СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ ДИАГНОСТИКИ ЛОКАЛЬНЫХ КОРРОЗИОННЫХ РАЗРУШЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ "IN SITU" Российский патент 1999 года по МПК G01N19/08 

Изобретение относится к охране окружающей среды, к защите металлов от коррозии, биотехнологии, экологии, в частности к диагностике коррозионных разрушений подземных сооружений. Это важно с точки зрения выявления опасности биокоррозии, риска коррозионного отказа, оценки остаточного ресурса сооружения, опасности загрязнения, оценки антропогенного и техногенного воздействия в природных средах - почвах, грунтах, водах и т.д.

Известен способ неразрушающей диагностики локальных разрушений с применением внутритрубных дефектоскопов (ультразвуковых, магнитометрических), включающий пропускание снаряда дефектоскопа, измерение отклонения величины ультразвукового сигнала или отклонения магнитного поля от среднего значения (ненарушенного состояния металла трубы, т.е. толщины трубы и/или ее целостности), определение местоположения дефектов и его параметров [1].

Недостатками данного способа являются необходимость дооборудования камерами запуска снарядов-дефектоскопов, очистки внутренней полости трубы, съема внутреннего грата с монтажных сварных швов, кроме того, необходимость замены транспортируемой среды в случае газопроводов на воду, необходимость наличия ассортимента внутритрубных снарядов дефектоскопов для всего сортамента труб, невозможность проведения дефектоскопии трещиноподобных дефектов, высокая стоимость работ, необходимость дополнительной наружной дефектоскопии для уточнения параметров дефектов.

Известен способ неразрушающей диагностики локальных разрушений с применением наружных дефектоскопов (ультразвуковых, вихретоковых, магнитных), заключающийся в том, что после проведения предварительного прогноза коррозионных поражений по показателям агрессивности грунта, биокоррозионной агрессивности грунта и дефектоскопии покрытия, на основе определения участков локальных понижений уровня поляризационного потенциала электрохимической защиты от коррозии или после пропуска внутритрубного снаряда-дефектоскопа производят вскрытие трубопровода (шурфование), съем наружного изоляционного противокоррозионного покрытия, очистку от продуктов коррозии и определение местонахождения и параметров коррозионного дефекта по сравнению с модельным дефектом на образце-эталоне [2].

Недостатком этого способа является длительность и трудоемкость, и, соответственно, стоимость.

Известен способ неразрушающей диагностики локальных разрушений, в котором определение местонахождения коррозионного дефекта осуществляют по отклонениям характеристик магнитного поля трубопровода из-за коррозионных дефектов, уровней повышенной напряженности, вследствие пластической деформации (вмятин, металлургических дефектов и т.п.) [3].

Недостатком данного способа является малая селективность по отношению к локальным коррозионным дефектам, так как в результате определения детектируются все отклонения уровней намагниченности, в том числе неимеющие коррозионного характера, включая инородные металлические предметы в зоне прокладки трубопровода, зоны сварки и т.п.

Часть признаков предлагаемого изобретения совпадает с признаками известного способа анализа почвенных микробных сообществ "in situ" [4]. Способ предлагался для диагностики типов почв по спектру субстратов, используемых почвенными микроорганизмами.

Этот способ включает отбор проб почвы, выделение суспензии почвенных микроорганизмов, инкубирование суспензии почвенных микроорганизмов в лунках микрокювет с предварительно внесенной и высушенной смесью минерального солевого раствора, одного из источников углерода (C-субстрат) из набора 45 субстратов для микроорганизмов и индикатора потребления субстрата (тетразолия фиолетового) до проявления окраски вследствие специфического потребления субстрата дегидрогеназой микроорганизмов почвы, измерение интенсивности поглощения света с помощью спектрофотометра, определение показателя окрашенности, сравнение выделенных почвенных микробных сообществ по спектру ассимиляции субстратов с помощью метода главных компонент и кластерного статического анализа с целью выявления таксономической принадлежности выделенных почвенных микроорганизмов, степени их генетической близости, значимости отдельных физиологических групп, например грибов, в биоразрушении загрязнителей почвы, выявления почвенных сообществ, "нарушенных" техно-, антропогенным воздействием, диагностики различных почвенных типов.

Данный способ не применялся с целью диагностики локальных коррозионных разрушений технических сооружений "in situ".

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа неразрушающей диагностики локальных коррозионных разрушений технических сооружений "in situ".

Технический результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемого способа, заключается в том, что не требуется подготовка трассы, т.к. диагностика осуществляется без вскрытия трубопровода, снижаются объем, длительность и трудоемкость работ, связанных с необходимостью шуфрования, снижается стоимость диагностики, не требуются дефектоскопы для определения места дефекта, исчезает необходимость замены транспортируемой среды.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет осуществлять обнаружение стресс-коррозионных дефектов (а не только лишь трещиноподобных дефектов, связанных с металлургическим браком), а также выявлять участки биоразрушения покрытия, биодеградации загрязнителей почвы, в частности, нефти, тяжелых металлов, пестицидов и т.п.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что проводят отбор проб грунта, выделяют из них суспензии микроорганизмов, вносят полученные суспензии в высушенную смесь минерального солевого раствора, одного из источников углерода из набора субстратов для микроорганизмов и индикатора и инкубируют до проявления окраски индикатора вследствие потребления субстратов микроорганизмами, измеряют интенсивность поглощения света и определяют показатель окрашенности, проводят статистический кластерный анализ полученных данных по методу главных компонентов, строят график, отражающий спектр потребления субстратов. Затем сравнивают выделенные на графике зоны признаков сообществ микроорганизмов анализируемых проб грунта с определенными в предварительном опыте зонами группирования признаков сообществ микроорганизмов над зарегистрированным локальным разрушением и по группированию на графике признаков анализируемых проб грунта судят о наличии коррозионного поражения трубопровода, о наличии процессов биоразрушения покрытия трубопровода и о биодеградации загрязнителей в грунте.

Для этого
1. отбирают образец грунта из пахотного горизонта над трубопроводом на фиг. 1,
2. смешивают образец с водой, в частности, при соотношении по объему 1 : 25-75, обрабатывают ультразвуком для выделения суспензии микроорганизмов,
3. смешивают полученную суспензию микроорганизмов с отдельными субстратами для роста микроорганизмов (47 специфических субстратов, значимых для процессов реакции почвенного микробного сообщества на техногенное воздействие подземного сооружения), минеральными солями и {солями тетразолия фиолетового в качестве} индикатором потребления субстрата дегидрогеназами,
4. проводят определение величины поглощения света и сравнение ее с величиной в контрольной ячейке (куда субстрат не вносили),
5. проводят компьютерный анализ интенсивности потребления различных субстратов дегидрагеназами микроорганизмов данного почвенного сообщества со статистической обработкой,
6. для кластерирования и выделения признаков микробных сообществ, свойственных участкам трубопровода с локальными коррозионными поражениями металла, предварительно выявляют эти признаки на участке с зарегистрированным локальным коррозионным или стресс-коррозионным дефектом,
7. по группированию на графике признаков сообществ микроорганизмов анализируемых проб грунта из пахотного горизонта в зоне признаков сообщества микроорганизмов над локальным коррозионным дефектом, местом биоразрушения покрытия трубопровода, участком биодеградации загрязнителей в грунте судят о наличии коррозионного поражения технического сооружения, а также о наличии процессов биоразрушения покрытия трубопровода и биодеградации загрязнителей в грунте.

Степень группирования точек позволяет выявить различия в потреблении субстратов микробными сообществами над местом локального коррозионного дефекта. В большинстве случаев наблюдается плотное расположение точек графика, относящихся к образцу над местом локального коррозионного поражения. В случае отсутствия локальной коррозии трубопровода точки на графике располагаются по всей плоскости случайным образом.

Признаки, свойственные процессу потребления субстратов микробного сообщества над местом локального коррозионного дефекта, определяют в ходе предварительного анализа.

Для этого отбирают смешанную репрезентативную пробу грунта над местом локального коррозионного дефекта, включающую а) оглеенный (с выраженными вследствие анаэробиоза восстановительными процессами) образец грунта, примыкающего к нижней образующей трубопровода, или при выявленных коррозионных поражениях металла трубы к локальному коррозионному дефекту - трещине, коррозионной язве, и б) пробу подпленочного электролита из-под отслоившейся полимерной пленочной изоляции, и в) продукты локальной подпленочной или стресс-коррозии, примыкающие к металлу трубы в месте коррозионного дефекта, и г) катодные осадки, накопившиеся вследствие электроосмоса и микробиологической активности на поверхности раздела металл-электролит-изоляционное покрытие.

Проводят операции, описанные выше под номерами 2-6.

Результаты компьютерной обработки и кластерного анализа смешанной репрезентативной пробы грунта получают в виде графического отражения, на котором признаки потребления субстратов, свойственные сообществу микроорганизмов над локальным коррозионным поражением сгруппированы в одной области графика (фиг. 2. Участки отбора проб обозначены в двоичной системе Xy, где X - номер участка отбора пробы вдоль оси трубопровода; y - точка отбора пробы относительно тела трубы в системе часовых координат).

Такой предварительный анализ дает возможность настроить (обучить) экспертную систему распознавать признаки, свойственные сообществу микроорганизмов над конкретным выявляемым местом локального коррозионного поражения трубы, участка ее покрытия, зоной разлива нефтепродуктов и т.д.

В состав субстратов входят основные вещества, потребляемые микрофлорой грунта, в том числе сахара, аминокислоты, спирты и сложные эфиры, органические кислоты (Таблица).

Определение показателя окрашенности ячеек проводят по методу (Garland J. L., Mills A.L. Appl. Environmen. Microbiol., 1991, V. 57, N 8, p. 2351).

Показатель окрашенности определяют с помощью выражения Гарланда и Миллса: D = (R - C) / не (R - C)] / n э, где C - выраженная в показаниях прибора окраска данной ячейки, R - то же для контрольной ячейки, n - количество субстратсодержащих ячеек.

Анализ окрашенности выявляет характерные количественные и качественные различия микроорганизмов в потреблении субстратов в ситуации активной биокоррозионной деятельности микрофлоры и в отсутствии таковой.

Возможность осуществления способа подтверждается следующими примерами, но не исчерпывается ими.

Пример 1. Обучение экспертной системы разпознаванию локального коррозионного поражения.

Отбирают 5 г смешанной пробы на участке трассы с характерными коррозионными поражениями по причине локальной и/или стресс-коррозии. Смешанную пробу формируют путем отбора грунта на разных уровнях относительно тела трубы в соответствии со схемой, представленной на фиг. 1.

Полученную пробу, смешанную с водой в соотношении 1:50, обрабатывают ультразвуком при частоте 22 кГц и силе тока 0,4 A в течение 1 минуты. В каждую ячейку микрокюветы для иммунологических тестов объемом по 250 мкл вносят различные субстраты из числа 47 перечисленных в Таблице, набор минеральных солей и индикатор - тетразолий фиолетовый, высушивают и затем вносят по 0,2 мл полученной суспензии почвенных микроорганизмов. Инкубируют пробы в термостате 72 часа при 28^oC.

Проводят измерение окрашенности проб по поглощению в зеленой части спектра с помощью спектрофотометра. Сравнивают поглощение с аналогичным показателем контрольной ячейки, куда субстрат не добавляют. Разность между максимально окрашенной и бесцветной ячейкой регистрируют в ходе автоматического компьютерного анализа. Сравнение микробных сообществ проводят при помощи обработки полученных вышеуказанным способом данных по методу главных компонентов и кластерного статистического анализа.

В таблице приведен результат определения спектра ассимиляции субстратов.

На фиг. 2 приведен результат кластерного анализа субстратов для разных точек отбора проб.

Степень группирования точек позволяет выявить различия между микробными сообществами опасного и неопасного в коррозионном отношении типа ответа коррозионно-агрессивной микрофлоры по методу главных компонент. В большинстве случаев наблюдается плотное расположение точек, относящихся к образцу над местом локального коррозионного поражения.

Пример 2. Диагностика локального коррозионного поражения.

На протяженном участке газопровода вдоль трассы отбирают две пробы грунта по 1 г из пахотного горизонта непосредственно над трубопроводом.

Полученные пробы, смешанные с водой в соотношении 1:50, обрабатывают ультразвуком при частоте 22 кГц и силе тока 0,4 A в течение 1 минуты. В каждую ячейку микрокюветы для иммунологических тестов объемом по 250 мкл вносят различные субстраты из числа 47 перечисленных в таблице, набор минеральных солей и индикатор - тетразолий фиолетовый, высушивают и затем вносят по 0,2 мл полученных суспензий почвенных микроорганизмов. Инкубируют пробы в термостате 72 часа при 28^oC.

Проводят измерение окрашенности проб по поглощению в зеленой части спектра с помощью спектрофотометра. Сравнивают поглощение с аналогичным показателем контрольной ячейки, куда субстрат не добавлялся. Разность между максимально окрашенной и бесцветной ячейкой регистрируют в ходе автоматического компьютерного анализа. Сравнение микробных сообществ проводят при помощи обработки полученных вышеуказанным способом данных по методам главных компонентов и кластерного статистического анализа.

На фиг. 3 приведен результат кластерного анализа субстратов для двух точек отбора проб.

Расположение точек, характеризующих потребление субстратов сообществом микроорганизмов из пробы 1, совпадает с зоной плотного расположения точек на фиг. 2, характеризующих признаки сообщества микроорганизмов над локальным коррозионным поражением.

На этом основании делают заключение о наличии локального коррозионного поражения под местом отбора пробы 1.

Точки, характеризующие потребление субстратов сообществом микроорганизмов из пробы 2, расположены на графике случайным образом по всей плоскости, что свидетельствует об отсутствии локальной коррозии трубопровода под местом отбора пробы 2.

При создании базы данных при помощи предлагаемого способа по конкретным видам нарушения функционального состояния микробных сообществ (биокоррозии, биодеградации, биоразрушения) на объектах возможно решение задач по прогнозу соответствующего техно-, антропогенного риска. При сочетании предлагаемого способа с ингибиторным анализом перспективен поиск средств защиты от всевозможных неблагоприятных воздействий на различных этапах сукцессии природных сообществ конкретного региона.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволило не только выделить коррозионное поражение магистрального трубопровода на уровне нижней образующей (точка 5), но и по аналогичному специфическому функциональному изменению (в потреблении субстратов) осуществить диагностику локальной коррозии при отборе проб из пахотного горизонта над трубой (точка 2). Данный результат позволяет осуществлять неповреждающую диагностику без вскрытия горизонта грунта, примыкающего к нижней образующей магистрального трубопровода путем шурфования.

Список литературы.

1. Сб. "Диагностика трубопроводов". Пятая юбилейная международная деловая встреча "Диагностика-95", Т. 1. Ялта, апрель 1995, М., 1995.

2. Сб. "Конструктивная надежность трубопроводов", ВНИИГАЗ, М., 1992, стр. 145.

3. Велиюлин А.А. "Совершенствование методов ремонта газопроводов". Изд. "Нефть и газ", М., 1997, стр. 221.

4. Горленко М.В., Кожевин П.А. Дифференциация почвенных микробных сообществ с помощью мультисубстратного тестирования. Микробиология, 1994, т. 63, вып. 2, с. 289.

Способ предназначен для использования в области охраны окружающей среды, при защите металлов от коррозии, в частности при диагностике коррозионных разрушений подземных сооружений. Возможно выявление не только трещиноподобных, но и стресс-коррозионных дефектов трубопроводов. Проводят отбор проб грунта. Выделяют суспензии микроорганизмов. Осуществляют инкубирование полученной суспензии с высушенной смесью минерального солевого раствора. Инкубирование проводят до проявления окраски индикатора. Измеряют интенсивности поглощения света. Определяют показатель окрашенности. Проводят статистический кластерный анализ с помощью метода главных компонентов. Строят график, отражающий спектр потребления субстратов, и сравнивают выделенные на полученном графике зоны. По группированию на графике признаков анализируемых проб грунта судят о наличии коррозионного поражения трубопровода, о наличии процессов биоразрушения покрытия трубопровода и биодеградации загрязнителей в грунте. Уменьшается объем, длительность и трудоемкость работ за счет того, что диагностику осуществляют без вскрытия трубопровода. 1 табл. 3 ил.

Способ неразрушающей диагностики локальных разрушений трубопроводов "in situ", отличающийся тем, что проводят отбор проб грунта над трубопроводом, выделяют из них суспензии микроорганизмов, вносят полученные суспензии в высушенную смесь минерального солевого раствора, одного из источников углерода из набора субстратов для микроорганизмов и индикатора и инкубируют до проявления окраски индикатора вследствие потребления субстратов микроорганизмами, измеряют интенсивность поглощения света и определяют показатель окрашенности, проводят статистический кластерный анализ полученных данных по методу главных компонентов, строят график, отражающий спектр потребления субстратов, сравнивают выделенные на графике зоны признаков сообществ микроорганизмов анализируемых проб грунта с определенными в предварительном опыте зонами группирования признаков сообществ микроорганизмов над зарегистрированным локальным разрушением и по группированию на графике признаков анализируемых проб грунта судят о наличии коррозионного поражения трубопровода, о наличии процессов биоразрушения покрытия трубопровода и о биодеградации загрязнителей в грунте.