Способ определения сигнала от стенки трубы по данным ВИП CD статистики энергетических линий Российский патент 2019 года по МПК G01N23/04 

Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля материалов и изделий, и может быть использовано для выявления дефектов трубопровода по данным ультразвукового внутритрубного дефектоскопа.

Известны система и способ для осуществления ультразвукового измерения свойств стенки трубопровода (патент RU 2573712, МПК G01N 29/04, приоритет с 07.10.2011). Сущность изобретения заключается в том, что измеряют толщину стенки трубопровода как функцию от положения с использованием распространения ультразвука. Используют серию прогнозных моделей, которые задают прогнозы ультразвуковых сигналов отклика как функцию от различных наборов параметров, которые являются определяющими для ультразвуковой скорости, зависящей от положения, при различных частотах звука и различном пространственном разрешении. Выполняют последовательные процессы подгонки, каждый из которых подгоняет комбинацию значений последовательного набора параметров к обнаруженным ультразвуковым сигналам отклика в соответствии с соответствующей моделью, используя подогнанные значения из предыдущего процесса подгонки для инициализации следующего набора параметров для итерационной подгонки. По меньшей мере первая модель задает прогнозы значений волновых векторов как функцию от периферического положения в последовательных кольцах вокруг указанной трубы в качестве сумм значений волновых векторов для периферических положений в предыдущем кольце, умноженных на коэффициенты распространения, используя коэффициенты распространения, зависящие от первого набора параметров.

Недостатком способа является узкая область применения изобретения - контроль толщины стенки трубопровода.

Известен способ измерения коррозии трубы магистральных трубопроводов (патент RU 2451932, МПК G01N29/07, G01N29/11, приоритет с 07.10.2011) Для измерения коррозии на трубе устанавливают обратимые пьезокерамические приемоизлучатели с шагом в несколько километров и с их помощью регистрируют сигналы продольной звуковой волны. Методом математического анализа сигналов определяют скорость и затухание звука в трубе, а по ним вычисляют толщину слоя коррозии выделенного участка трубы между смежными приемоизлучателями. В качестве источника звукового сигнала используют технологический шум перекачиваемого продукта, а на отключенном для профилактики трубопроводе используют активные шумоподобные зондирующие посылки, которые формируют компьютером и излучают пьезокерамическими приемоизлучателями.

Недостатком способа является узкая область применения изобретения - измерение коррозии на трубе трубопроводе.

Известен способ ультразвукового контроля (патент RU 2596242, МПК G01N 29/04, приоритет с 25.06.2015). Сущность изобретения заключается в том, что возбуждают с помощью ультразвукового преобразователя в контактной среде импульс продольной волны, которая падает на поверхность объекта контроля под углом, значение которого больше первого критического угла и меньше второго критического угла, анализируют амплитуду зарегистрированных эхосигналов. Согласно изобретению с целью повышения достоверности оценки глубины дефектов измеряют угол падения ультразвуковых импульсов на поверхность объекта контроля, измеряют амплитуду наибольшего эхосигнала и амплитуду эхосигнала при угле ввода 45…50°, а о глубине дефекта судят по величине отличия измеренных амплитуд. Технический результат: повышение достоверности диагностических данных при оценке глубины мелких трещин трубопровода в процессе ультразвукового неразрушающего контроля.

Недостатком способа является узкая область применения изобретения - оценка глубины мелких трещин трубопровода.

Известен внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп (патент RU 2626744, МПК G01N 29/04, приоритет с 24.05.2016). Сущность изобретения заключается в том, что внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп оснащен устройством измерения скорости звука в перекачиваемой жидкости V и блоком автоматической регулировки длительности временного окна ΔТ во время контроля по формуле:

ΔT=ΔT°V°/V, где

ΔТ° - длительность окна при контроле в жидкости с минимальной скоростью звука V°. Конструкция носителя п ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей обеспечивает длину пути ультразвукового импульса, от точки отражения от внутренней поверхности трубы до ближайшего элемента носителя, не менее ΔТ°V°/2+ΔНп, где ΔНп - максимально допустимый износ полоза носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей. Технический результат: расширение диапазона контролируемых толщин стенки трубы в сторону увеличения при перекачивании разнородных жидкостей и упрощение требований к конструкции носителя ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей.

Недостатком способа является узкая область применения изобретения - контроль толщины стенки трубопровода.

Наиболее близким к заявленному способу является способ внутритрубного ультразвукового контроля (патент RU 2607258, МПК G01N 29/07, приоритет с 11.08.2015). Сущность изобретения заключается в том, что с помощью ультразвуковых преобразователей возбуждают импульсы упругой волны в перекачиваемой по трубопроводу жидкости под заданным углом к внутренней поверхности трубопровода по ходу перемещения дефектоскопа и против перемещения дефектоскопа через равные интервалы пройденного пути, анализируют эхо-импульсы из стенки трубопровода, амплитуды которых превысили заданный пороговый уровень, при этом измеряют время регистрации наибольшего эхоимпульса после каждого возбуждения ультразвукового преобразователя, а дефект считают зарегистрированным, если в течение не менее чем в трех последовательных возбуждениях ультразвукового преобразователя, излучающего ультразвуковые импульсы по ходу движения дефектоскопа, время регистрации эхо-импульса постоянно уменьшается, или у ультразвукового преобразователя, излучающего против хода движения дефектоскопа, время регистрации эхо-импульса постоянно увеличивается. Технический результат: повышение достоверности обнаружения дефектов.

Недостатком способа внутритрубного ультразвукового контроля является, то что способ позволяет зарегистрировать местоположение дефекта, но не дает достоверной картины о параметрах дефекта.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности определения дефектов, расположенных внутри стенки трубопровода, таких как: продольные и поперечные стресс-коррозионные трещины стенок трубопровода, в том числе в продольных и поперечных сварных швах.

Технический результат достигается тем, что при прохождении внутри трубопровода внутритрубный инспекционный прибор CD (Crack Detection -детектор трещин) (далее-ВИП CD) излучает ультразвуковые сигналы. Отраженные от внутренней стенки трубопровода ультразвуковые сигналы фиксируются электронным оборудованием ВИП CD и записываются на внутренний носитель информации, установленный на ВИП CD, далее определяют время прихода отраженного от внутренней стенки трубопровода ультразвукового сигнала. Для чего используют рабочую станцию с терминалом, предназначенным для выгрузки данных с внутреннего носителя информации.

Отраженные от стенки трубопровода ультразвуковые сигналы анализируют следующим образом:

- формируют частотную карту откликов отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов;

- исключают шумовую составляющую отраженного от внутренней стенки трубопровода ультразвукового сигнала;

- устанавливают пороговые значения отраженного от внутренней стенки трубопровода ультразвукового сигнала;

-определяют области трубопровода с низкой частотой отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, либо с отсутствием отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов;

- производят сглаживание подготовленных отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов;

- используют фильтр скользящего среднего с целью уменьшения уровня и частоты выбросов отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов с низким отношением сигнал/шум;

- формируют энергетические линии отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, для чего осуществляют корреляционный анализ отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов трубопровода в плоскости единичного ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя;

- выполняют поиск с целью поиска отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов с максимальным значением и нормальным распределением отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов в области максимума;

- производят поиск потенциальных энергетических линий отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, для чего используют области максимума выявленных ранее отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов;

- формируют финальные энергетические линии отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, для чего используют статистическую информацию выявленных потенциальных энергетических линий;

- полученные энергетические линии отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов считают зоной начала внутренней поверхности трубопровода.

Изобретение позволяет определить время прихода отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов по данным ВИП CD статистики энергетических линий. Результаты изобретения повышают точность определения дефектов, расположенных внутри стенки трубопровода, таких как: продольные и поперечные стресс-коррозионные трещины стенок трубопровода, в том числе в продольных и поперечных сварных швах, в том числе оценку геометрических параметров дефектов, локализации дефектов, поиска области сварного шва трубопровода, поиска физического угла сигнала ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя.

Реализация изобретения:

При внутритрубной диагностике трубопровода с использованием ВИП CD ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи, установленные по окружности на ВИП CD, возбуждают импульсы упругой волны в перекачиваемой по трубопроводу жидкости под заданным углом к внутренней поверхности трубопровода через равные интервалы пройденного пути. На бортовой носитель информации ВИП CD записывается массив всех отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов.

Для получения достоверной информации о техническом состоянии трубопровода, а также для уменьшения объема сведений о пропуске ВИП CD, подлежащих хранению, необходимо исключить из массива всех отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов ультразвуковые сигналы, являющиеся ложными, такие как шумовая составляющая ультразвуковых сигналов. Ультразвуковые сигналы всегда имеют некоторую шумовую составляющую, для выявления которой с последующем исключением из массива подлежащих хранению сведений о пропуске ВИП CD используют заявленный способ.

Использование: для выявления дефектов трубопровода по данным ультразвукового внутритрубного дефектоскопа. Сущность изобретения заключается в том, что для анализа отраженных от стенки трубопровода ультразвуковых сигналов формируют частотную карту откликов отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, исключают шумовую составляющую отраженного от внутренней стенки трубопровода ультразвукового сигнала, устанавливают пороговые значения отраженного от внутренней стенки трубопровода ультразвукового сигнала, определяют области трубопровода с низкой частотой отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов либо с отсутствием отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, производят сглаживание подготовленных отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, используют фильтр скользящего среднего с целью уменьшения уровня и частоты выбросов отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов с низким отношением сигнал/шум, формируют энергетические линии отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, полученные энергетические линии отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов считают зоной начала внутренней поверхности трубопровода. Технический результат: повышение точности определения дефектов, расположенных внутри стенки трубопровода, таких как продольные и поперечные стресс-коррозионные трещины стенок трубопровода, в том числе в продольных и поперечных сварных швах.

Способ определения сигнала от стенки трубы по данным ВИП CD статистики энергетических линий, в котором внутритрубный инспекционный прибор излучает ультразвуковые сигналы, отличающийся тем, что для анализа отраженных от стенки трубопровода ультразвуковых сигналов формируют частотную карту откликов отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, исключают шумовую составляющую отраженного от внутренней стенки трубопровода ультразвукового сигнала, устанавливают пороговые значения отраженного от внутренней стенки трубопровода ультразвукового сигнала, определяют области трубопровода с низкой частотой отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов либо с отсутствием отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, производят сглаживание подготовленных отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, используют фильтр скользящего среднего с целью уменьшения уровня и частоты выбросов отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов с низким отношением сигнал/шум, формируют энергетические линии отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, для чего осуществляют корреляционный анализ отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов трубопровода в плоскости единичного ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя, выполняют поиск отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов с максимальным значением и нормальным распределением отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов в области максимума, производят поиск потенциальных энергетических линий отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, для чего используют области максимума выявленных ранее отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, далее формируют финальные энергетические линии отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов, для чего используют статистическую информацию выявленных потенциальных энергетических линий отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов; полученные энергетические линии отраженных от внутренней стенки трубопровода ультразвуковых сигналов считают зоной начала внутренней поверхности трубопровода.