СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ТРУБОПРОВОДАХ Российский патент 2013 года по МПК G01N22/02 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий и может быть использовано для дефектоскопии магистральных трубопроводов, заполненных газом, нефтью, нефтепродуктами под давлением.

Известен способ обнаружения сквозных дефектов в трубопроводах [1], заключающийся в том, что излучают и принимают электромагнитные волны СВЧ-диапазона, используя трубопровод в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, а наличие сквозного дефекта определяют по СВЧ-сигналу, принимаемому приемником, удаленным от трубопровода на расстояние 1, определяемое из соотношения

где λ - длина электромагнитной СВЧ-волны, λ<1,71D, D - диаметр трубопровода;

Р₀ - мощность электромагнитной волны;

α- коэффициент ослабления электромагнитной волны в трубопроводе, на щели и в грунте;

G - коэффициент усиления приемника;

Р_{а min} - пороговая мощность приемника;

L - длина непрерывно контролируемого участка трубопровода.

Недостатком этого способа является низкая точность определения местонахождения дефекта в трубопроводе и отсутствие возможности дальнейшего его уточнения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения дефектов в трубопроводах [2], заключающийся в том, что к трубопроводу подключают СВЧ-генератор, трубопровод используется в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, перемещают приемник СВЧ-сигнала вдоль трассы трубопровода, местоположение дефекта определяют по максимальному значению принимаемого СВЧ-сигнала, координаты дефекта определяют с помощью GPS-приемника.

Недостатком этого способа является необходимость прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта. Кроме того, большая часть повреждений образуется в момент произведения пуско-наладочных работ, когда меняется режим давления в трубопроводе, из-за чего могут возникнуть крупные повреждения или сквозные дефекты. Если судить о повреждении (дефекте) по спаду давления, то возможны значительные утечки нефти или газа, прежде, чем повреждение будет обнаружено. Применение указанного метода также затруднительно, поскольку необходимость прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта приводит к увеличению времени поиска дефекта.

Цель изобретения - устранение необходимости прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта и возможность определения наличия дефекта во время проведения пуско-наладочных работ, а также повышение точности определения местонахождения дефекта в трубопроводе.

Для достижения этой цели в предлагаемом способе определения дефектов в трубопроводах, включающем подключение СВЧ-генератора к трубопроводу, использование трубопровода в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, наличие и местоположение дефекта определяют по СВЧ-сигналу, принимаемому двумя приемниками СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси

,

где L - длина исследуемого участка трубопровода;

α - максимальный угол поворота сканирующей антенны приемника.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего определение сквозных дефектов в трубопроводах по данному способу, на фиг.2 - расположение приемников СВЧ-сигнала по отношению к трубопроводу (вид сверху).

Устройство подключается к трубопроводу 1, имеющему дефект 10, через устройство ввода СВЧ-энергии 2, и содержит генератор 3, два приемника СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами 4 и 4', расположенных в середине участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси, селективные усилители 5 и 5', детекторы 6 и 6', информация от которых передается в блок автоматизированной обработки 7 через радиоканал 9, а затем на индикатор 8.

Принцип работы устройства, реализующего данный способ, заключается в следующем. Создаваемый генератором 3 импульс электромагнитного излучения СВЧ-диапазона посредством устройства ввода 2 возбуждает в трубопроводе 1 электромагнитную волну. Тип и рабочую длину волны λ выбирают с учетом обеспечения приемлемого для практики затухания и стабильности структуры поля (волны) в трубопроводе диаметром D.

При передаче электромагнитной энергии по волноводам в СВЧ-диапазоне принято работать на низшем типе (основном) колебаний (Изюмова Т.И., Свиридов В.Т. Волноводы, коаксиальные и полосовые линии. М.: Энергия, 1975). Для круглого волновода этим типом является Н₁₁. С учетом диаметра трубы рабочую длину волны λ выбирают из соотношения

1,31D<λ<1,71D,

где D - диаметр трубопровода.

При соблюдении этого условия в волноводе будет существовать только основная волна Н₁₁ и передаваемая энергия не будет перераспределяться на другие типы, менее благоприятные по условиям их распространения в волноводе. По мере распространения по трубопроводу-волноводу часть энергии СВЧ-импульса расходуется на потери в стенках. При прохождении импульса по участку трубопровода-волновода с дефектом часть энергии излучается через щель (дефект) 10 в свободное пространство, являясь информативным сигналом для обнаружения и определения местоположения дефекта-щели. Этот сигнал одновременно принимается двумя синхронными сканирующими антеннами приемников СВЧ-сигнала 4 и 4', расположенных в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси, усиливается селективными усилителями 5 и 5' и подается на детекторы 6 и 6', после чего через радиоканал 9 подается на блок автоматизированной обработки 7 и выводится на индикатор 8. Блок автоматизированной обработки 7 автоматически выдает информацию о наличии и местоположении дефекта по каналу связи на диспетчерский пункт.

Таким образом, за счет установки двух приемников СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси, отсутствует необходимость прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта и имеется возможность определения наличия дефекта во время проведения пуско-наладочных работ. Повышение точности определения местонахождения дефекта в трубопроводе достигается за счет наличия двух приемников СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси.

Использованные источники

1. Патент 2020467, Россия, МПК G01N 27/90. Способ обнаружения сквозных дефектов в трубопроводах / Арзин А.П.; Жуков В.Л.; Левин С.Ю.; Овчинников В.П.; Саяпин А.Ф.; Фетисов Г.О.; Шиян В.П.; Штейн Ю.Г.

2. Патент 2362159, Россия, МПК G01N 27/90. Способ обнаружения дефектов в трубопроводах / Кандаев В.А., Авдеева К.В., Котельников А.В.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий и может быть использовано для дефектоскопии магистральных трубопроводов, заполненных газом, нефтью, нефтепродуктами под давлением. Для устранения необходимости прохождения вдоль трассы трубопровода для определения местоположения дефекта и возможности определения наличия дефекта во время проведения пуско-наладочных работ в способе определения дефектов в трубопроводах, включающем подключение СВЧ-генератора к трубопроводу, использование трубопровода в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, наличие и местоположение дефекта определяют по СВЧ-сигналу, принимаемому двумя приемниками СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси: , где L - длина исследуемого участка трубопровода; α - максимальный угол поворота сканирующей антенны приемника. 2 ил.

Способ определения дефектов в трубопроводах, включающий подключение СВЧ-генератора к трубопроводу, использование трубопровода в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, определение наличия дефекта по СВЧ-сигналу, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал принимают двумя приемниками СВЧ-сигнала с синхронными сканирующими антеннами, расположенными в середине исследуемого участка трубопровода по обеим сторонам на расстоянии а от его оси:

где L - длина исследуемого участка трубопровода;
α - максимальный угол поворота сканирующей антенны приемника.