Способ контроля механических напряжений трубопроводов
Изобретение относится к магнитометрическим методам неразрушающего контроля (НК) изделий из ферромагнитных материалов, испытывающих в процессе эксплуатации статические и динамические механические напряжения. Оно может быть использовано для оперативной дистанционной диагностики механических напряжений подземных магистральных и межпромысловых нефте- и газопроводов. В предлагаемом способе намагничивающее устройство, магнитометр-градиентометр и один феррозонд магнитометра-градиентометра размещают над трубопроводом, а другой феррозонд - на определенном расстоянии от трубопровода. Перед намагничиванием магнитометром-градиентометром обнуляют суммарный сигнал феррозондов. С помощью импульса намагничивания создают на трубопроводе заданную напряженность магнитного поля, достаточную для намагничивания металла. Повторяют процесс импульсного намагничивания до стабилизации значения магнитной индукции, измеряемой над трубопроводом магнитометром-градиентометром. По ранее построенной экспериментальной зависимости стабилизированного значения магнитной индукции от механического напряжения определяют действующие на поверхности трубопровода значение механического напряжения. Внешнее магнитное поле компенсируют магнитометром-градиентометром, а напряженность поля в намагничивающем устройстве определяют в зависимости от расстояния до трубопровода по формуле
где Но - напряженность магнитного поля в намагничивающем устройстве, А/м; Z -расстояние до трубопровода, м; Hz - напряженность магнитного поля на трубопроводе, А/м; К - коэффициент, зависящий от размеров намагничивающего устройства, м3 . Технический результат состоит в локальном дистанционном намагничивании поверхности ферромагнетика без предварительного размагничивания последовательностью импульсов магнитного поля.
Изобретение относится к магнитометрическим методам неразрушающего контроля (НК) изделий из ферромагнитных материалов, испытывающих в процессе эксплуатации статические и динамические механические напряжения. Оно может быть использовано для оперативной дистанционной диагностики механических напряжений подземных магистральных и межпромысловых нефте- и газопроводов.
Одной из основных проблем эксплуатации подземных трубопроводов является усталостное разрушение последних под действием периодически возникающих механических напряжений, причиной которых являются: сезонные перемещения грунта одного участка трубопровода относительно другого, мерзлотные пучения, температурное расширение-сжатие и др.
Для контроля механических напряжений в металлических изделиях используют тензометрические, ультразвуковые, тепловые и рентгеновские методы НК, для применения которых требуется хорошо подготовленная поверхность или непосредственный контакт с металлом. Среди методов НК важное место занимают магнитные методы, с помощью которых можно определять механические напряжения в ферромагнетиках без предварительной обработки поверхности [Новиков В.Ф., Бахарев М.С. Магнитная диагностика механических напряжений в ферромагнетиках Тюмень, Изд-во “Вектор Бук”, 2001 г., 23 с.].
Известен, например, способ измерения механических напряжений, заключающийся в нанесении магнитной метки на ферромагнетик путем локального намагничивания и регистрации конечной индукции магнитного поля этой метки при действии импульса силы [а.с. СССР №767674, кл. G 01 L 1/12, 1980.]. К недостаткам известного способа относится низкая точность измерения, обусловленная влиянием внешних магнитных полей и остаточной намагниченности материала изделия.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения полей напряжений в деталях из ферромагнитных материалов [Патент RU 2154262 С2, МПК G 01 L 1/12, 10.08.2000 г]. Механические напряжения в изделии определяются на поверхности детали, которая намагничивается в виде матрицы локальных магнитных меток, затем производится сканирование матрицы и запись магнитограмм амплитуды магнитного поля каждой метки. После этого производится механическое нагружение образца и повторное сканирование матрицы локальных магнитных меток. Величина действующих напряжений в области метки определяется по относительному изменению амплитуды магнитного поля метки и экспериментальной зависимости. Повышение точности измерений достигается тем, что магнитная метка создается разнополярными импульсами. Внешнее магнитное поле, действуя на магнитную метку, увеличивает остаточную намагниченность одного полюса метки, и уменьшает остаточную намагниченность другого полюса. В целом амплитуда магнитной метки не меняется.
Основные недостатки способа состоят в том, что данный способ имеет ограниченное применение, в связи с необходимостью размагничивания изделия. Выполнить это условие на действующем трубопроводе экономически не выгодно. При реализации данного способа на не размагниченном изделии резко снижается точность измерения.
Задачей изобретения является повышение точности и оперативности определения механических напряжений трубопроводов.
Технический результат состоит в локальном дистанционном намагничивании трубопровода, без предварительного размагничивания, последовательностью импульсов магнитного поля.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе контроля механических напряжений трубопроводов, состоящем в локальном намагничивании участка трубопровода, регистрации величины магнитного поля и оценке механических напряжений в области участка намагничивания по экспериментальной зависимости, в отличие от известного намагничивающее устройство, магнитометр-градиентометр и один феррозонд магнитометра-градиентометра размещают над трубопроводом, а другой феррозонд - на определенном расстоянии от трубопровода, перед намагничиванием магнитометром-градиентометром обнуляют суммарный сигнал феррозондов, с помощью импульса намагничивания создают на трубопроводе заданную напряженность магнитного поля, достаточную для намагничивания металла, повторяют процесс импульсного намагничивания до стабилизации значения магнитной индукции, измеряют стабилизированное значение магнитной индукции магнитометром-градиентометром, по ранее построенной экспериментальной зависимости стабилизированного значения магнитной индукции от механического напряжения определяют действующее на поверхности трубопровода значение механического напряжения, при этом внешнее магнитное поле компенсируют магнитометром-градиентометром, а напряженность поля в намагничивающем устройстве определяют в зависимости от расстояния до трубопровода по формуле
где Но - напряженность магнитного поля в намагничивающем устройстве, А/м;
Z - расстояние до трубопровода, м;
Hz - напряженность магнитного поля на трубопроводе, А/м;
К - коэффициент, зависящий от размеров намагничивающего устройства, м3.
Способ осуществляют следующим образом: сначала строится экспериментальная зависимость стабилизированного значения магнитной индукции, измеряемой над металлом из трубной стали, от механических напряжений.
С целью компенсации внешнего магнитного поля, измерения магнитной индукции над металлом из трубной стали, осуществляют магнитометром-градиентометром. Один феррозонд магнитометра размещают над металлом из трубной стали, а другой феррозонд - на определенном расстоянии от первого, например, 1 м. Перед намагничиванием суммарный сигнал феррозондов обнуляется. С помощью намагничивающего устройства, размещаемого над металлом из трубной стали, производят импульс намагничивания, при этом на поверхности металла из трубной стали возникает заданная напряженность магнитного поля, достаточная для намагничивания металла из трубной стали. Намагничивание металла из трубной стали осуществляют последовательностью импульсов магнитного поля до момента стабилизации значения магнитной индукции, измеряемой магнитометром-градиентометром над металлом. Намагничивание металла из трубной стали осуществляют при различных механических напряжениях, создаваемых в металле, при этом фиксируют стабилизированное значение магнитной индукции после процесса намагничивания. Стабилизированное значение магнитной индукции меняется в зависимости от приложенного механического напряжения. Когда механические напряжения равны нулю, стабилизированное значение магнитной индукции максимально. С увеличением механического напряжения стабилизированное значение магнитной индукции уменьшается.
Экспериментально полученная формула позволяет определить напряженность магнитного поля в размещаемом над трубопроводом намагничивающем устройстве, достаточную для создания на поверхности трубопровода заданной напряженности магнитного поля.
При реализации способа намагничивающее устройство и магнитометр-градиентометр размещают над осью трубопровода. Ось трубопровода и глубину его залегания определяют с помощью трассоискателя типа USCAN DX. Располагают первый феррозонд магнитометра над осью трубопровода рядом с магнитометром, а второй феррозонд на определенном расстоянии, например, 1 м от трубопровода. Перед намагничиванием магнитометром-градиентометром обнуляют суммарный сигнал феррозондов. С помощью намагничивающего устройства создают импульс намагничивания, в результате чего на трубопроводе возникает заданная напряженность магнитного поля, достаточная для намагничивания металла трубопровода.
После этого с помощью магнитометра-градиентометра измеряют магнитную индукцию над трубопроводом, значение которой пропорционально намагниченности трубопровода и не зависит от внешнего поля. Влияние внешнего магнитного поля исключается благодаря встречному включению феррозондов магнитометра, а также их расположению. При расположении одного феррозонда над осью трубопровода, а другого - на определенном расстоянии от трубопровода, суммарный сигнал, снимаемый с феррозондов, пропорционален магнитной индукции над трубопроводом.
Повторяют процесс намагничивания, пока значение магнитной индукции, измеряемой над трубопроводом, не стабилизируется. После намагничивания фиксируют изменение магнитной индукции. По экспериментальной зависимости стабилизированного значения магнитной индукции от механических напряжений определяют последние.
Предлагаемый способ исключает необходимость проведения размагничивания контролируемого участка трубопровода, что связано с большими капитальными затратами, повышает оперативность диагностики механических напряжений путем дистанционного намагничивания и повышает точность измерения путем компенсации внешнего магнитного поля магнитометром-градиентометром.
Формула изобретения
Способ контроля механических напряжений трубопроводов, состоящий в локальном намагничивании участка трубопровода, регистрации величины магнитного поля и оценке механических напряжений в области участка намагничивания по экспериментальной зависимости, отличающийся тем, что намагничивающее устройство, магнитометр-градиентометр и один феррозонд магнитометра-градиентометра размещают над трубопроводом, а другой феррозонд - на определенном расстоянии от трубопровода, перед намагничиванием магнитометром-градиентометром обнуляют суммарный сигнал феррозондов, с помощью импульса намагничивания создают на трубопроводе заданную напряженность магнитного поля, достаточную для намагничивания металла, повторяют процесс импульсного намагничивания до стабилизации значения магнитной индукции, измеряют стабилизированное значение магнитной индукции магнитометром-градиентометром, по ранее построенной экспериментальной зависимости стабилизированного значения магнитной индукции от механического напряжения определяют действующее на поверхности трубопровода значение механического напряжения, при этом внешнее магнитное поле компенсируют магнитометром-градиентометром, а напряженность поля в намагничивающем устройстве определяют в зависимости от расстояния до трубопровода по формуле
где Но - напряженность магнитного поля в намагничивающем устройстве, А/м;
Z - расстояние до трубопровода, м;
Hz - напряженность магнитного поля на трубопроводе, А/м;
К - коэффициент, зависящий от размеров намагничивающего устройства, м3.
