СПОСОБ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов акустическими методами и может быть использовано для выявления дефектов и контроля герметичности трубопроводов по сигналам акустической эмиссии (АЭ).

При эксплуатации трубопроводов наибольшую потенциальную опасность представляют различные подводные переходы, переходы через железные и автодороги, участки вблизи населенных пунктов. Нарушение целостности подводных переходов трубопроводов приводит к тяжелым экологическим последствиям. Основными условиями безопасной эксплуатации таких участков являются своевременное обнаружение и локализация развивающихся дефектов металла трубопровода. Это может быть достигнуто постоянным контролем за техническим состоянием конструкции. Очевидно, наиболее полно этой задаче соответствует установка на опасных участках трубопровода стационарных систем контроля, например систем на основе акустической эмиссии.

Известен способ, когда датчики стационарно устанавливаются на объекте контроля и по кабелям связи коммутируются со стационарным блоком обработки регистрируемых сигналов. При увеличении давления в трубе дефектные участки стенки трубы излучают сигналы акустической эмиссии, которые регистрируются датчиками и с них поступают в блок обработки информации. По результатам обработки делают вывод о наличии дефекта и его местоположении (патент США 5416724, G 01 M 3/24, 1995 г.; патент Японии 64-1734, класс G 01 M 3/24 1990 г.).

Способы диагностики, основанные на использовании таких систем, очень дорогостоящие и малопроизводительные, так, одной системой можно контролировать участок трубопровода протяженностью не более 700-800 метров из-за затухания сигналов в кабелях связи.

Недостатками также являются необходимость нахождения в непосредственной близости от объекта контроля чрезвычайно дорогостоящей стационарной аппаратной части системы и, следовательно, принятия дополнительных охранных мер, необходимость обеспечения постоянным электропитанием, прокладки кабельных линий связи между датчиками и стационарной аппаратной частью. Следует отметить, что существующие стационарные системы ориентированы на обнаружение утечек транспортируемого продукта и не отслеживают развитие дефектов металла до образования течи.

Известен способ АЭ диагностики трубопроводов, в соответствии с которым перемещение диагностической системы внутри трубопровода происходит под действием протекающей жидкости и регистрируется акустическое излучение от течи (патент РФ 2057332, G 01 N 29/14, 1996).

Недостатками способа являются сложность выделения полезных АЭ сигналов на фоне шумов, производимых движущимся диагностическим снарядом, проблемы связанные с работой устройства внутри трубопровода, необходимость строительства камер приема-запуска снаряда, невозможность применения внутритрубных аппаратов на трубопроводах с разным диаметром труб, а также отсутствие практических наработок в области применения метода акустико-эмиссионного контроля для внутритрубных систем.

Известен также способ, когда стационарно установленные датчики коммутируются с аппаратной частью обработки сигнала через радиоканал (патент РФ 2146810, G 01 M 5/00, 2000).

Недостатком этого способа является сложность обеспечения сохранности оборудования системы по трассе трубопровода, необходимость обеспечения электропитанием.

Известно, что для обнаружения дефектов достаточно эффективен периодический АЭ контроль с помощью переносных АЭ комплексов. Такой контроль широко применяется на линейной части магистральных и межпромысловых трубопроводов.

Способ АЭ контроля стенки трубопровода, основанный на возникновении волнового акустического излучения в процессе образования и развития дефектов структуры материала трубопровода. При этом через каждые 40-100 метров отрывают шурфы в земле, вскрывая участок трубопровода, зачищают его поверхность от изоляции и устанавливают на нее акустический преобразователь, соединенный проводниками с акустико-эмиссионной аппаратурой. Затем провоцируют подрастание дефекта, нагружают трубопровод повышенным внутренним давлением. Подрастающий дефект генерирует акустоэмиссионную волну, которая принимается и преобразуется акустическим преобразователем в электрический сигнал, по параметрам которого судят о наличии и опасности дефекта. Измерения проводят одно- или многоканальными системами. По окончании цикла подъема давления и снятия измерений датчики снимаются с объекта контроля, восстанавливается изоляция, шурфы закапываются. Такая процедура повторяется для следующего участка трубопровода и т. д. (Обз. инф. Сер. Транспорт и подземное хранение газа, М.: ВНИИГазпром, 1989, вып.6, с.25-27).

Недостатком такого технического решения является то, что для проведения повторных измерений для контроля состояния объекта в течение времени, вновь повторяется весь цикл работ, указанный выше, а стоимость земляных и подготовительных работ сравнима со стоимостью проведения АЭ-контроля. Более того, в силу физических ограничений метода невозможно уверенно контролировать участки трубопровода при расстояниях между АЭ датчиками более 150-200 метров, например участки водных переходов. Также недостатком является сложность или невозможность откопки шурфов в зимний период.

Сущность изобретения.

Способ акустико-эмиссионного контроля технического состояния трубопровода заключается в том, что по длине трубопровода размещают АЭ преобразователи, нагружают трубопровод, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по их параметрам судят о наличии источников АЭ, связанных с развивающимися дефектами или течами, и степени поврежденности трубопровода.

Способ отличается тем, что трубопровод оснащают стационарными герметичными АЭ преобразователями с выходными кабелями связи. Кабели связи через защитный канал выводят в доступное место, например на поверхность земли, и закрывают защитным корпусом - ковером. На концах кабелей связи устанавливают разъемы для коммутации с мобильной аппаратной частью АЭ системы. Контроль осуществляют с необходимой периодичностью путем подключения стационарных датчиков к мобильному блоку сбора и обработки сигналов.

Таким образом, одной мобильной аппаратной частью АЭ системы можно проводить контроль большого количества объектов, например, водных переходов или разных трубопроводов практически с любой заданной периодичностью. При этом обеспечивается стабильность проведения контроля и возможность сравнения результатов АЭ контролей, проводимых в разное время, для прогнозирования развития ситуации. При первом обследовании акустические сигналы записываются на носителе информации и хранятся в паспорте трубопровода. При последующих обследованиях эти данные используются как эталон для сравнения с полученными измерениями акустических характеристик трубопровода и оценки возможных изменений состояния трубопровода.

При такой компоновке решаются две основные проблемы.

Первая: кратно снижается стоимость системы, т.к. стоимость АЭ преобразователей и кабелей связи незначительна по отношению к стоимости аппаратной части АЭ системы.

Вторая: исключается наиболее трудоемкая операция при проведении периодического АЭ контроля, а именно открытие шурфов и установка АЭ преобразователей, которая проводится один раз при монтаже системы. Данное изобретение направлено на снижение стоимости диагностики и повышение чувствительности диагностики за счет качественной установки стационарных АЭ преобразователей. Повышение достоверности диагностики за счет обеспечения постоянства условий измерений (стабильности параметров). Система поддается модернизации, так как можно применять различные, более современные мобильные аппаратные части АЭ системы, для единожды установленных стационарных герметичных АЭ преобразователей.

На чертеже показана схема для осуществления способа.

Предложенный способ осуществляется следующим образом. Вновь строящиеся, реконструируемые или диагностируемые трубопроводы или их участки 1 оснащают стационарными герметичными АЭ преобразователями 2 и кабелями связи 3. АЭ преобразователь 2 состоит из датчика, совмещенного с предусилителем. Как правило, используются активные датчики с возможностью излучения высокочастотных импульсов для настройки и калибровки высокочастотной аппаратуры, например ПУ ПЭПЖТ 200. Датчик с предусилителем помещают в герметичный корпус типа стакан с крышкой и с помощью прижимной оснастки через контактную смазку (например, эпоксидную смолу), обеспечивающую максимальный акустический контакт, устанавливают непосредственно на тело трубопровода. Корпус заливают герметизирующим веществом, например компаундом, на основе эпоксидной смолы. Кабель связи 3, например РК50, выводится через герметизирующий грибковый затвор в трубу 4 и выходит на поверхность выше уровня земли. Кабель заканчивается стандартным разъемом 5, например СР50, и помещается в специально оборудованный корпус - ковер 6, предохраняющий от внешних воздействий.

За счет качественной установки АЭ преобразователей с тарированным усилием прижима повышается чувствительность диагностики, чего сложно добиться при установке съемных датчиков в полевых условиях, а также повышается достоверность диагностики за счет обеспечения постоянства условий измерения (стабильность параметров) и возможности сравнения данных АЭ контроля полученных в разное время.

При проведении контроля мобильная аппаратная часть 7 АЭ системы коммутируется с АЭ преобразователем через разъем 5. После чего проводят АЭ контроль традиционными способами. Аппаратная часть 7 устанавливается на мобильном средстве, например автомобиле, и перемещается либо вдоль трубопровода, либо от объекта к объекту. Таким образом, одной мобильной аппаратной частью 7 АЭ системы можно контролировать большое количество переходов, трубопроводы любой длины, практически с любой заданной периодичностью и в любое время года.

При первом обследовании акустические сигналы записываются на носителе информации, например CD, и хранятся в паспорте трубопровода. При последующих обследованиях эти данные используются как эталон для оценки возможных изменений состояния трубопровода.

Низкая стоимость и высокая эффективность подобных стационарных систем периодического АЭ контроля делает их привлекательными для применения не только на магистральных, но и на межпромысловых трубопроводах и особенно для оснащения подводных переходов трубопроводов.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля состояния трубопроводов по сигналам акустической эмиссии. Способ акустико-эмиссионного (АЭ) контроля технического состояния трубопровода заключается в том, что по длине трубопровода размещают АЭ преобразователи, нагружают трубопровод, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по параметрам сигналов акустической эмиссии судят о степени поврежденности трубопровода При этом трубопровод оснащают стационарными АЭ преобразователями, каждый из которых установлен в герметичный защитный корпус и прижат с тарированным усилием к телу трубопровода посредством прижимной оснастки через обеспечивающую максимальный акустический контакт АЭ преобразователя с телом трубопровода контактную смазку, и содержит кабель с разъемом на конце, помещенным в защитный корпус, и выведенный через защитный канал на поверхность земли, затем коммутируют АЭ преобразователь с заданной периодичностью с мобильной аппаратной частью АЭ системы. При первом обследовании акустические сигналы могут быть записаны на носителе информации, например CD, и в дальнейшем они могут сравниваться с последующими измерениями акустических характеристик трубопровода. Данный способ направлен на снижение стоимости диагностической АЭ системы, а также повышение достоверности диагностики состояния трубопроводов. 1 ил.

1. Способ акустико-эмиссионного (АЭ) контроля технического состояния трубопровода, заключающийся в том, что по длине трубопровода размещают АЭ преобразователи, нагружают трубопровод, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по параметрам сигналов акустической эмиссии судят о степени поврежденности трубопровода, отличающийся тем, что трубопровод оснащают стационарными АЭ преобразователями, каждый из которых установлен в герметичный защитный корпус и прижат с тарированным усилием к телу трубопровода посредством прижимной оснастки через обеспечивающую максимальный акустический контакт АЭ преобразователя с телом трубопровода контактную смазку, и содержит кабель с разъемом на конце, помещенный в защитный корпус и выведенный через защитный канал на поверхность земли, при этом коммутируют АЭ преобразователь с заданной периодичностью с мобильной аппаратной частью АЭ системы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при первом обследовании акустические сигналы записывают на носителе информации, например CD, и в дальнейшем сравнивают с последующими измерениями акустических характеристик трубопровода.