FR2819313A1 - Defectoscope magnetique destine a etre utilise a l'interieur d'un tube - Google Patents
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Abstract
Ce défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes destiné à effectuer un passage à l'intérieur d'une conduite à contrôler, comporte un corps, des moyens pour magnétiser la paroi de la conduite (4, 5), des convertisseurs de champ magnétique (6, 7) à plusieurs éléments et des moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure, chacun desdits convertisseurs de champ magnétique (6, 7) à plusieurs éléments présentant un groupe d'éléments sensibles au champ magnétique.Ce défectoscope est remarquable en ce que ledit convertisseur de champ magnétique (6, 7) à plusieurs éléments comprend en outre un multiplexeur et un amplificateur, les sorties desdits éléments sensibles étant connectées aux entrées du multiplexeur et les sorties du multiplexeur étant branchées sur les entrées de l'amplificateur, une sortie de l'amplificateur étant connectée auxdits moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure.
Description
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La présente invention concerne des dispositifs destinés au contrôle non destructif à l'intérieur de conduites, en particulier de gazoducs posés, par passage dans la conduite à contrôler d'un dispositif constitué d'un seul ou de plusieurs modules de transport se déplaçant à l'intérieur de la conduite grâce à la pression du courant de gaz transporté dans la conduite et présentant des capteurs installés au corps et sensibles à certains paramètres caractérisant l'état technique de la conduite maîtresse. Ledit dispositif peut être utilisé encore pour effectuer un contrôle à l'intérieur de conduites de pétrole et de celles de produits pétroliers.
On connaît un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes ("Létat moderne du contrôle de la fiabilité de conduites maîtresses", -Défectoscopie, n 1,2000, pp. 3 a 17 [1]), comportant un corps, des moyens pour magnétiser la paroi de conduite installés sur ledit corps et des capteurs de champs magnétique en forme de ferrosondes d'impédance.
Les affichages des ferrosondes dépendent de façon complexe de l'orientation mutuelle de la ferrosonde et du champ engendré par un défaut du matériau, ce qui rend difficile d'identifier des défauts du matériau présents à des portions rugueuses de la surface intérieure d'une conduite.
On connaît un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes British Gas Corporation (GB 2044459, Classification internationale des brevets : G01N27/82, 15.10. 1980, [2], brevet analogue : US 4330748) ainsi qu'un défectescope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes Vetco Pipeline Services Inc. (US 5532587, Classification internationale des brevets : G01N27/72, 02.07. 1996, [3], brevet analogue : CA 2085048), comprenant un corps, des moyens pour magnétiser la paroi de conduite installés sur ledit corps, des manchettes élastiques, des capteurs à induction de champ magnétique installés sous forme de deux ceintures de manière à ce que les capteurs constituant une deuxième ceinture chevauchent les portions de la paroi de conduite correspondant aux écartements existant entre les capteurs issus d'une première ceinture.
Les capteurs à induction ne mesurent un champ magnétique qu'au moment de déplacement, ce qui rend difficile d'éffectuer des mesures sur les portions de conduites où se produit un freinage considérable du défectoscope destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes (notamment aux endroits de rétrécissement de section de la conduite, aux courbes d'un petit rayon).
On connaît un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes (SU 1157443, Classification internationale des brevets :
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G01 N27/82, 23. 05. 85, [4]), comprenant un corps, un système pour magnétiser la paroi de conduite, des éléments magnétosensibles disposés à la cavité intérieure d'une manchette élastique (en caoutchouc).
La disposition des éléments sensibles dans la cavité de la seule manchette ne permet pas de balayer la surface intérieure d'un tube à l'endroit d'une forte distorsion de la géométrie de la coupe ayant pour conséquence un écrasement partiel de la manchette.
On connaît un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes (Abakoumov A. A."L'introscopie magnétique".-Moscou, 1996, [5], pp. 258 a 262), contenant un corps, des moyens pour magnétiser la paroi de la conduite installés sur ledit corps et des capteurs semiconducteurs de champ magnétique en forme de magnétodiodes ou de magnétorésistances.
Comme il s'en suit de [5], p. 260, ligne 17 d'en bas, l'utilisation des semi-conducteurs est gênée par le gradient de température du milieu agissant présent dans l'objet à contrôler, variant dans une gamme allant de- 40 à +50 C.
Au sein de conduites non isothermes (cf. p. ex. Novossiolov V. F., Golianov AL, Mouftakhov E. M."Les calculs standard pour les études et l'exploitation de gazoducs", Moscou, 1982, [6], p. 52) la température moyenne
de gaz peut varier de 5 à 10 C/km et davantage, ce qui entraîne, à une vitesse de mouvement du défectoscope dans la conduite comprise entre 3 et 10m/s, un changement de température jusqu'à 6 C par minute du milieu passant au travers du défectoscope. Ici, à chaque moment de temps la température de la paroi de conduite se distingue de la température moyenne du gaz sur la portion donnée de la conduite, qui diffère, elle aussi, de la
température moyenne inhérente aux ensembles constituant le défectoscope. Un changement de la valeur caractérisant le courant du milieu passant dans le défectoscope induit une variation de la répartition de température entre les ensembles constituant le défectoscope destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes. L'utilisation de capteurs semi-conducteurs et d'éléments électroniques dans ces conditions nécessite une stabilisation thermique desdits éléments.
de gaz peut varier de 5 à 10 C/km et davantage, ce qui entraîne, à une vitesse de mouvement du défectoscope dans la conduite comprise entre 3 et 10m/s, un changement de température jusqu'à 6 C par minute du milieu passant au travers du défectoscope. Ici, à chaque moment de temps la température de la paroi de conduite se distingue de la température moyenne du gaz sur la portion donnée de la conduite, qui diffère, elle aussi, de la
température moyenne inhérente aux ensembles constituant le défectoscope. Un changement de la valeur caractérisant le courant du milieu passant dans le défectoscope induit une variation de la répartition de température entre les ensembles constituant le défectoscope destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes. L'utilisation de capteurs semi-conducteurs et d'éléments électroniques dans ces conditions nécessite une stabilisation thermique desdits éléments.
On connaît un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes fabriqué par la firme Vetco ("Vetcolog Pig Technical Information", USA, 1977, présentée au ministère de l'industrie de gaz le 27 juillet 1977 afin de la discuter, [7], et US brevet no 3899734, Classification internationale des brevets : G01R33/12, 12.08. 75, [8], documents de brevets
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analogues : CA 1007299, DE 2423113, FR 2229970, GB 1471595, JP 50017694), comportant un corps, des moyens pour magnétiser la paroi de conduite installés sur ledit corps, des manchettes élastiques et des capteurs semi-conducteurs de champ magnétique réalisés en forme de magnétodiodes.
Un schéma spécial de branchement par paires des magnétodiodes permet de neutraliser sensiblement la dépendance thermique des affichages des magnétodiodes. Toutefois, ledit schéma n'est pas à même de remédier aux fautes de mesure liées aux effets thermoélectriques et thermomagnétiques surgissant à cause des gradients de température sur les éléments du schéma de branchement des groupes de capteurs sur les moyens de mesure et de traitement des données, et qui sont particulièrement considérables au cours du contrôle des conduites destinées à transporter des gaz et des mélanges gazeux ou liquides.
On connaît un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes ("Les règles sur le diagnostic technique d'oléoducs à l'aide d'engins d'inspection pour utiliser à l'intérieur de tubes", Moscou, 1999,Document d'administration RD 153-39. 4-035-99, [9], pp. 137 a 139), renfermant un corps, des manchettes élastiques installées sur ledit corps, des moyens pour magnétiser la paroi de conduite, des convertisseurs de champ magnétique, des éléments thermométriques et des moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure integrés audit corps du défectoscope.
La mise en oeuvre des éléments thermométriques permet de contrôler le régime thermique de l'électronique au cours d'un passage de diagnostic du défectoscope, toutefois, des turbulences et des processus déséquilibrés se produisant au milieu à transporter amènent à la formation de gradients de température entre les éléments thermométriques, les convertisseurs de champ magnétiques et les moyens pour traiter les données ainsi qu'entre les éléments des circuits servant à connecter les éléments thermométriques et les convertisseurs aux moyens de traitement, ce qui a pour conséquence une altération des résultats de mesure et des phénomènes thermoélectriques et thermomagnétiques.
On connaît un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes fabriqué par la Société Anonyme"Injénerny tsentr VNIIST- POISK" (RU 2133032, Classification internationale des brevets : G01 N27/83, 10.07. 1999, [10]), comportant un corps, un système pour magnétiser la paroi de conduite et une pluralité d'éléments sensibles au champ magnétique,
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chacun de ces éléments étant branché sur une des entrées d'un amplificateur différentiel approprié dont une pluralité sont integrées au corps du défectoscope.
L'éloignement des éléments sensibles disposés dans la zone de la surface intérieure de conduite par rapport aux amplificateurs différentiels correspondants placés dans l'enveloppe de corps du défectoscope intensifie les facteurs d'inductions extérieures et les effets thermomagnétiques liés au gradient de température se manifestant entre la zone de disposition des convertisseurs et celle de disposition des amplificateurs.
On connaît un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes Pipetronix Ltd. (EP 0825435, Classification internationale des brevets : G01 N27/90, 25.02. 1998, [11], documents de brevets analogues : US 5864232, CA 2184327, JP 10090230, NO 971959), comprenant un corps, des moyens pour magnétiser la paroi de conduite installés sur ledit corps, des manchettes élastiques et des convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments, lesdits convertisseurs présentent chacun plusieurs éléments sensibles revêtus d'un polyuréthane sous forme d'un parallélogramme à inserts céramiques prévus sur la surface du convertisseur à plusieurs éléments, ces deniers pouvant glisser sur la surface intérieure de conduite.
Un complexe de polyuréthane permet de neutraliser la formation d'un gradient de température aux bornes du convertisseur à plusieurs éléments, cependant, l'éloignement des éléments sensibles disposés dans la zone de la surface intérieure de conduite par rapport aux moyens appropriés servant à traiter des données de mesure et placés dans le corps du défectoscope intensifie, elle aussi, des facteurs d'inductions extérieures ainsi que des effets thermoélectriques et thermomagnétiques liés au gradient de température se manifestant entre la zone de la disposition des convertisseurs à plusieurs éléments et celle de la disposition de modules électroniques au cours d'un contrôle de conduites non isothermiques.
L'antériorité pour le dispositif revendiqué est un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes British Gas Corporation (U. R. S. S. brevet SU 745386, Classification internationale des brevets : G01 N27/82, 30.06. 1980, [12]), renfermant un corps et des convertisseurs de champ magnértique à plusieurs éléments installés sur ledit corps, lesdits convertisseurs possédant chacun un groupe à quatre éléments en forme de cellules de Hall installées dans des orifices de la gaine de panneau.
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Dans la structure en éléments préfabriqués des convertisseurs faisant partie dudit défectoscope à assemblage démontable, les cellules de Hall ont un contact thermique différent avec le panneau, avec la gaine et avec d'autres pièces, aussi une variation de température du milieu transporté au
dedans de la conduite influe-t-elle sur les cellules de Hall de manière différente, ce qui amène à une différence en réponse des cellules de Hall dépendant de la température du milieu, et en outre, l'éloignement des éléments sensibles intégrés à ladite structure et qui se trouvent dans le domaine de la surface intérieure de conduite, par rapport aux moyens respectifs de traitement des données de mesure situés au corps du défectoscope, grossissent les facteurs d'inductions extérieures et les effets thermomagnétiques liés au gradient de température se manifestant entre le domaine d'emplacement des convertisseurs à plusieurs éléments et celui d'emplacement des modules électroniques (tout particulièrement au cours du contrôle de gazoducs non isothermiques).
dedans de la conduite influe-t-elle sur les cellules de Hall de manière différente, ce qui amène à une différence en réponse des cellules de Hall dépendant de la température du milieu, et en outre, l'éloignement des éléments sensibles intégrés à ladite structure et qui se trouvent dans le domaine de la surface intérieure de conduite, par rapport aux moyens respectifs de traitement des données de mesure situés au corps du défectoscope, grossissent les facteurs d'inductions extérieures et les effets thermomagnétiques liés au gradient de température se manifestant entre le domaine d'emplacement des convertisseurs à plusieurs éléments et celui d'emplacement des modules électroniques (tout particulièrement au cours du contrôle de gazoducs non isothermiques).
Le défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes revendiqué déplaçable à l'intérieur de la conduite à contrôler comprend, lui aussi, un corps, des moyens pour magnétiser la paroi de conduite et des convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments ainsi que des moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure, lesdits convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments comportent chacun un groupe d'éléments sensibles à un champ magnétique.
A la différence de l'antériorité, tous lesdits convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments intégrés au défectoscope revendiqué renferment eux aussi un multiplexeur et un amplificateur, les sorties desdits éléments sensibles étant branchées sur les entrées du multiplexeur, les sorties du multiplexeur étant raccordées aux entrées de l'amplificateur et une sortie de l'amplificateur étant connectée auxdits moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure.
Le résultat technique principal dû à la réalisation de l'invention revendiquée réside en l'amélioration de la stabilité de fonction du défectoscope et en la certitude du contrôle de conduites, ce qui est conditionné par élimination des inductions extérieures et des effets thermoélectriques dans le circuit de branchement des éléments sensibles au champ magnétique sur les moyens d'interrogation des éléments, et de l'amplification de signaux dans le convertisseur de champ magnétique à
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plusieurs éléments intégré (ce qui est particulièrement typique pour le contrôle de conduites maîtresses non isothermiques).
L'organisation d'une interrogation des éléments du convertisseur intégré permet d'éliminer les éléments amplificateurs superflus présents dans le convertisseur, la consommation d'énergie par les constituants du convertisseur étant notablement réduite dont la partie principale est la consommation par les éléments amplificateurs, et par conséquent de diminuer le dégagement calorifique dans le convertisseur.
Pour développer l'invention selon la demande, lesdits éléments sensibles sont exécutés comme éléments semi-conducteurs, lesdits moyens pour magnétiser la paroi de conduite comprennent deux ceintures constituées par des balais en matériau ferromagnétique appliqués sur des aimants qui sont en contact avec la surface intérieure de la conduite, lesdits convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique étant installés entre lesdites ceintures des balais en forme d'une ceinture formée par les convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments qui aboutissent à la surfase intérieure de la conduite selon le périmètre de section de la conduite, dans le domaine situé après lesdites ceintures des balais se trouve en aval de la partie avant du défectoscope une deuxième ceinture desdits convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments.
Sur le corps et/ou dans le corps du défectoscope est prévu un élément thermométrique, ledit élément étant logé après lesdits moyens pour magnétiser la paroi de conduite, en aval de la partie avant du corps de défectoscope.
Sur le corps du défectoscope est appliqué un élément thermomértrique, cet élément se trouvant dans le domaine situé après ladite première et/ou ladite deuxième ceinture des convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments.
L'utilisation des capteurs semi-conducteurs de champ magnétique permet de définir de manière assez précise, afin d'identifier des défauts critiques, des projections d'un champ magnétique indépendamment de la vitesse de mouvement du défectoscope dans une conduite. La mise en oeuvre des éléments thermométriques permet de corriger les affichages des capteurs semi-conducteurs de champ magnétique au cours du traitement des données après le passage de diagnostic du défectoscope. La deuxième ceinture constituée des capteurs de champ magnétique permet de déterminer
la position de défauts par rapport à la surface intérieure de la conduite. Ledit
la position de défauts par rapport à la surface intérieure de la conduite. Ledit
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emplacement de l'élément thermométrique permet d'éliminer l'adhérence de balayures à l'élément thermométrique grâce à un contact mécanique des moyens pour magnétiser et des capteurs de champ magnétique avec la surface intérieure de conduite au cours d'un mouvement turbulent du courant entre les manchettes, et d'éviter par conséquent une variation d'inertie calorifique intrinsèque à l'élément thermométrique.
Lesdits éléments sensibles sont réalisés en forme de cellules de Hall, ledit amplificateur a la forme d'un amplificateur différentiel aux entrées différentielles duquel sont raccordées les sorties dudit multiplexeur qui correspondent aux paires des sorties des cellules de Hall.
Le coefficient de température de la sensibilité magnétique desdites cellules de Hall est de (0,01-0, 1) %/C.
De grandes valeurs du coefficient amènent dans la structure revendiquée à une instabilité des affichages dépassant les limites admissibles, provoquée d'une variation de la température du milieu au cours du passage de diagnostic, pour des valeurs de coefficient inférieures auxdites valeurs les cellules de Hall se caractérisent par une basse résolution selon la grandeur à mesurer d'un champ magnétique.
Le défectoscope comprend encore une source de courant permanent branchée sur les entrées desdits éléments sensibles, lesdits moyens de mesure comprenant des moyens de mesure de tension raccordés aux sorties desdits éléments sensibles. Ledit convertisseur de champ magnétique contient un stabilisateur de courant, lesdits éléments sensibles étant connectés en série à un circuit d'alimentation formé par ledit stabilisateur de courant. L'emplacemnet dudit stabilisateur dans le convertisseur intégré de champ magnétique permet de remédier aux inductions provoquées de l'alimentation par un câble de liaison de source d'alimentation et d'éliminer l'instabilité d'alimentation causée par les effects thermiques ayant lieu dans la zone dudit câble.
Les cavités dudit convertisseur de champ magnétique sont remplies d'un complexe, lesdits éléments sensibles présentent chacun un domaine sensible à un champ magnétique et entouré d'un domaine insensible, l'épaisseur de la couche la plus mince du domaine insensible des éléments et du complexe se trouvant entre le domaine sensible de chacun desdits éléments sensibles et le milieu à transporter est comprise entre 1 et 10 mm.
Les cavités présentes dans ledit convertisseur de champ magnétique sont remplies d'un complexe, l'épaisseur de la couche la plus mince du
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complexe prévue entre le corps de n'importe quel élément du convertisseur de champ magnétique et le milieu à transporter est égale au moins à 1 mm.
Les couches insensibles et celles du complexe ayant lesdites limites assurent une inertie calorofique pour les domaines sensibles qui suffit pour éliminer les effets thermiques provoqués par des variations locales de courte durée de température propres au contrôle de conduites non isothermiques, et permettent de corriger les données de mesure après un passage de diagnostic en tenant compte des affichages des éléments thermométriques.
Le corps du défectoscope porte au moins un odomètre dont une sortie est branchée sur une entrée d'un générateur d'adresse de l'élément sensible à interrroger, les entrées de commande dudit multiplexeur étant digitales et branchées sur les sorties dudit générateur d'adresse de l'élément sensible à interroger.
Dans le mode de réalisation préféré, le défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes revendiqué comprend un corps, des manchettes élastiques appliquées sur ledit corps et constituant des surfaces de contact avec la surface intérieure de la conduite, des moyens pour magnétiser la paroi de conduite et les convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments prémentionnés ainsi que des moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure. Dans la partie avant du corps de défectoscope est installée sur ledit corps une manchette conique, devant ladite manchette conique se trouve au moins une desdites manchettes élastiques formant une surface de contact avec la surface intérieure de la conduite, la surface extérieure de la manchette conique constitue une surface latérale d'un cylindre dont le diamètre ne dépasse pas 0,98 du diamètre extérieur de la conduite, et une surface latérale d'un cône contiguë à celle-là, la génératrice de ladite surface latérale du cône forme un angle avec un axe principal de la conduite d'au plus 50 , une partie de ladite manchette conique peut facilement se déformer dans le domaine situé entre le diamètre de la coupe dudit cône de 0,75 du diamètre maximum et le diamètre maximum, le domaine du milieu transporté dans la conduite est en communication, devant ladite manchette conique, avec le domaine du milieu transporté situé derrière ladite manchette conique par l'intermédiaire des orifices ménagés dans la manchette conique et/ou dans le corps du défectoscope. Lesdits convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments sont semiconducteurs, sur le corps et/ou dans le corps du défectoscope est installé un élément thermomértique, ledit élément se trouve dans le domaine situé après
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ladite manchette conique. Lesdits moyens pour magnétiser la paroi de conduite comportent deux ceintures constituées par des balais en matériau ferromagnétique appliqués à des aimants et contactant avec la surface intérieure de la conduite, lesdits convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique à plusieurs éléments sont installés entre lesdites ceintures des balais en forme d'une ceinture formée par les convertisseurs et aboutissent à la surface intérieure de la conduite selon un diamètre de la section de conduite, dans le domaine situé après lesdites ceintures des balais se trouve une deuxième ceinture des convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique à plusieurs éléments, dans le domaine situé après la deuxième ceinture des convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique à plusieurs éléments est prévu au moins un élément thermométrique. Lesdits convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique à plusieurs éléments comportent chacun quelques cellules de Hall connectés auxdits moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure, les cavité présentes dans l'élément thermométrique sont remplies d'un complexe.
Lesdits moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure renferment des moyens de conversion digitale, le corps du défectoscope contient au moins une gaine hérmétique ayant une symétrie axiale et comportant lesdits moyens de conversion digitale, ledit élément thermométrique se trouve du côté extérieur de ladite gaine. Ladite manchette conique est en polyuréthane et installée avant lesdits moyens pour magnétiser la paroi de la conduite et avant lesdits capteurs de champ magnétique. Le corps du défectoscope porte au moins 4 et au plus 10 manchettes élastiques indiquées formant une surface de contact avec la surface intérieure de conduite, avant ladite manchette conique se trouvent au plus trois manchettes mentionnées, après ladite manchette conique sont prévues au moins deux manchettes élastiques mentionnées. La génératrice de la surface latérale prémentionnée de cône constitue avec l'axe principal de la conduite un angle compris entre 20 et 50 0, tandis que la longueur de ladite surface latérale de cylindre dans la direction de l'axe principal est d'au moins 0,2 du diamètre dudit cylindre. Le diamètre dudit cylindre est compris entre 0,94 et 0,97 du diamètre extérieur de la conduite à contrôler, alors que l'épaisseur de la partie facilement déformable de ladite manchette est comprise entre 0,03 et 0,08 du
diamètre extérieur de la conduite. Le domaine du milieu transporté à travers la conduite situé avant la manchette conique est en communication avec le domaine du milieu transporté disposé après la manchette conique en aval de
diamètre extérieur de la conduite. Le domaine du milieu transporté à travers la conduite situé avant la manchette conique est en communication avec le domaine du milieu transporté disposé après la manchette conique en aval de
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la partie avant du corps de défectoscope par l'intermédiaire des orifices ménagés dans la manchette et/ou dans le corps de défectoscope, la section totale de passage desdits orifices est comprise entre 0,4 et 4 % de l'aire de section de la conduite. Dans la portion conique de ladite manchette située dans le domaine entre le diamètre externe de manchette de 0,8 du diamètre maximum et le diamètre maximum sont ménagés des trous débouchants, la section sommaire de passage desdits trous étant comprise entre 0,4 et 4 % de l'aire de section de la conduite.
Ledit élément thermométrique est exécuté de façon intégrale.
Le coefficient d'échange calorifique entre l'élément thermométrique et le milieu à transporter est au plus 5 fois plus grand que le coefficient d'échange calorifique entre le domaine sensible du convertisseur semi-conducteur de champ magnétique à plusieurs éléments et le milieu à transporter.
Les manchettes élastiques y compris la manchette conique sont en polyuréthane ayant une dureté de Shore comprise entre 70 et 100 A.
L'utilisation la plus avantageuse de ce défectoscope réside dans le contrôle des conduites dont le diamètre extérieur ne surpasse pas une valeur égale à 600 mm.
La fig. 1 représente un défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes ; la fig. 2 représente un schéma illustrant le fonctionnement du défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes ; la fig. 3 représente un schéma illustrant le fonctionnement d'un convertisseur de champ magnétique à plusieurs éléments ; la fig. 4 représente une partie du corps du défectoscope portant une manchette conique ;
la fig. 5 est une représentation graphique des données mesurées par une deuxième ceinture constituée des convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments, disposée en aval de la partie avant du corps de défectoscope, la distance parcourue à l'intérieur de la conduite y étant rattachée ; la fig. 6 est une représentation graphique des données mesurées par une première ceinture formée par les convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments, disposée en aval de la partie avant du corps de défectoscope, la distance parcourue à l'intérieur de la conduite y étant rattachée ;
la fig. 5 est une représentation graphique des données mesurées par une deuxième ceinture constituée des convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments, disposée en aval de la partie avant du corps de défectoscope, la distance parcourue à l'intérieur de la conduite y étant rattachée ; la fig. 6 est une représentation graphique des données mesurées par une première ceinture formée par les convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments, disposée en aval de la partie avant du corps de défectoscope, la distance parcourue à l'intérieur de la conduite y étant rattachée ;
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la fig. 7 est une représentation graphique des données obtenues par le défectoscope dans le domaine d'un défaut du type fissure présente à la paroi de la conduite ; la fig. 8 est une représentation graphique des données obtenues par le défectoscope dans le domaine d'une perte de métal par corrosion de la paroi de la conduite.
La fig. 1 représente un défectoscope magnétique destiné à contrôler des conduites à leur intérieur ayant un diamètre extérieur (conditionnel) égal à 20" (529 mm) dont le principe de fonctionnement repose sur la méthode de mesure de fuites d'un flux magnétique. Le défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes selon l'invention a subi avec succès des essais et est exploité présentement. Le défectoscope est divisé en trois compartiments principaux, à savoir : un compartiment à batteries 1, un compartiment magnétique 2 et un compartiment d'appareillage 3. Le dispositif
comprend deux ceintures constituées par des aimants 4 et 5 disposés sur le compartiment magnétique 2 et pouvant magnétiser la paroi de la conduite, une ceinture formé par des convertisseurs de champ magnétique 6 installés sur le compartiment magnétique 2 entre les ceintures des aimants, une ceinture constituée par des convertisseurs de champ magnétique 7 installés
sur le compartiment d'appareillage 3, le disposif contient en outre des transmetteurs de parcours effectué à l'intérieur de la conduite (des odomètres) 28, 29 (fig. 1, fig. 2, fig. 3) montés sur le compartiment d'appareillage 3.
comprend deux ceintures constituées par des aimants 4 et 5 disposés sur le compartiment magnétique 2 et pouvant magnétiser la paroi de la conduite, une ceinture formé par des convertisseurs de champ magnétique 6 installés sur le compartiment magnétique 2 entre les ceintures des aimants, une ceinture constituée par des convertisseurs de champ magnétique 7 installés
sur le compartiment d'appareillage 3, le disposif contient en outre des transmetteurs de parcours effectué à l'intérieur de la conduite (des odomètres) 28, 29 (fig. 1, fig. 2, fig. 3) montés sur le compartiment d'appareillage 3.
Des moyens électroniques de traitement digital des données mesurées se trouvent dans des gaines antiexplosives du corps de défectoscope, la longueur de la fente d'assemblage est d'au moins 12,5 mm, la longueur de la fente jusqu'à l'orifice est d'au moins 8 mm, la largeur de la fente est égale au plus à 0,15 mm.
Dans la gaine du compartiment à batteries 1 (fig. 2) se trouvent un bloc d'alimention de batteries 21, un module 22 pour convertir la tension des batteries en tension nécessaire à l'alimentation des modules électroniques et un module 23 à sécurité intrinsèque.
Une sortie du bloc d'alimentation de batteries 21 est connectée à une entrée du module pour convertir la tention 22, dont les sorties sont branchées par l'intermédiaire du module à sécurité intrinsèque 23 sur un module de répartition d'alimentation 25 logé dans le compartiment d'appareillage 3. Les sorties du module de répartition d'alimentation 25 sont connectées à tous les
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modules électroniques et à tous les éléments présents dans le compartiment d'appareillage.
Sur le corps du compartiment magnétique 2 sont montés une ceinture 6 constituée par les convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique à plusieurs éléments qui sont serrés contre la surface intérieure de conduite par l'intermédiaire des moyens de fixation des convertisseurs, et des blocs 24 de conversion digitale-analogique. Les convertisseurs de champ magnétique sont connectés aux blocs de conversion digitale-analogique dont les sorties sont branchées sur les modules de conversion digitale-analogique des données 32, présents dans le compartiment d'appareillage 3.
Dans le compartiment d'apareillage 3 (fig. 2) se trouvent un module de répartition d'alimentation 25, un ordinateur de bord 26 ayant une unité d'accumulateurs 27 à mémoire de corps solide, un capteur de pression extérieure 30, un capteur 31 d'angle de rotation du défectoscope autour de l'axe principal de la conduite, et les modules de conversion digitale de données 32.
Le corps du compartiment d'appareillage 3 porte (figures 1,2, 3) une ceinture constituée par les convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique à plusieurs éléments 7 qui sont serrés contre la surface intérieure de la conduite par l'intermédiaire des moyens de fixation des convertisseurs, des odomètres 28,29 et des blocs 33 de conversion digitale-analogique de données, un élément thermométrique 34 étant installé dans le corps de chacun desdits blocs. Aux blocs de conversion digitale-analogique de données 33 sont connectés les convertisseurs de champ magnétique et les odomètres.
Aux blocs 33 sont raccordés en outre le capteur de pression extérieure 30, le capteur d'angle de rotation 31 et les éléments thermométriques 34 disposés dans les corps des blocs 33. Les sorties des blocs de conversion digitale-analogique 33 sont connectées aux modules de conversion digitale 32 dont les sorties sont branchées sur l'ordinateur de bord 26.
Les compartiments du défectoscope sont liés entre eux à l'aide d'une transmission par articulation et de câbles électriques contactant avec le milieu transporté à l'intérieur de la conduite à contrôler, les modules à sécurité intrinsèque 23 étant intégrés au circuit des câbles.
On utilise les éléments thermométriques du type Analog Devices et les cellules de Hall ayant une sensibilité magnétique égale au moins à 350 ; j. V/mT et un coefficient de température de sensibilité magnétique égale
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au plus à 0, 05 %/ C. Les cellules de Hall sont logées dans les convertisseurs de champ magnétique et noyées dans un complexe en époxy.
Les convertisseurs à plusieurs éléments (fig. 3) présentent chacun les cellules de Hall 71,72, 73,74, un stabilisateur de courant 75, un multiplexeur 76 et un amplificateur différentiel 77. Le module de conversion digitale de données 32 comprend un générateur 35 d'adresse pour interroger la cellule de Hall. Les cellules de Hall 71 à 74 sont connectées en série à un circuit d'alimentation constitué par les sorties du stabilisateur de courant 75. Les premières sorties des cellules de Hall sont branchées sur les premières entrées du multiplexeur 76, les secondes sorties des cellules de Hall sont raccordées aux secondes entrées du multiplexeur 76. Une première sortie du multiplexeur (qui fait passer les données à partir des premières entrées du multiplexeur) est connectée à une première entrée de l'amlificateur différentiel 77. Une seconde sortie du multiplexeur (qui fait passer les données à partir des secondes entrées du multiplexeur) est connectée à une seconde entrée de l'amplificateur différentiel 77. Une sortie de l'amplificateur différentiel 77 est connectée à une entrée du bloc de conversion digitale-analogique de données 33.
Les sorties des odomètres 28,29 sont connectées aux entrées correspondantes du bloc de conversion digitale-analogique de données 33. Une sortie du bloc de conversion digitale-analogique 33 correspondant aux données exprimées sous forme digitale et provenant d'un des odomètres 28 ou 29 est raccordée à une entrée du générateur d'adresse pour interroger l'élément 35 dont une sortie digitale est connectée à une entrée digitale de
commande du multiplexeur 76. Le niveau des signaux à la sortie du générateur 25 correspond simultanément à la norme"Logique transistortransistor"et"Structure complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur".
commande du multiplexeur 76. Le niveau des signaux à la sortie du générateur 25 correspond simultanément à la norme"Logique transistortransistor"et"Structure complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur".
Sur tous les compartiments (figures 1 et 4) sont montées des manchettes 10 de guidage en polymère dont chacune constitue une surface de contact avec la surface intérieure de la conduite, dans la partie avant du corps de défectoscope est installée une manchette 9 conique en polyuréthane. La surface extérieure de la manchette 9 forme une surface latérale d'un cylindre 41 (fig. 4) et une surface latérale d'un cône 42 contiguë à celle-là. La portion 43 de la manchette conique 9 est solidaire du corps de défectoscope et n'est pas apte à se déformer facilement, alors que le restant de la manchette se déforme facilement lors du passage du défectoscope à l'intérieur de la conduite. Le diamètre de la surface latérale du cylindre est
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égal à 505 mm, la génératrice de la surface latérale du cône constitue un angle de 400 avec un axe principal de la conduite, la longueur de la surface latérale du cylindre en direction de l'axe principal de la conduite est égale à 0, 23 du diamètre du cylindre, dans la partie conique de la manchette conique, alors dans le domaine du diamètre extérieur de la manchette égal à 0,85 par rapport au diamètre maximum, sont ménagés des trous débouchants, la section totale de passage desdits trous est égale à 0,5 % par rapport à l'aire de section de la conduite. Les manchettes élastiques sont réalisées en polyuréthane ayant une dureté de Shore égale à 85 A. Le diamètre des manchettes de guidage 10 en section du diamètre le plus grand se chiffre à 527 mm.
Le dispositif fonctionne comme suit.
On insère le défectoscope magnétique dans une conduite et on enclenche le pompage du gaz (du pétrole, des produits pétroliers) à travers la conduite. Pendant le mouvement du défectoscope à l'intérieur de la conduite est créée et mesurée une valeur de l'induction magnétique dans le voisinage de la surface intérieure de la conduite, les données de mesure sont traitées et inscrites dans l'accumulateur 27 faisant partie de l'ordinateur de bord 26.
La magnétisation de la paroi de conduite a lieu dans les limites du domaine disposé entre les balais de fil 4 et 5 présents dans le compartiment magnétique 2. Dans la même zone se trouvent les convertisseurs 6 à plusieurs éléments servant à mesurer l'induction magnétique.
Le procédé de défectoscopie magnétique consiste à magnétiser la paroi d'une conduite jusqu'à un état saturé et à mesurer l'induction magnétique dans le voisinage du tronçon magnétisé. La magnétisation s'effectue grâce aux aimants permanents dans la direction coincidant avec un axe longitudinal de la conduite. La valeur de l'induction magnétique mesurée au-dessus d'une portion sans défauts porte une information relative à l'épaisseur de paroi de la conduite. La présence de fissures ou de défauts liés à une perte de métal (une corrosion, des rayures) amène à une variation de la valeur et du caractère de la répartition de l'induction magnétique.
Après avoir terminé le passage de diagnostic sur la portion donnée de la conduite on retire le défectoscope de la conduite et on introduit les données accumulées au cours du diagnostic dans un ordinateur se trouvant hors du défectoscope.
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Un dépouillement ultérieur des données enregistrées permet de tirer une conclusion relative à la présence de défauts et de définir leurs dimensions.
Pendant le mouvement du défectoscope à l'intérieur de la conduite, les roues des odomètres 28,29 sont serrées par les ressorts contre la paroi de la conduite, et aux sorties des odomètres se forment des suites d'impulsions analogiques qui sont exprimées sous forme digitale par le bloc des convertisseurs digital-analogique 33. Les données exprimées sous forme digitale issues des odomètres sont inscrites dans le bloc d'accumulateurs 27 présent dans l'ordinateur de bord 26. De plus, dans le module de conversion digitale de données 32 les signaux exprimés sous forme digitale issus d'un des odomètres arrivent au générateur d'adresse de l'élément 35 à interroger.
A l'arrivée de chacune impulsion engendrée par l'odomètre au générateur 35, à une sortie de position binaire du générateur 35 se forme un cycle constitué de quatre adresses, lesdites quatre adresses à l'entrée de commande du multiplexeur 76 ouvrent chacune les données issues d'une des quatre cellules de Hall 71-74 pour les faire passer. Les signaux engendrés par les cellules de Hall sont amplifiés à l'aide de l'amplificateur différentiel directement dans le convertisseur intégré de champ magnétique à plusiers éléments et arrivent au bloc des convertisseurs digital-analogique 33 monté du côté extérieur de la gaine du défectoscope.
Au cours de l'application du défectoscope revendiqué selon son mode de réalisation préféré, une augmentation de la différence de pression subie par la manchette conique a pour conséquence une tension de celle-ci, un recouvrement de la section de passage ayant lieu entre la surface extérieure
de la manchette conique et la surface intérieure de la conduite, une compensation de la réduction de la vitesse et une coupure du courant du gaz dilaté arrivant des domaines disposés derrière la manchette conique.
de la manchette conique et la surface intérieure de la conduite, une compensation de la réduction de la vitesse et une coupure du courant du gaz dilaté arrivant des domaines disposés derrière la manchette conique.
Les figures 5 à 8 représentent les résultats de traitement des données obtenues grâce au passage de diagnostic du défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes revendiqué. A l'axe d'abscisses L est représentée la distance parcourue à l'intérieur de la conduite, à l'axe d'ordonnées Fi est représenté un angle autour de l'axe principal de la conduite, les courbes représentent un écart mesuré de l'intensité de champ magnétique dH dans le voisinage de la surface intérieure de la conduite. Sur les tronçons représentés (fig. 5, fig. 6) on peut identifier des soudures transversales 51,52, un tuyau de branchement 53 et un débordement de
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métal 54 dû au soudage du tube à contrôler et du tuyau de branchement 53. Sur les tronçons représentés aux figures 7 et 8 on peut identifier un défaut 55 du type fissure présent dans la paroi du tube, une perte de métal 56 de la paroi de tube provoquée par une corrosion et une soudure transversale 57.
Une analyse des corrélations portant sur les données issues de la première et seconde ceintures constituées des capteurs de champ magnétique permet d'identifier nettement, grâce à l'application de modèles mathématiques pour des défauts, la position des défauts présents dans la profondeur du tube, de définir leurs paramètres et d'établir des calculs relatifs à la solidité des conduites exploitées.
Claims (10)
1. Défectoscope magnétique destiné à être utilisé à l'intérieur de tubes destiné à effectuer un passage à l'intérieur d'une conduite à contrôler, comportant un corps, des moyens pour magnétiser la paroi de la conduite, des convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments et des moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure, chacun desdits convertisseurs de champ magnétique à plusieurs éléments présentant un groupe d'éléments sensibles au champ magnétique, caractérisé en ce que ledit convertisseur de champ magnétique à plusieurs éléments comprend en outre un multiplexeur et un amplificateur, les sorties desdits éléments sensibles étant connectées aux entrées du multiplexeur et les sorties du multiplexeur étant branchées sur les entrées de l'amplificateur, une sortie de l'amplificateur étant connectée auxdits moyens de mesure, de traitement et d'enregistrement des données de mesure.
2. Défectoscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sensibles cités à la revendication 1 sont des semi-conducteurs, en ce que les moyens pour magnétiser la paroi de la conduite mentionnés à la revendication 1 contiennent deux ceintures constituées par des balais en matériau ferromagnétique installés sur des aimants et qui sont en contact avec la surface intérieure de la conduite, en ce que lesdits convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique sont installés entre lesdites ceintures des balais en forme d'une ceinture formée par les convertisseurs semiconducteurs de champ magnétique contiguë à la surface intérieure de la conduite selon le périmètre de section de la conduite et en ce que dans le domaine situé après lesdites ceintures des balais est montée, en aval de la partie avant de corps du défectoscope, une seconde ceinture constituée par lesdits convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique à plusieurs éléments.
3. Défectoscope selon la revendication 2, caractérisé en ce que sur le corps du défectoscope est monté un élément thermométrique, ledit élément thermométrique étant placé dans un domaine situé après la première ceinture et/ou la seconde ceinture citées à la revendication 2 et constituées par les convertisseurs semi-conducteurs de champ magnétique à plusieurs éléments.
4. Défectoscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments sensibles cités à la revendication 1 sont exécutés en forme de cellules de Hall et en ce que l'amplificateur indiqué à la revendication 1 est réalisé en forme d'un amplificateur différentiel aux entrées différentielles
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duquel sont connectées les sorties du multiplexeur cité à la revendication 1 lesquelles correspondent aux paires de sorties des cellules de Hall.
5. Défectoscope selon la revendication 4, caractérisé en ce que le coefficient de température de la sensibilité magnétique des cellules de Hall citées à la revendication 4 est compris entre (0,01 et 0,1) %/ C.
6. Défectoscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le défectoscope comprend une source de courant permanent connectée aux entrées des éléments sensibles indiqués à la revendication 1 et en ce que les moyens de mesure cités à la revendication 1 contiennent des moyens de mesure de la tension connectés aux sorties desdits éléments sensibles.
7. Défectoscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur de champ magnétique indiqué à la revendication 1 renferme un stabilisateur de courant et en ce que les éléments sensibles cités à la revendication 1 sont connectés en série à un circuit d'alimentation constitué dudit stabilisateur de courant.
8. Défectoscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités présentes dans le convertisseur de champ magnétique mentionné à la revendication 1 sont remplies d'un complexe, en ce que les éléments sensibles indiqués à la revendication 1 présentent chacun un domaine sensible au champ magnétique et qui est entouré d'un domaine insensible et
en ce que l'épaisseur de la couche la plus mince du domaine insensible et du complexe entre le domaine sensible de chacun desdits éléments sensibles et du milieu transporté est comprise entre 1 et 10 mm.
9. Défectoscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités du convertisseur de champ magnétique indiqué à la revendication 1 sont remplies d'un complexe et en ce que l'épaisseur de la couche la plus mince du complexe existant entre le corps de l'un quelconque des éléments
indiqués à la revendication 1 et faisant partie du convertisseur de champ magnétique et le milieu transporté est d'au moins 1 mm.
10. Défectoscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur le corps du défectoscope est monté au moins un odomètre dont une sortie est connectée à une entrée d'un générateur d'adresse de l'élément sensible à interroger et en ce que les entrées de commande du multiplexeur cité à la revendication 1 sont digitales et connectées aux sorties dudit générateur d'adresse de l'élément sensible à interroger.
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Owner name: WEATHERFORD TECHNOLOGY HOLDINGS, LLC, US Effective date: 20150603 |
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