Способ внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может найти применение при дефектоскопии магистральных трубопроводов в процессе их эксплуатации. Способ включает перемещение внутри трубопровода инспекционного снаряда - дефектоскопа с контрольно-измерительной аппаратурой со скоростью, меньшей скорости потока перекачиваемой среды с перепуском потока перекачиваемой среды через снаряд-дефектоскоп, регистрацию в соответствии с регламентом инспекции аппаратурой снаряда-дефектоскопа физических характеристик материала стенки трубопровода и пройденного расстояния и определение по результатам измерений наличия дефектов в стенке и их местоположения по длине трубопровода. Инспектируемый трубопровод разбивают на отдельные участки с индивидуальным регламентом инспекции для каждого участка. На границах участков над инспектируемым трубопроводом устанавливают реперные маяки, излучают с реперных маяков в направлении трубопровода кодированные опорные сигналы, регистрируют аппаратурой снаряда-дефектоскопа пересечение опорных сигналов реперных маяков и изменяют скорость перемещения снаряда-дефектоскопа и работу его оборудования и регистрирующей аппаратуры в соответствии с регламентом инспекции очередного участка трубопровода. Техническим результатом изобретения является оптимизация режима инспекции отдельных участков трубопровода, повышение точности определения дефектов и сохранение производительности трубопровода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может найти применение при дефектоскопии магистральных трубопроводов в процессе их эксплуатации, включая определение местоположения сквозных дефектов стенки трубопровода, приводящих к утечкам перекачиваемой среды, а также зон с поверхностными трещинами и подверженных коррозии участков стенки трубопровода.

Общей проблемой эксплуатации магистральных трубопроводов является необходимость поддержания производительности трубопровода и контроля его эксплуатационной надежности путем внутритрубной дефектоскопии с помощью пропускаемых через трубопровод снарядов-дефектоскопов. Наиболее существенным обстоятельством, определяющим качество внутритрубной дефектоскопии, является низкая скорость перемещения снаряда-дефектоскопа для получения увеличенного объема информации об изменении физических характеристик стенки трубопровода в зоне дефекта.

Известен способ внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов, включающий перемещение внутри трубопровода инспекционного снаряда-дефектоскопа с контрольно-измерительной аппаратурой, регистрацию в соответствии с регламентом инспекции аппаратурой снаряда-дефектоскопа физических характеристик материала стенки трубопровода. Одновременно автономным устройством на снаряде-дефектоскопе регистрируется текущее время с момента запуска снаряда-дефектоскопа в трубопровод. При обнаружении контрольно-измерительной аппаратурой дефекта материала стенки трубопровода регистрируется текущее время обнаружения указанного дефекта. После извлечения снаряда-дефектоскопа производится считывание результатов обследования. По полученным отметкам времени вычисляется расстояние до дефекта как произведение скорости потока на зарегистрированное текущее время (см. патент Российской Федерации N 2084757, кл. F 17 D 5/00, 20.07.97). Данный способ может использоваться при внутритрубной дефектоскопии только при полном перекрытии сечения трубопровода снарядом-дефектоскопом, так как только в этом случае скорость перемещения снаряда-дефектоскопа будет совпадать со скоростью потока. Такой способ дефектоскопии требует существенного снижения производительности трубопровода на время инспекции, особенно при инспекции магистральных газопроводов, что приводит к увеличению межинспекционного срока эксплуатации трубопровода. Другим недостатком данного способа является недостаточная точность определения местоположения дефекта, так как скорость потока в магистральном трубопроводе определяется с низкой точностью.

Известен также способ внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов, включающий перемещение внутри трубопровода инспекционного снаряда-дефектоскопа с контрольно-измерительной аппаратурой со скоростью, равной скорости потока перекачиваемой среды, регистрацию в соответствии с регламентом инспекции аппаратурой снаряда-дефектоскопа физических характеристик материала стенки трубопровода. Одновременно навигационным блоком снаряда-дефектоскопа определяется пройденное расстояние и ориентация трубопровода, что позволяет непосредственно зафиксировать местоположение зарегистрированных дефектов стенки трубопровода. После извлечения снаряда-дефектоскопа из трубопровода производится считывание результатов обследования (см. патент Российской Федерации N 2111453, кл. F 17 D 5/00, G 01 B 17/00, F 16 L 57/00, 20.05.98). Данный способ может использоваться при внутритрубной дефектоскопии только при полном перекрытии сечения трубопровода снарядом-дефектоскопом. Как и в предыдущем патенте, известный способ требует существенного снижения производительности трубопровода на время инспекции, особенно при инспекции магистральных газопроводов, увеличения межинспекционного срока эксплуатации трубопровода. Другим недостатком данного способа является недостаточная точность определения местоположения дефекта, так как ошибка считывания пройденного расстояния увеличивается по мере перемещения снаряда-дефектоскопа внутри трубопровода.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов, включающий перемещение внутри трубопровода инспекционного снаряда-дефектоскопа с контрольно-измерительной аппаратурой со скоростью, меньшей скорости потока перекачиваемой среды с перепуском потока перекачиваемой среды через снаряд-дефектоскоп, регистрацию в соответствии с регламентом инспекции аппаратурой снаряда-дефектоскопа физических характеристик материала стенки трубопровода и пройденного расстояния и определение по результатам измерений наличия дефектов в стенке и их местоположения по длине трубопровода (см. патент Российской Федерации N 2069288, кл. F 17 D 5/02, 20.11.96). Данный способ позволяет перемещать снаряд-дефектоскоп внутри трубопровода со скоростью, существенно меньшей скорости перекачки транспортируемой среды без существенного снижения производительности трубопровода, что позволяет чаще проводить внутритрубную инспекцию трубопровода. Система управления снаряда-дефектоскопа поддерживает скорость его перемещения в пределах заданных отклонений, являющихся постоянными по всей длине инспектируемого трубопровода. Способ дает возможность существенно увеличить объем информации, получаемой при дефектоскопии трубопровода, так как скорость перемещения снаряда может быть установлена с учетом получения наиболее объективной информации об потенциально опасных участках трубопровода. Однако, прогон снаряда-дефектоскопа с этой скоростью по всей длине трубопровода существенно увеличивает время инспекции, а также приводит к загрузке запоминающих устройств снаряда-дефектоскопа излишней информацией. Другим недостатком данного способа является низкая точность определения местоположения дефекта, так как ошибка считывания пройденного расстояния увеличивается по мере перемещения снаряда-дефектоскопа внутри трубопровода.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов, позволяющего оптимизировать режим инспекции отдельных участков трубопровода с учетом априорной информации о строительстве трубопровода, опыте его эксплуатации и результатов предыдущих инспекций, а также сократить время инспекции трубопровода. Другой задачей изобретения является создание способа внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов, обеспечивающего повышенную точность определения местоположения дефектных зон стенки трубопровода.

Поставленные технические задачи решаются тем, что в известном способе внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов, включающем перемещение внутри трубопровода инспекционного снаряда-дефектоскопа с контрольно-измерительной аппаратурой, регистрацию в соответствии с регламентом инспекции аппаратурой снаряда-дефектоскопа физических характеристик материала стенки трубопровода и пройденного расстояния и определение по результатам измерений наличия дефектов в стенке и их местоположения по длине трубопровода, согласно изобретению, инспектируемый трубопровод разбивают на отдельные участки с индивидуальным регламентом инспекции для каждого участка, на границах участков над инспектируемым трубопроводом устанавливают реперные маяки, излучают с реперных маяков в направлении трубопровода кодированные опорные сигналы, регистрируют аппаратурой снаряда-дефектоскопа пересечение опорных сигналов реперных маяков и корректируют скорость перемещения снаряда-дефектоскопа и работу его оборудования и регистрирующей аппаратуры в соответствии с регламентом инспекции очередного участка трубопровода.

В качестве реперных маяков с кодированными опорными сигналами можно использовать источники радиоактивного излучения с остронаправленным пучком излучения, в частности, капсулы с радиоактивными изотопами Co₆₀, или/и Sr₉₀ или/и Cs₅₆.

Капсулы с радиоактивными изотопами целесообразно устанавливать над инспектируемым трубопроводом на расстоянии 0,5...1,0 м от стенки трубопровода.

Сущность изобретения заключается в том, что, используя априорную информацию о состоянии стенок трубопровода, полученную, например, из анализа природных условий трассы, или результатов предыдущих инспекций, определяют регламент инспекции и скорость перемещения снаряда-дефектоскопа по длине трубопровода и разбивают инспектируемый трубопровод на отдельные участки, в пределах которых можно назначить единый регламент инспекции с неизменной скоростью перемещения снаряда-дефектоскопа. В соответствии с принятой разбивкой трубопровода над ним на границах участков устанавливают реперные маяки и передают с них в направлении трубопровода кодированные опорные сигналы. Пересечение опорного сигнала снарядом-дефектоскопом свидетельствует о завершении инспекции данного участка инспектируемого трубопровода и начале инспекции очередного участка. Режим работы оборудования и регистрирующей аппаратуры и скорость перемещения снаряда-дефектоскопа изменяются в соответствии с регламентом инспекции очередного участка трубопровода, что позволяет иметь на каждом участке трубопровода оптимальные скорость перемещения снаряда-дефектоскопа и режимы регистрации физических характеристик материала стенки трубопровода. Наличие реперных маяков повышает точность определения местоположения дефектов стенки по длине трубопровода, так как отсчет пройденного расстояния начинается заново после пересечения опорного кодового сигнала очередного реперного маяка. Точное знание местоположения дефекта стенки трубопровода относительно реперного маяка позволяет, при необходимости, провести ремонт стенки трубопровода с минимальным объемом вскрышных работ и стоимости ремонта.

Использование в качестве реперных маяков с кодированными опорными сигналами источников радиоактивного излучения, например, капсул с радиоактивными изотопами Co₆₀, или/и Sr₉₀, или/и Cs₅₆, с остронаправленным пучком излучения обеспечивает более точную регистрацию границы смежных участков аппаратурой снаряда-дефектоскопа, так как остронаправленные пучки радиоактивного излучения слабо рассеиваются грунтом и стенкой трубопровода.

Размещение капсулы с радиоактивными изотопами на расстоянии 0,5...1,0 м от стенки трубопровода обеспечивает большую безопасность инспекции трубопровода, так как с радиоактивными изотопами будут заглублены в грунт над трассой трубопровода, а регламентация расстояния до стенки трубопровода гарантирует сохранность изоляции стенки трубопровода и равенство интенсивности опорного сигнала от реперных маяков.

Заявителю неизвестны способы внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На чертеже изображена схема инспекции трубопровода в соответствии с изобретением.

Способ дефектоскопии магистральных трубопроводов осуществляется следующим образом.

Из предыдущих инспекций известно, что дефектный участок инспектируемого газопровода 1 расположен под слоем грунта 2, например, между 50-м и 60-м км трассы газопровода (расстояние взято условно). Инспектируемый газопровод разбивают на три участка. Первый участок - от начала инспектируемого газопровода до отметки 50-й км. Поскольку на первом участке газопровода отсутствуют участки стенки с критическими дефектами, подлежащие тщательной инспекции, то на этом участке снаряд-дефектоскоп можно перемещать с повышенной скоростью, определяемой прочностью газопровода, например, со скоростью 3 м/с. Второй участок, имеющий критические дефекты, лежит между отметками: 50-й и 60-й км. В соответствии с регламентом инспекции скорость снаряда-дефектоскопа на данном участке составляет 0,5 м/с. Третий участок - от отметки 60-й км до конца инспектируемого газопровода. В соответствии с условиями залегания и прочностью газопровода на этом участке снаряд-дефектоскоп можно перемещать со скоростью 2 м/с. На границе между первым и вторым участками над инспектируемым газопроводом устанавливают реперный маяк 3. В качестве реперного маяка 3 использована капсула с радиоактивным Co₆₀, с остронаправленным пучком 4 излучения, обращенным к инспектируемому газопроводу. Капсула с радиоактивным Co₆₀ заглублена в грунт и установлена на расстоянии 1,0 м от стенки 5 газопровода. Реперный маяк 6 устанавливают на границе между вторым и третьим участками инспектируемого газопровода, выделяя реперными маяками дефектный участок, подлежащий тщательной инспекции. В качестве реперного маяка 6 использована капсула с радиоактивным Sr₉₀, с остронаправленным пучком 7 излучения, обращенным к инспектируемому газопроводу. Капсула с радиоактивным Sr₉₀ заглублена в грунт и установлена на расстоянии 1,0 м от стенки трубопровода. Дефектный участок газопровода имеет сквозной дефект 8 стенки 5 и дефектную область 9 из несквозных микротрещин или коррозионного слоя на внутренней поверхности стенки газопровода. Через сквозной дефект происходит утечка перекачиваемого газа в зону 10, прилегающую к наружной поверхности стенки газопровода.

Для диагностики состояния газопровода в него введен снаряд-дефектоскоп, включающий в себя инжекционный модуль 11 и радиометрический модуль 12, которые перемещаются в инспектируемом газопроводе на некотором расстоянии друг от друга.

Инжекционный модуль 11 имеет передние и задние опорные ходовые колеса 13, цилиндрическую среднюю часть 14 и гибкие уплотнения 15. Внешняя поверхность цилиндрической средней части, гибкие уплотнения и внутренняя поверхность стенки газопровода формируют кольцевую полость 16, прилегающую к внутренней поверхности стенки газопровода. На цилиндрической средней части 14 закреплены контейнеры 17, имеющие дистанционно управляемые клапаны 18. Контейнеры заполнены газом, содержащим радиоактивный изотоп криптон-85, имеющий период полураспада 10,7 лет. Количество контейнеров определяется длительностью времени инспекции газопровода. Инжекционный модуль оснащен системой регулирования скорости его перемещения внутри газопровода, выполненной аналогично системе, описанной в патенте РФ N 2069288 по кл. F 17 D 5/02. Указанная система регулирования скорости перемещения содержит датчик перемещения 19, например, в виде тахогенератора, кинематически связанного с мерным колесом одометра 20, и регулирующий орган в виде расположенного в цилиндрической средней части 14 дискового управляемого затвора 21, имеющего привод с реверсивным электродвигателем 22. Инжекционный модуль оснащен детектором 23 излучения реперных маяков и блоком 24 управления оборудованием инжекционного модуля (дисковым затвором 21, дистанционно управляемыми клапанами 18 и другими агрегатами).

Радиометрический модуль 12 имеет ходовую часть и устройство для регулирования скорости перемещения внутри газопровода, аналогичные инжекционному модулю. Радиометрический модуль оснащен детекторами 23, регистрирующими излучение реперных маяков и детекторами 25, регистрирующими излучение радиоактивного изотопа криптон-85, подключенными к устройству 26 для регистрации уровня радиации по длине газопровода. Радиометрический модуль имеет кольцевую полость 27, прилегающую к внутренней поверхности стенки газопровода, в которой размещен блок 28 управления дисковым затвором 21 и другим оборудованием радиометрического модуля.

Инжекционный и радиометрический модули имеют источники питания, обеспечивающие работу оборудования во время инспекции (на схеме не показаны).

С помощью затворов 21 устанавливают сопротивление проточных цилиндрических средних частей 14 модулей 11 и 12, обеспечивающее перемещение указанных модулей на первом участке со скоростью 3 м/с. Инжекционный модуль 11, перемещаясь внутри инспектируемого газопровода 1, первым пересекает остронаправленный пучок 4 излучения реперного маяка 3. По команде с детектора 23 блок 24 управления уменьшает сопротивление проточной цилиндрической средней части 14 инжекционного модуля, чтобы уменьшить скорость его перемещения по газопроводу до 0,5 м/с. Одновременно блок 24 управления выдает сигнал на открытие клапанов 18 контейнеров 17, содержащих радиоактивный изотоп инертного газа криптон-85. Радиоактивный изотоп смешивается с газом, находящимся в кольцевой полости 16 инжекционного модуля. Инжекционный модуль перемещается по второму участку газопровода со скоростью 0,5 м/с. Криптон-85, находящийся в кольцевой полости 16, адсорбируется несквозными трещинами дефектной области 9, а также проникает вместе с перекачиваемым газом через сквозной дефект 8 стенки 5 в грунт зоны 10, прилегающей к наружной поверхности стенки газопровода. После прохождения инжекционного модуля внутренняя поверхность стенки газопровода промывается чистым газом, который продолжает перекачиваться по газопроводу без снижения скорости перекачки W. При промывке газом в первую очередь происходит удаление криптона-85, адсорбированного бездефектными участками внутренней поверхности стенки газопровода. В микротрещинах, зонах коррозии и отложениях криптон-85 удерживается значительно дольше и регистрируется в дальнейшем детекторами 25, установленными на радиометрическом модуле. В конце второго участка инжекционный модуль пересекает остронаправленный пучок 7 излучения реперного маяка 6. По команде с детектора 23 блок 24 управления снова повышает сопротивление проточной цилиндрической средней части 14 инжекционного модуля, чтобы увеличить скорость его перемещения по третьему участку газопровода до 2 м/с. Одновременно блок 24 управления выдает сигнал на перекрытие клапанов 18 контейнеров 17, прекращая подачу радиоактивного изотопа криптона-85 в кольцевую полость 16.

Радиометрический модуль 12, двигаясь на некотором расстоянии от инжекционного модуля 11, в свою очередь также пересекает пучок излучения 4 реперного маяка 3. По команде с детектора 23 блок управления 28 снижает сопротивление проточной цилиндрической средней части 14 радиометрического модуля и уменьшает скорость его перемещения по газопроводу до 0,5 м/с. Одновременно включается устройство 26 для регистрации уровня радиации по длине второго участка газопровода с привязкой их к пройденному пути. При этом отсчет одометром 20 пройденного расстояния начинается заново с момента пересечения пучка излучения 4, что повышает точность определения местоположения на втором участке газопровода дефектов и их размеров. При перемещении вдоль второго участка газопровода радиометрического модуля в соответствии с регламентом инспекции с заданной частотой опрашиваются детекторы 25, регистрирующие излучение радиоактивного изотопа криптон-85, и результаты замеров записываются в устройстве 26 для последующего анализа. В конце второго участка радиометрический модуль пересекает остронаправленный пучок 7 излучения реперного маяка 6. По команде с детектора 23 блок 28 управления оборудованием радиометрического модуля снова повышает сопротивление проточной цилиндрической средней части 14 радиометрического модуля, чтобы увеличить скорость его перемещения по третьему участку газопровода до 2 м/с. Одновременно может быть прекращена регистрация уровня радиоактивного излучения по длине газопровода или существенно уменьшена частота опроса детекторов 25. Отсчет одометром 20 пройденного пути после пересечения пучка 7 излучения реперного маяка 6 начинается заново, как это имеет место при прохождении мимо реперного маяка 3. При определении местоположения дефекта на втором участке газопровода в качестве опорных точек можно использовать оба реперных маяка. При использовании в качестве точки отсчета реперного маяка 3 расстояние L₁ до дефектной области 9 измеряется от этого репера в прямом направлении. При использовании в качестве точки отсчета реперного маяка 6 расстояние L₂ до дефекта 8 измеряется от этого репера в обратном направлении.

По прохождении инспектируемого газопровода блок 24 управления оборудованием инжекционного модуля выдает команду на электродвигатель 22, который поворачивает дисковый затвор 21 в положение минимального сопротивления, и инжекционный модуль останавливается и фиксируется в газопроводе с помощью известных систем ввода-вывода инспекционных снарядов. Аналогично останавливается радиометрический модуль. Удаление из газопровода инжекционного и радиометрического модулей производится на контрольных станциях известными устройствами.

Зарегистрированные в запоминающем устройстве 26 радиометрического модуля результаты измерений уровня радиации по длине трубопровода, привязанные к пройденному пути, обрабатываются по окончании инспекции на вычислительных машинах и, используя их, определяются физические характеристики материала стенки газопровода, наличие сквозных и несквозных дефектов и их местоположение.

Для инспекции газопровода в соответствии с данным способом могут использоваться снаряды-дефектоскопы, оснащенные иной контрольно-измерительной аппаратурой. В частности, можно использовать ультразвуковые и магнитные дефектоскопы. В этом случае используется одномодульный снаряд-дефектоскоп, аналогичный радиометрическому модулю в описанном выше примере реализации предлагаемого способа.

Для осуществления заявленного способа внутритрубной дефектоскопии магистрального трубопровода можно использовать освоенные промышленностью детекторы радиоактивного излучения и регистрирующие устройства, что подтверждает промышленную применимость заявленного способа.

Формула изобретения

1. Способ внутритрубной дефектоскопии магистральных трубопроводов, включающий перемещение внутри трубопровода инспекционного снаряда-дефектоскопа с контрольно-измерительной аппаратурой со скоростью, меньшей скорости потока перекачиваемой среды с перепуском потока перекачиваемой среды через снаряд-дефектоскоп, регистрацию в соответствии с регламентом инспекции аппаратурой снаряда-дефектоскопа физических характеристик материала стенки трубопровода и пройденного расстояния и определение по результатам измерений наличия дефектов в стенке и их местоположения по длине трубопровода, отличающийся тем, что инспектируемый трубопровод разбивают на отдельные участки с индивидуальным регламентом инспекции для каждого участка, на границах участков над инспектируемым трубопроводом устанавливают реперные маяки, излучают с реперных маяков в направлении трубопровода кодированные опорные сигналы, регистрируют аппаратурой снаряда-дефектоскопа пересечение опорных сигналов реперных маяков и изменяют скорость перемещения снаряда-дефектоскопа и работу его оборудования и регистрирующей аппаратуры в соответствии с регламентом инспекции очередного участка трубопровода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реперных маяков с кодированными опорными сигналами используют источники радиоактивного излучения с остронаправленным пучком излучения.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для реперных маяков в качестве источников радиоактивного излучения используют капсулы с радиоактивными изотопами Co₆₀, или/и Sr₉₀, или/и Cs₅₆.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что капсулы с радиоактивными изотопами устанавливают над инспектируемым трубопроводом на расстоянии 0,5-1,0 м от стенки трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1