СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2008 года по МПК G01N23/18 

Изобретение относится к области дефектоскопии, а более конкретно к технике неразрушающего контроля стенок трубопроводов.

Из уровня техники известен способ диагностики состояния магистрального трубопровода, включающий формирование в трубопроводе отделенного герметично с обеих сторон от остального объема трубопровода технологического отсека, внешней стенкой которого является стенка трубопровода, заполнение полости технологического отсека жидкой средой, маркированной индикаторным радиоактивным веществом, перемещение заполненного упомянутой выше жидкой средой технологического отсека вдоль контролируемого участка трубопровода, промывку внутренней поверхности стенки трубопровода после прохождения технологического отсека, перемещение внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа с детектором гамма-излучения индикаторного радиоактивного вещества с записью зависимости уровня гамма-излучения от пройденного снарядом-дефектоскопом расстояния, при этом технологический отсек перемещают со скоростью, обеспечивающей при прохождении дефектной зоны трубопроводе утечку за пределы трубопровода находящейся в технологическом отсеке жидкой среды в количестве, достаточном для его регистрации детектором снаряда-дефектоскопа, проходящим по трубопроводу после промывки внутренней поверхности его стенки средой, не содержащей радиоактивные вещества (см. патент US - А - №3045116, 1962).

Недостаток этого способа заключается в необходимости разработки и проведении дорогостоящих мероприятий но экологической защите как транспортируемого по трубопроводу продукта, так и прилегающих к трубопроводу регионов сельскохозяйственного производства, особенно при диагностировании трубопроводов большого диаметра, поскольку в этих случаях объем полости технологического отсека, а следовательно объем жидкой среды, маркированной индикаторным радиоактивным веществом, будет превышать 10³ м³.

Известен также способ диагностики состояния магистрального трубопровода, который взят в качестве прототипа и согласно которому стенку трубопровода изнутри облучают пучком проникающего, например, рентгеновского излучения с панорамной геометрией относительно оси источника рентгеновского излучения, который дискретно перемещают в направлении своей оси по трубопроводу, причем в фиксированных положениях источника рентгеновского излучения измеряют азимутальное распределение интенсивности прошедшего через стенку трубопровода рентгеновского излучения, а о наличии дефекта на каждом диагностируемом кольцевом участке стенки трубопровода судят по наличию в соответствующем ему измеренном распределении интенсивности прошедшего через стенку трубопровода рентгеновского излучения превышающего заданное пороговое значение изменения (относительно определенного при калибровке значения) интенсивности рентгеновского излучения (см. патент RU - C1 - №2123683, 1997).

Недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает высокой чувствительности при идентификации дефектов в стенке трубопровода, поскольку несоосность пучка рентгеновского излучения с панорамной геометрией оси трубопровода приводит к паразитной модуляции в азимутальном распределении интенсивности прошедшего черев стенку трубопровода рентгеновского излучения.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению чувствительности при идентификации дефектов в стенке трубопровода за счет исключения влияния несоосности источника рентгеновского излучения относительно трубопровода на результаты измерений.

Поставленная задача решена тем, что в способе диагностики состояния магистрального трубопровода, в котором стенку трубопровода изнутри облучают пучком рентгеновского излучения с панорамной геометрией относительно оси источника рентгеновского излучения, который дискретно перемещают в направлении своей оси по трубопроводу, согласно изобретению в фиксированных положениях источника рентгеновского излучения преобразуют азимутальное распределение интенсивности прошедшего через стенку трубопровода рентгеновского излучения в электрический сигнал с помощью многоэлементного преобразователя, содержащего, по крайней мере, один ряд расположенных в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, двух одинаковых групп из N ориентированных радиально в направлении к оси трубопровода рентгеночувствительных элементов, причем рентгеночувствительные элементы первой группы и рентгеночувствительные элементы второй группы расположены равномерно по соответствующей каждой группе половине длины соосной оси трубопровода окружности и попарно симметрично относительно разделяющего группы рентгеночувствительных элементов диаметра этой же окружности, при этом предварительно на бездефектном участие трубопровода многоэлементный преобразователь устанавливают в рабочее положение путем поворота его вокруг оси трубопровода до совмещения диаметра, разделяющего первую и вторую группы рентгеночувствительных элементов с диаметром, пересекающим под прямым углом ось источника рентгеновского излучения и ось трубопровода, а в фиксированных положениях источника рентгеновского излучения измеряют разность сигналов между каждой из N пар рентгеночувствительных элементов первой и второй групп, имеющих одинаковый порядковый номер n=1, 2, 3, ..., N, причем о наличии и месте дефекта судят соответственно по величине и знаку измеряемых разностных сигналов.

Преимущества предложенного способа диагностики состояния магистрального, трубопровода перед прототипом заключаются в том, что благодаря использованию многоэлементного преобразователя, содержащего, по крайней мере, один ряд расположенных в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, двух одинаковых групп из N ориентированных радиально в направлении к оси трубопровода рентгеночувствительных элементов, причем рентгеночувствительные элементы каждой группы расположены равномерно по соответствующей каждой группе половине длины соосной оси трубопровода окружности и попарно симметрично относительно разделяющего группы рентгеночувствительных элементов диаметра упомянутой выше окружности, который предварительно на бездефектном участке трубопровода устанавливают, как описано выше, в рабочее положение, обеспечивается возможность автоматической компенсации влияния несоосности источника рентгеновского излучения и трубопровода на результаты измерений за счет измерения разности сигналов между каждой из N пар рентгеночувствительных элементов первой и второй групп, имеющих одинаковый порядковый номер n=1, 2, 3, ..., N.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанной выше совокупностью существенных признаков ожидаемого технического результата.

На фиг.1 схематично представлен предпочтительный вариант осуществления способа диагностики состояния магистрального трубопровода; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1 (схематично увеличено), на фиг.3 - другой вариант выполнения многоэлементного преобразователя рентгеновского излучения в электрический сигнал.

Предложенный способ диагностики состояния магистрального трубопровода может быть реализован с использованием известного из уровня техники дистанционно управляемого автономного самоходного рентгеновского дефектоскопа (кроулера), включающего (фиг.1) самоходную тележку 1 с не показанными на чертеже: электромеханическим приводом, источником питания электродвигателя электромеханического привода (в качестве которого используют либо аккумуляторную батарею, или агрегат из ДВС и генератора электрической энергии) и источником высокого напряжения. Кроме того, на самоходной тележке 1 установлены: источник 2 рентгеновского излучения (рентгеновская трубка) с панорамной геометрией пучка 3 относительно оси 4 источника 2 рентгеновского излучения, детектор 5 проникающего излучения и устройство 6 управления самоходным рентгеновским дефектоскопом, к управляющему входу которого подключен детектор 5, а к выходам - управляемые им блоки самоходного рентгеновского дефектоскопа. Управление перемещением самоходного рентгеновского дефектоскопа внутри диагностируемого трубопровода 7 с осью 8 осуществляется с помощью командного аппарата 9, который выполнен либо на источнике гамма-излучения (см. авторское свидетельство SU - A - №1436034, 1984), либо на источнике импульсного рентгеновского излучения (см. прототип). В последнем случае командный аппарат 9 выполнен с дистанционным пультом 10 управления (на фиг.1 показан штриховой линией). Преобразование интенсивности прошедшего через стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения осуществляют с помощью много элементного преобразователя 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал, который (в простейшем случае) содержит, по крайней мере, один ряд 12¹ расположенных в плоскости, перпендикулярной оси 8 трубопровода 7, двух одинаковых групп из N ориентированных радиально в направлении к оси 8 рентгеночувствительных элементов соответственно 13¹÷13^N и 14¹÷14^N. Рентгеночувствительные элементы первой группы 13¹÷13^N и рентгеночувствительные элементы второй группы 14¹÷14^N расположены равномерно по соответствующей каждой группе половине длины соосной оси 8 окружности (фиг.2) и попарно симметрично относительно разделяющего группы рентгеночувствительных элементов 13¹÷13^N и l4¹÷14^N диаметра 15 этой окружности.

Рентгеночувствительные элементы 13¹÷13^N и 14¹÷14^N размещены на дугообразных подложках 16 и 17, например, соединенных между собой шарниром 18 и снабженных замком, например штифтом 19. На фиг.3 показан (вид сбоку) многоэлементный преобразователь 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал, который выполнен из М одинаковых рядов 12¹÷12^M рентгеночувствительных элементов. Каждый рентгеночувствительный элемент 13ⁿ первой группы и каждый рентгеночувствительный элемент 14ⁿ второй группы, где n=1, 2, ..., N с помощью соответствующего спаренного переключателя 20¹, ..., 20ⁿ, ..., 20^N подключен либо к соответствующему каждому из них измерителю 21¹, ..., 21ⁿ, ..., 21^N и 22¹, ..., 22ⁿ, ...,22^N или к общему для каждой пары рентгеночувствительных элементов 13¹, 14¹; ...; 13ⁿ, 14ⁿ; ...; 13^N, 14^N дифференциальному усилителю 23¹, ..., 23ⁿ, ..., 23^N. Второй (инверсный) вход каждого измерителя 21¹÷21^N и 22¹÷22^N соединен с источником 24 регулируемого опорного напряжения. Диаметр, пересекающий под прямым углом оси 4 и 8, обозначен позицией 25. Многоэлементный преобразователь 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал может быть выполнен также с использованием приборов с зарядовой связью (ПЗС линеек, матриц). На чертежах используются также следующие обозначения: R и d - соответственно внутренний радиус и толщина стенки трубопровода 7, ψ и ϕ - углы соответственно в полярной системе координат с центром на оси 8 и в полярной системе координат с центром на оси 4.

Способ диагностики состояния магистрального трубопровода осуществляется следующим образом. Автономный самоходный рентгеновский дефектоскоп размещают внутри трубопровода 7, а снаружи трубопровода 7 путем сначала разведения, а затем смыкания шарнирно соединенных между собой дугообразных элементов 16 и 17 с установленными на них соответственно рентгеночувствительными элементами 13¹÷13^N и 14¹÷14^N, размещают многоэлементный преобразователь 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал. При этом в большинстве случаев имеет места несоосность оси 4 источника 2 рентгеновского излучения оси 8 трубопроводе 7 (фиг.2). В результате расстояние от оси 4 источника 2 рентгеновского излучения до внутренней поверхности трубопровода 7, имеющей радиус R, не будет постоянным, а будет, в зависимости от угла ϕ в полярной системе координат с центром на оси 4, изменяться от R+Δ до R-Δ, где Δ - расстояние между осями 4 и 8. Кроме того, в зависимости от угла ψ будет изменяться и длина L пути рентгеновского излучения в стенке трубопровода 7, а именно L=d·[cos(ψ-ϕ)]^-1, где d - толщина стенки трубопровода, ψ - угол в полярной системе координат с центром на оси 8. Следствием перечисленных выше факторов является паразитная модуляция измеряемого многоэлементным преобразователем И рентгеновского излучения в электрический сигнал азимутального распределения интенсивности прошедшего через бездефектную стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения. Настоящий способ диагностики состояния магистрального трубопровода 7 основан на следующих установленных закономерностях упомянутой выше паразитной модуляции распределения интенсивности прошедшего через бездефектную стенку 7 трубопровода рентгеновского излучения, а именно: интенсивность прошедшего через бездефектную стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения попарно одинакова в точках, соответствующих концам каждой хорды, перпендикулярной диаметру 25, пересекающему оси 4 и 8, существует одна хорда, перпендикулярная диаметру 25, в точках, соответствующих ее концам, интенсивность прошедшего через бездефектную стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения равна интенсивности прошедшего через бездефектную стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения в случае, когда ось 4 соосна оси 8.

Иными словами, азимутальное распределение интенсивности прошедшего через бездефектную стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения симметрично относительно продольной плоскости, проходящей через диаметр 25 трубопровода 7.

В соответствии с изложенным многоэлементный преобразователь 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал устанавливают в рабочее положение, при котором диаметр 15, разделяющий первую 13¹÷13^N и вторую 14¹÷14^N группы рентгеночувствительных элементов, совмещен с диаметром 25. В предпочтительном варианте осуществления изобретения это можно осуществить с помощью того же многоэлементного преобразователя 11. Для этого подают высокое напряжение на источник 2 рентгеновского излучения и определяют сначала пространственное положение диаметра 25 путем измерения сначала с помощью многоэлементного преобразователя 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал азимутального распределения интенсивности прошедшего через стенку заранее определенного бездефектного участка трубопровода 7, а затем определения положения на внешней поверхности стенки трубопровода 7 двух точек, являющихся концами хорды, перпендикулярной диаметру 25, в которых измеренная интенсивность прошедшего через стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения равна интенсивности прошедшего через бездефектную стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения, измеренной заранее при калибровке в случае, когда ось 4 соосна оси 8. Для этого спаренные переключатели 20¹, ..., 20ⁿ, ..., 20^N переводят в положение, при котором каждый рентгеночувствительный элемент 13¹, ..., 13ⁿ, ..., 13^N первой группы подключен к первому входу соответствующего ему измерителя 21¹, ..., 21ⁿ, ..., 21^N, а каждый рентгеночувствительный элемент 14¹, ..., 14ⁿ, ..., 14^N второй группы подключен к первому входу соответствующего ему измерителя 22¹, ..., 22ⁿ, ..., 22^N. Вторые (инверсные) входы измерителей 21¹÷21^N и 22¹÷22^N подключены к источнику 24 регулируемого опорного напряжения, величина которого устанавливается заранее при калибровке и равна сигналу на выходе рентгеночувствительного элемента (13¹÷13^N или 14¹÷14^N) в случае, когда ось 4 соосна оси 8.

В результате на выходе каждого измерителя 21¹÷21^N и 22¹÷22^N формируется сигнал, равный разности сигналов с выхода соответствующего рентгеночувствительного элемента 13¹÷13^N и l4¹÷14^N и источника 24 регулируемого опорного напряжения. Следовательно, положение на внешней поверхности трубопровода 7 двух точек, являющихся концами хорды, перпендикулярной диаметру 25 и в которых измеренная интенсивность прошедшего через стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения равна интенсивности прошедшего, через бездефектную стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения в случае, когда ось 4 соосна оси 6, определяют по положению рентгеночувствительных элементов, сигнал на выходе соответствующих им измерителей равен нулю. После этого поворачивают многоэлементный преобразователь 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал вокруг оси 8 до совмещения диаметра 15, разделяющего первую 13¹÷13^N и вторую 14¹÷14^N группы рентгеночувствительных элементов, с диаметром 25, пересекающим под прямым углом оси 4 и 8, при этом рентгеночувствительные элементы, подключенные к соответствующему каждому из них измерителю, имеющему нулевой выходной сигнал, будут расположены соответственно один в первой группе рентгеночувствительных элементов, а другой под тем же порядковым номером - во второй группе рентгеночувствительных элементов. Здесь необходимо отметить, что определение пространственного положения диаметра 25 можно осуществить аналогично тому, как описано выше, но используя дополнительно один рентгеночувствительный элемент, который перемещают по окружности, соосной оси 8.

Далее имеющие одинаковый порядковый номер рентгеночувствительные элементы первой и второй групп попарно подключают ко входам, соответствующим каждой паре рентгеночувствительных элементов дифференциального усилителя 23¹÷23^N. Для этого спаренные переключатели 20¹÷20^N переводятся в другое положение.

После этого автономный самоходный рентгеновский дефектоскоп, а следовательно, и установленный на нем источник 2 рентгеновского излучения с панорамной геометрией пучка 3 относительно оси 4 дискретно перемещают в направлении своей оси 4 по трубопроводу 7 по командам, формируемыми командным аппаратом 9. С помощью командного аппарата 9 осуществляют формирование сигналов управления как перемещением автономного самоходного рентгеновского дефектоскопа (ВПЕРЕД, НАЗАД, ОСТАНОВКА), так и его работой (ВКЛЮЧЕНО, ВЫКЛЮЧЕНО). Если командный аппарат 9 выполнен на источнике гамма-излучения (см. авторское свидетельство SU - А - №1436034, 1984), то формирование сигналов управления осуществляется командным аппаратом 9, который находится в руках оператора, совершающего в зависимости от вида сигнала управления маховое движение в требуемом направлении относительно трубопровода. Если командный аппарат 9 выполнен на источнике импульсного рентгеновского излучения (см. прототип), то формирование сигналов управления осуществляется с помощью дистанционного пульта 10 управления. Прошедшее через стенку трубопровода 7 проникающее (гамма- или рентгеновское) излучение с помощью установленного на самоходном рентгеновском дефектоскопе детектора 5 (соответственно гамма- или рентгеновского) излучения преобразуют и электрический сигнал, который поступает на вход устройства 6 управления автономного самоходного рентгеновского дефектоскопа.

В фиксированных положениях источника 2 рентгеновского излучения стенку трубопровода 7 облучают изнутри пучком 3 рентгеновского излучения с панорамной геометрией относительно оси 4, а с помощью установленного, как было описано выше, многоэлементного преобразователя 11 преобразуют интенсивность прошедшего через стенку трубопровода 7 рентгеновского излучения в электрический сигнал и измеряют разность сигналов между каждой из N пар рентгеночувствительных элементов первой и второй групп, имеющих одинаковый порядковый номер, а именно 13ⁿ и 14ⁿ, где n=1, 2, ..., N. О наличии дефекта на каждом диагностируемом кольцевом участка стенки трубопровода 7 судят по наличию сигнала на выходе, по крайней мере, одного дифференциального усилителя 23¹÷23^N, превышающего заданное пороговое значение, а о расположении дефекта - по полярности упомянутого выше сигнала.

Здесь необходимо отметить, что выполнение многоэлементного преобразователя 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал в виде М рядов 12¹÷12^M (фиг.3) рентгеночувствительных элементов позволяет с одной стороны повысить разрешающую способность, а с другой стороны исключить операцию продольного сканирования каждого диагностируемого кольцевого участка стенки трубопровода 7 многоэлементным преобразователем 11 рентгеновского излучения в электрический сигнал, содержащим один ряд 12¹ рентгеночувствительных элементов 13¹÷13^N и 14¹÷14^N.

Предложенный способ диагностики состояния магистрального трубопровода может быть использован как при ремонте или профилактическом контроле действующих магистральных трубопроводов, так и при их строительстве.

Использование: для диагностики состояния магистрального трубопровода. Сущность: заключается в том, что стенку трубопровода изнутри облучают пучком рентгеновского излучения с панорамной геометрией относительно оси источника рентгеновского излучения, используя рентгеночувствительные элементы первой группы и рентгеночувствительные элементы второй группы, расположенные равномерно по соответствующей каждой группе половине длины соосной оси трубопровода окружности и попарно симметрично относительно разделяющего группы рентгеночувствительных элементов диаметра этой же окружности, при этом предварительно на бездефектном участке трубопровода многоэлементный преобразователь устанавливают в рабочее положение путем поворота его вокруг оси трубопровода до совмещения диаметра, разделяющего первую и вторую группы рентгеночувствительных элементов с диаметром, пересекающим под прямым углом ось источника рентгеновского излучения и ось трубопровода, а в фиксированных положениях источника рентгеновского излучения измеряют разность сигналов между каждой из N пар рентгеночувствительных элементов первой и второй групп, имеющих одинаковый порядковый номер n=1, 2, 3, ..., N, причем о наличии и месте дефекта судят соответственно по величине и знаку измеряемых разностных сигналов. Технический результат: повышение чувствительности при идентификации дефектов в стенке трубопровода. 3 ил.

Способ диагностики состояния магистрального трубопровода, согласно которому стенку трубопровода изнутри облучают пучком рентгеновского излучения с панорамной геометрией относительно оси источника рентгеновского излучения, который дискретно перемещают в направлении своей оси по трубопроводу, отличающийся тем, что в фиксированных положениях источника рентгеновского излучения преобразуют азимутальное распределение интенсивности прошедшего через стенку трубопровода рентгеновского излучения в электрический сигнал с помощью многоэлементного преобразователя, содержащего, по крайней мере, один ряд расположенных в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, двух одинаковых групп из N ориентированных радиально в направлении к оси трубопровода рентгеночувствительных элементов, причем рентгеночувствительные элементы первой группы и рентгеночувствительные элементы второй группы расположены равномерно по соответствующей каждой группе половине длины соосной оси трубопровода окружности и попарно симметрично относительно разделяющего группы рентгеночувствительных элементов диаметра этой же окружности, при этом предварительно на бездефектном участке трубопровода многоэлементный преобразователь устанавливают в рабочее положение путем поворота его вокруг оси трубопровода до совмещения диаметра, разделяющего первую и вторую группы рентгеночувствительных элементов с диаметром, пересекающим под прямым углом ось источника рентгеновского излучения и ось трубопровода, а в фиксированных положениях источника рентгеновского излучения измеряют разность сигналов между каждой из N пар рентгеночувствительных элементов первой и второй групп, имеющих одинаковый порядковый номер n=1, 2, 3, ..., N, причем о наличии и месте дефекта судят соответственно по величине и знаку измеряемых разностных сигналов.