Способ контроля протяженных цилиндрических металлопроводов Советский патент 1987 года по МПК G01R19/00 

Изрбретение относится к электроизмерениям и предназначено для использования при бесконтактных электромагнитных обследованиях коррозион- ного состояния металлических протяженных цилиндрических металлопрово- дов; в частности при измерении протекающих по цилиндрическому металлопро- воду ГОКОВ и воспроизведении диаг раммы их распределения вдоль контролируемой магистрали для оценки состояния изоляционного покрытия и обна ружения мест коррозии.

Целью изобретения является повыше- ние точности контроля состояния путём измерения постоянного тока метал- лопроводов при исключении влияния ес- тественного мапттного поля Земли, его вариаций и вторичного поля метал- лопровода в поле Земли.

Согласно данному способу бесконтактного измерения токов, основанному на измерении азимутальных (относительно оси металлопровода) компонент напряженности переменного магнитного поля, создаваемого протекающим по ме- таллопроводу переменным током, в двух точках, расположенных на фиксированном взаимном удапенш (базе) tf на прямой, являющейся продолжением ра диуса металлопровода, и определении по ИзмеренкьЫ значениям согласно фор

мулам

,r

я Hi

t 2

(1)

(2)

где fi и Hj - азимутальные относительно оси металлопровода компоненты переменного магнитного поля в двух точках, расположенных на фиксированном расстоянии f вдоль прямой, являющийся продолжением радиуса металлопровода,

величин переменного тока 5 в метал- лопроводе и расстояния 6т его оси до точки наблюдения, дополнительно измеряют разность величин на1фяжённос- тей постоянного магнитного поля в тех же точках наблюдения Д -lij, а величину постоянного тока определяют по формуле

ИГ

2 7Г(/.

Кг

()

Н. (3)

Кроме того, по настоящему способу точки наблюдения дополнительно располагают на прямой, совпадаюп ей с напряжением компоненты естественного магнитного поля Земли, перпендикуляр ной оси металлопровода, измеряют раз ность азимутальных компонент напря- женностей постоянного магнитного поля ЛН и дополнительно по ее знаку определяют направление движения постоянного тока.

На чертеже представлена схема осуществления данного способа.

На схеме изображены подземный ме- таллопровод , ближний 2 и дальний 3 от металлопровода датчики магнитного поля, расположенные на расстоянии V друг от друга, и измеритель А. Линии со стрелками представляют конфкгура дию естественного магнитного поля Земли Hj, вторичного магнитного полй металлопровода Н и поле Н измеряе5

0

мого тока.

Измерение токов в подземном метал лопроводе осуществляют, например, следующим образом.

Датчики поля 2 и 3 и измеритель 4, которые представляют собой магнитометр, пригодный для измерений компонент напряженности переменного магнитного поля в двух точках наблюдения и разности напряженностей rtoc -- тоянного магнитного поля в этих же точках, сначала настраивают на частоту протекающего вдоль трубопровода

5 переменного тока (например, на гармо нику пульсирующего тока станции ка- т одной защиты или на частоту специально подключаемого к трубопроводу генератора переменного тока). Путем

0 перемещения датчика переменного магнитного поля над трубопроводом 1 по известной методике уточняют положение оси трубопровода к вдоль радиальной (отиосительно трубопровода)

5 прямой располагают базу с магнитометрическими датчиками 2 и 3. Затем, сохраняя радиальной ориентациго базы., дополнительно совмещают ее с нагфав лением ортогональной трубопроводу

0 .составляющей поля Земли. Для этого сперва определяют отклонение оси трубопровода от магнитного меридиана9 используя карту (план) трассы, или с помощью компаса, расположенного на

5 таком удалении от трубы, где ее вторичное поле не заметно (например, на удалении больше 20 м от трубопровода диаметром 1020 мм). Пбтом устанавливают угол отклонения базы датчиков

от вертикальной плоскости, содержащей ось трубопровода, который определяют по предварительно рассчитанным табличным (или графическим) зависимостям этого угла от отклонения оси трубопровода от магнитного меридиана в заданном регионе измерений (с конкретными значениями отношения вертикальной и горизонтальных компонент магнитного поля Земли).

Измерение напряженности переменного магнитного поля, создаваемого протекающим в металлопроводе переменным током, позволяет определить геометрические (пространственные) параметры системы, в частности расстояние от точек наблюдения до оси метал- лопровода.

При коррозионных обследованиях недостаточно ограничиться измерением только переменного тока, поскольку он не дает прямой информации о наличии анодных зон (мест коррозии трубы) , создаваемых постоянным током в местах вытекания его в среду.

Необходимость работы с постоянным током вызвана тем, что плотность тока утечки с поверхности металла является величиной, характеризующей опасность коррозии, через плотность коррозионного тока можно выразить скорость электрохимической коррозии. Плотность токов утечки нетрудно определить с помощью диаграммы распределения постоянного тока, которая воспроизводится по результатам измерения токов по данному способу.

Таким образом, при бесконтактных обследованиях основную информацию о местах коррозии содержит распределение постоянного тока (реально существующего в трубе), и его в основном необходимо измерять.

Для уменьшения погрешностей измерения постоянного тока, обусловленных наличием вторичного магнитного поля, которое создано массивным ме- таллопроводом, находящимся во внешнем (первичном) однородном (в области измерений) естественном магнитном поле Земли, базу датчиков дополнительно ориентируют вдоль направления возбуждающего первичного поля., т.е. точки наблюдения располагают на прямой, проходящей через ось металло- провода и дополнительно являющейся проекцией вектора напряженности маг- :Нитного поля Земли (в области измере0

5

0

5

0

5

0

5

O

5

НИИ) на плоскость, ортогональную оси металлопровода, при этом измеряют азимутальные относительно оси компоненты постоянного магнитного поля (точнее - их разность в указанных точках наблюдения).

Составляющая внешнего магнитного поля, параллельная оси вторичного магнитного поля, не возбу-ждает, а вдоль указанной выше прямой вторичное поле имеет единственную отличную от нуля компоненту. Поэтому измерение азимутальных компонент (их разности iJH) в точках наблюдения, расположенных на радиальной относительно металлопровода прямой, которая совпадает по направлению с перпендикулярной металлопроводу составляющей магнитного поля Земли, исключает влияние вторичного поля на результат измерения тока.

Направление вектора напряженности магнитного поля Земли в районе обследований трассы определяют по геомагнитным картам или с помощью компонентного магнитометра. Сопоставляя направления магнитного поля и оси металлопровода, выделяют направление ортогон;1льной металлопроводу компоненты поля, вдоль которого и ориентируют базу датчиков. В частности, для металлопроводов, расположенных в направлении север-юг (вдоль магнитного меридиана), базу датчиков располагают в вертикальной плоскости, содержащей ось металлопровода. Для остальных направлений расположения металлопровода базу датчиков отклоняют от указанной плоскости на угол,, величина которого равна арктангенсу отношения горизонтальной компоненты геомагнитного поля, ортогональной металлопроводу,, к компоненте, которая ортогональна к металлопроводу и указанной горизонтальной компоненте поля. Как известно, на большинстве поверхности Земли (за исключением лишь экваториальной зоны) вертикальная составляющая геомагнитного поля преобладает над горизонтальной, поэтому положение базы датчиков при измерении постоянного тока в металлопроводе по предложенному способу чаще близко к вертикальному.

Необходимость ориентации базы датчиков относительно первичного геомагнитного поля и степень точности этой ориентации возрастают с увеличением

требуемой точности измерения постоянного тока, а также с увеличением вторичного поля (по сравнению с полем тока), которое происходит при увеличении толщины стенки металлопровода, его радиуса, магнитной проницаемости материала, из которого он изготовлен а также с приближением точки наблюдения .

Изменение величины постоянного тока во времени однозначно связано с изменением измеряемой разности напря- женностей поля Н. Аналогично, при передвижении вдоль однородного линейного металлопровода с сохренением постоянства ориентации и расстояний датчиков относительно оси, изменения величины -JH пропорциональны изменениям величины постоянного тока I и не зависят от временных вариаций однородного (в области измерения) магнитного поля Земли.

Физической основой предложенного способа являются известные закономерности распределения магнитного поля, создаваемого током, протекающим вдоль цилиндрического металлопровода а также вторичного поля ферромагнитного ц1-шиндра в локально однородном (Б пределах области измерений) естественном магнитном поле Земли. Ток, протекающий вдоль цилиндрического металлопровода, его высокой электропроводности создает в окружающем пространстве магнитное , которое практически эквивалентно полю .линейного тока, т.е. обладает единственной, не равной нулю азимутальной (относительно оси трубы) компонентой Поскольку магнитная проницаемость большинства грунтов близка к единице, то они существенно не изменяют концентрического осесимметричного характера распределения магнитного поля тока, протекающего вдоль металлопровода. Вторичное поле металлопровода в поперечном сечении имеет диполь- ный характер, т.е. вдоль линии, вро- ходящей через ось металлопровода и совпадающей с направлением.перпендикулярной оси трубы составляющей первичного квазипостоянного поля Земли, обладает только радиальной компонентой, а азимутальная компонента вторичного поля вдоль этой линии отсутствует. Переменное магнитное поле протекающего по. металлопроводу переменного тока, постоянное поле постоянного тока и естественное магниг- ное поле Земли независимы между собой (не влияют друг на друга) в силу принципа суперпозиции, что позволяет в предложенном способе рассматривать их раздельно.

При измерениях постоянного тока, протекающего в линейном проводнике,

Q расположенном в однородном внешнем поле, согласно предложенному способу по формуле (3) допустимо измерять как разность азимутальных компонент, так и разность модулей векторов нап5 ряженности постоянного магнитного поля в точках наблюдения. Это дает возможность расширить класс магнитометров, пригодных при реализации предложенного способа для измерения посQ тоянного тока в случае малого вторичного поля (тонкие трубопроводы, кабели и т.п.), т.е. допустимо исполь-. зование как компонентных, так и модульных магнитометров (магнитных

5 градиентометров).

Для индикации направления тока надо регистрировать направление создаваемого им поля. Это осуществляют следующим образом.

Q Поскольку для выбранных ближней и дальней от оси металлопровода точек наблюдения векторы напряженности магнитного поля удовлетворяют неравенству 1Н,(7 , то знак измеряемой разности его азимутальных компонент ЛН Н 2 совпадает со знаком самих компонент поля, который и характеризует направление вектора напряженности поля в выбранной системе координат (связанной с датчиками поля). Отсюда направление тока в ме- таллопроводе определяют на основе известной связи (закон Био-Сава- ра-Лапласа, правило буравчика) направлений вектора электрического тока и вектора создаваемого им мапштного поля.

5

5

Измерения силы и напряжения тока, текущего по метаплопроводу, позволяют определить степень коррозионной опасности, выбрать тип защитной установки и прогнозировать возможное место выхода тока из металлопровода в землю для устройства точки дренажа. Реализация данного способа позволяет получить сведения для планирования и производства выборочного ремонта магистральных трубопроводов, их

изоляции или для корректировки средств электрохимзащиты, что в конечном итоге дает возможность повн- сять зaдeжнocть и увеличить сроки эксгшуатации дорогостоящих подземкыг ; сооружений.

Формула изобретения

; Способ контроля протяженньас щглиндркчаских металпопроводов, основанный на измерении азикуталы&п; . компонент напряженности переменного магнитного пояя в двух точках, рас- положеннык на фиксированном (постоянном в процессе иямерений) взаимном удалении вдоль прямой, являющейся продслженнек радиуса изделияj к опре- делешиг по измеренным значениям вели переменного токе з изделии и расстоя1шя от изделия до точки набй№- дения отличающийся тем, что5 с целью повыше шя точкЬсти конт роля, допойшггайьно. йзмеряк разность

величин кзпряженностей постоянного магнитного поля в тех же точках, а значение постоянного тока I определяют по формуле

I ..(

0

где Н,.

g 0 : 25

Н. напряя енности переменного ЬШГНИТНОГО ПОЛЯ,

создаваемого протекающим в изделии переменным током в ближней и дальней от его .оси точ( ках соответственно; JH - разность напряженноетей постоянного поля в тех же тгзчкйк; f расстоя1ше между очками.

2. Способ по п. 1, о т л и ч J,, - щ н и с я тем, что точки располагают йа гфямой, совпадающей с направлением компоненты магнитного поля пзрпейднкулярной оси изделия

Изобретение может быть использовано при бесконтактных электромагнитных обследованиях коррозионного состояния металлических протяженных цилиндрических металлопроводов. Способ обеспечивает измерение токов, проте кающих по металлопроводу, и воспроиэ-, ведение диаграммы их распределения вдоль контролируемой магистрали для оценки состояния изоляционного покрытия и обнаружения мест коррозии. Целью изобретения является повьшение точности контроля, что достигается путем измерения постоянного тока металлопроводов при исключении влияния естественного магнитного поля Земли, его вариаций и вторичного поля метал- лопровода в поле Земпи. Реализация способа позволяет получить данные для планирования и производства выборочного ремонта магистральных трубопроводов , их изоляции или для корректировки средств электрохимзащиты. Это дает возможность повысить надежность и увеличить сроки эксплуатации дорогостоящих подземных сооружений. 1 ИЛо § СО 00 05 ОО о оо

Редактор -Н.Швыдкая

Составитель б.Рагзсхая

Техред Л,СердюкоЕй ; Корректор М.Максимишинец

Заказ 6399/34

Тираж 730

ВНИИПИ Государственного ко1ттета СССР

по делам изобретений и открытий 1I3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпркятне, г, Ужгород, ул., Проектная, 4

Подписное