вмя­тин. Тем не менее, зона охвата близкая к 100% является более важным параметром для достижения точного замера глубины.

Максимальная зона охвата в процентах, которую может дать инструмент по диагностике геометрических аномалий с одинарной пластиной датчиков каверномера, близка к про­центному сокращению диаметра отверстия, проходимого для инструмента. Обычно, зона охвата сокращается прибли­зительно на 15% (благодаря допустимым механическим от­клонениям). Поэтому обычная величина прохода в 75% дает зону охвата максимум в 60%.

Круговое разрешение определяет способности к парамет­ризации геометрических аномалий. Действительно, недав­ние исследования показали, что должна определяться «ост­рота вмятины» уже в 0,1 (острота = 2d/w, где d = глубина вмя­тины и w - ее ширина) [DINOVITZER 2002]. Должна выявляться и вмятина в 127 мм шириной, учитывая приве­денный выше порог глубины величиной 6,35 мм.

Исходя из этих теоретических соображений, желательно проводить обследование профиля трубопровода с примене­нием снарядов-дефектоскопов, имеющих приемлемое пол­ное круговое разрешение, например, < 50,8 мм и датчики ка­верномера, расположенные на двух разделенных по оси пла­стинах и дающие круговую зону охвата более 95%.