RU2020467C1 - Method for detection of through defects in pipelines - Google Patents

Method for detection of through defects in pipelines Download PDF

Info

Publication number
RU2020467C1
RU2020467C1 SU915006664A SU5006664A RU2020467C1 RU 2020467 C1 RU2020467 C1 RU 2020467C1 SU 915006664 A SU915006664 A SU 915006664A SU 5006664 A SU5006664 A SU 5006664A RU 2020467 C1 RU2020467 C1 RU 2020467C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipeline
microwave
defect
receiver
pipelines
Prior art date
Application number
SU915006664A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.П. Арзин
В.Л. Жуков
С.Ю. Левин
В.П. Овчинников
А.Ф. Саяпин
Г.О. Фетисов
В.П. Шиян
Ю.Г. Штейн
Original Assignee
Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете filed Critical Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете
Priority to SU915006664A priority Critical patent/RU2020467C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2020467C1 publication Critical patent/RU2020467C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: nondestructive testing. SUBSTANCE: method includes excitation in pipeline with diameter D, as SHF wave guide system, of oscillations of the H11 type on working wave length λw ≅ 1.71 D and reception of signal radiated by through defect by means of highly sensitive receiver located at distance 1 from pipeline. EFFECT: increased length of continuously controlled length of pipeline. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий и может быть использовано для дефектоскопии магистральных трубопроводов, заполненных газом, нефтью, нефтепродуктами под давлением, а более конкретно - для обнаружения сквозных трещин в газопроводах. The invention relates to the field of non-destructive testing of products and can be used for flaw detection of pipelines filled with gas, oil, oil products under pressure, and more specifically for the detection of through cracks in gas pipelines.

Наиболее часто встречаются сквозные дефекты, имеющие небольшие размеры, например 10х0,2 мм, 25х0,2 мм, 12х0,1 мм. Однако при истечении через сквозной дефект (трещину) газопровода газа с большой скоростью (до 700 м/с) может возникнуть лавинный процесс разрушения газопровода. Протяженность дефекта может увеличиться до сотен и даже тысяч метров. Это подтверждает актуальность проблемы своевременного и с большой вероятностью обнаружения дефектов в газопроводах и их устранения на начальной стадии возникновения. Практически необходимо иметь непрерывный контроль состояния трубопроводов (продуктопроводов), особенно вблизи населенных пунктов, железнодорожных переездов, промышленных и других народнохозяйственных объектов. The most common are through defects having small dimensions, for example 10x0.2 mm, 25x0.2 mm, 12x0.1 mm. However, when a gas pipeline flows through a through defect (crack) at a high speed (up to 700 m / s), an avalanche process of gas pipeline destruction can occur. The length of the defect may increase to hundreds or even thousands of meters. This confirms the urgency of the problem timely and with a high probability of detecting defects in gas pipelines and their elimination at the initial stage of occurrence. It is practically necessary to have continuous monitoring of the condition of pipelines (product pipelines), especially near settlements, railway crossings, industrial and other economic facilities.

Известно устройство для акустоэмиссионной (АЭ) диагностики трубопроводов [1] . В этом устройстве повышение точности диагностики трубопроводов (газо- и нефтепроводов) при их испытаниях и эксплуатации достигается за счет определения разности времени прихода гармонических составляющих сигнала АЭ путем измерения сигнала на двух уровнях дискриминации и измерения энергетических параметров сигнала с учетом затухания волн АЭ в материале изделия. При истечении газа через дефект возникают акустические колебания (сигналы). С помощью установленных на трубе электроакустических преобразователей эти сигналы принимают. Отмечают время прихода различных гармонических составляющих акустического сигнала. Вследствие дисперсии звука в трубопроводе время распространения различных гармонических составляющих акустического сигнала от источника до приемника АЭ неодинаково. По разности времени прихода этих гармонических составляющих судят о расстоянии от источника (дефекта) до приемника, определяя тем самым местоположение дефекта. Устройство отличается сложностью из-за введения в его состав дополнительных блоков, определяющих затухание акустических волн в материале и повышающих точность пространственно-временной селекции сигналов АЭ. наряду со сложностью системы обработки к недостаткам данного устройства относятся низкая помехозащищенность АЭ-приемников в производственных условиях и сложность определения местоположения дефектов на протяженном участке трубопровода. Для протяженных участков трубопроводов потребовалось бы большое количество ультразвуковых преобразователей. Это приводит к дополнительному усложнению системы, снижению ее надежности и требует сложную и дорогостоящую систему сбора, обработки и передачи информации на диспетчерский пункт. A device for acoustic emission (AE) diagnostics of pipelines [1]. In this device, improving the accuracy of diagnostics of pipelines (gas and oil pipelines) during their testing and operation is achieved by determining the difference in the arrival time of the harmonic components of the AE signal by measuring the signal at two levels of discrimination and measuring the energy parameters of the signal taking into account the attenuation of AE waves in the product material. When the gas flows through the defect, acoustic vibrations (signals) occur. With the help of electro-acoustic transducers installed on the pipe, these signals are received. The time of arrival of various harmonic components of the acoustic signal is noted. Due to the dispersion of sound in the pipeline, the propagation time of various harmonic components of the acoustic signal from the source to the AE receiver is not the same. The difference in the arrival time of these harmonic components is used to judge the distance from the source (defect) to the receiver, thereby determining the location of the defect. The device is complex because of the introduction of additional blocks that determine the attenuation of acoustic waves in the material and increase the accuracy of the spatio-temporal selection of AE signals. Along with the complexity of the processing system, the disadvantages of this device include the low noise immunity of AE receivers in a production environment and the difficulty in determining the location of defects in an extended section of a pipeline. For long sections of pipelines, a large number of ultrasonic transducers would be required. This leads to an additional complication of the system, a decrease in its reliability, and requires a complex and expensive system for collecting, processing, and transmitting information to a control room.

Эти недостатки частично преодолены в известном устройстве для диагностики магистральных трубопроводов [2]. Достоверность диагностики, проводимой с помощью этого устройства, повышается за счет локального нагружения стенок контролируемого трубопровода повышенным давлением рабочей среды. Устройство состоит из двух блоков: силового и блока регистрации и обработки информации. Устройство перемещается внутри контролируемого трубопровода под действием рабочей среды. Силовой блок создает локальное повышенное давление на стенки трубопровода. Под действием динамической деформации трубопровода возникает электромагнитное излучение, которое воспринимается антенной, также размещенной на блоке регистрации и обработки. По изменению характеристик этого излучения (сигнала) в результате прохода устройства по трубопроводу после обработки полученной информации судят о наличии дефектов в трубопроводе. These disadvantages are partially overcome in the known device for the diagnosis of trunk pipelines [2]. The reliability of the diagnostics carried out using this device is increased due to local loading of the walls of the controlled pipeline with increased pressure of the working medium. The device consists of two units: a power unit and a unit for recording and processing information. The device moves inside the controlled pipeline under the influence of the working environment. The power block creates local increased pressure on the walls of the pipeline. Under the influence of dynamic deformation of the pipeline, electromagnetic radiation occurs, which is perceived by the antenna, also located on the registration and processing unit. By changing the characteristics of this radiation (signal) as a result of the device passing through the pipeline after processing the received information, it is judged that there are defects in the pipeline.

Несмотря на то, что данное устройство обеспечивает возможность контроля протяженных участков и получения информации об ослабленных (в смысле механической прочности) участках трубопровода, оно не позволяет быстро и надежно выдать информацию о наличии дефекта и месте его расположения. Информация может быть получена только после извлечения снаряда, прошедшего весь контролируемый участок трубопровода. Фактически с его помощью невозможен непрерывный контроль за состоянием трубопровода, особенно необходимый в густонаселенных промышленных районах и в местах пересечений с железнодорожными и другими магистралями. Despite the fact that this device provides the ability to control extended sections and obtain information about weakened (in terms of mechanical strength) sections of the pipeline, it does not allow you to quickly and reliably provide information about the presence of a defect and its location. Information can only be obtained after retrieving a projectile that has passed the entire controlled section of the pipeline. In fact, with its help, continuous monitoring of the state of the pipeline is impossible, especially necessary in densely populated industrial areas and at intersections with railways and other highways.

Перечисленные недостатки частично преодолены с помощью способа регистрации сигналов акустической эмиссии (АЭ) [3], взятого за прототип. Дефект на поверхности металлического изделия, например трубопровода, находящегося за слоем диэлектрика, обнаруживают по параметрам СВЧ-волны, дифрагированной на поверхности изделия на сигналах АЭ, возникающей при истечении газа или иного продукта под давлением через сквозную щель. Схема реализации данного способа регистрации сигналов АЭ содержит СВЧ-генератор и СВЧ-приемник, передающую и приемную антенну, направленные на поверхность контролируемого изделия, которая покрыта слоем диэлектрика. Способ реализуется следующим образом. Генерируют электромагнитную когерентную поляризованную волну СВЧ-диапазона с помощью генератора. Посредством передающей антенны излучают ее на поверхность контролируемого изделия, принимают дифрагированную электромагнитную волну приемником СВЧ. Электрический сигнал с выхода СВЧ-приемника усиливают, обрабатывают по выбранному параметру и регистрируют в блоке обработки и регистрации сигналов. Сравнивают параметры СВЧ-излучения, полученные ранее при отражении от поверхности изделия без дефектов (а, следовательно, и без присутствия акустоэмиссионных сигналов) с параметрами СВЧ-излучения, измененными при появлении акустических сигналов. По изменению параметров регистрируемого СВЧ-поля отмечают наличие сигналов АЭ и, следовательно, наличие дефекта. Данный способ позволяет дистанционно регистрировать сигналы АЭ, а посредством их и наличие дефекта, однако он может быть использован лишь для наблюдения за участком контролируемого изделия ограниченной площади, характеризующимся наибольшей вероятностью появления в нем дефектов. Довольно низка и чувствительность метода, во-первых, из-за низкой интенсивности самого акусто-эмиссионного сигнала, а, во-вторых, из-за низкой эффективности дифракции падающего СВЧ-излучения на сигналах АЭ. С другой стороны, поскольку на приемник наряду с полезным сигналом попадает интенсивное излучение, отраженное от металлической поверхности, например трубы, то на фоне этого излучения (одинаковой частоты с полезным сигналом, но с другой фазой) сложно выделить и обработать полезный сигнал из-за низкого соотношения сигнал/шум. На формирование полезного сигнала влияют также интерференционные явления, возникающие за счет проникновения внешнего электромагнитного поля внутрь трубы (дифракция на щели), и дополнительного отражения от внутренней поверхности трубы в сторону щели. В этом случае коэффициент отражения и набег фазы являются сложными функциями как диэлектрической проницаемости покрытия трубы, так и отношения d/λ , где d - толщина стенки трубы, λ - длина зондирующей волны. Поскольку при обнаружении трещины по сигналу АЭ основным информативным параметром является фаза дифрагированной волны, а детекторы, чувствительные к фазе, также чувствительны и к амплитуде сигнала, то при реализации способа большая погрешность в обнаружении фазового сдвига обусловлена затуханием отраженной волны в слое грунта, которым может быть закрыта труба. Сильное влияние на определение местоположения трещины оказывают акустические шумы, метеоусловия и т.д. Вредному влиянию подвержены как передающий, так и приемный каналы предлагаемой диагностической системы, реализующей способ. К недостаткам следует отнести также низкую степень развязки приемного и передающего трактов. Поскольку в способе и в реализующем его устройстве положение приемника и передатчика зафиксировано в пространстве, то зона обзора контролируемой трубы фактически ограничена размером пятна, определяемым диаграммой направленности передающей антенны. Это означает, что способ-прототип не позволяет непрерывно контролировать протяженный участок трубы. These disadvantages are partially overcome by using the method of recording acoustic emission signals (AE) [3], taken as a prototype. A defect on the surface of a metal product, for example, a pipe located behind a dielectric layer, is detected by the parameters of a microwave wave diffracted on the surface of the product by AE signals that occur when a gas or other product flows under pressure through a through slot. The implementation scheme of this method of detecting AE signals contains a microwave generator and a microwave receiver, a transmitting and receiving antenna, directed to the surface of the controlled product, which is covered with a dielectric layer. The method is implemented as follows. An electromagnetic coherent polarized microwave wave is generated using a generator. By means of a transmitting antenna, they radiate it to the surface of the controlled product, and a diffracted electromagnetic wave is received by a microwave receiver. The electric signal from the output of the microwave receiver is amplified, processed according to the selected parameter and recorded in the signal processing and registration unit. Compare the parameters of microwave radiation obtained earlier when reflected from the surface of the product without defects (and, therefore, without the presence of acoustic emission signals) with the parameters of microwave radiation, changed when acoustic signals appear. By changing the parameters of the recorded microwave field, the presence of AE signals and, therefore, the presence of a defect are noted. This method allows you to remotely record AE signals, and through them the presence of a defect, however, it can only be used to monitor a portion of the controlled product of a limited area, which is most likely to cause defects in it. The sensitivity of the method is rather low, firstly, because of the low intensity of the acoustic emission signal itself, and, secondly, because of the low diffraction efficiency of the incident microwave radiation on AE signals. On the other hand, since the receiver receives, along with the useful signal, intense radiation reflected from a metal surface, such as a pipe, then against the background of this radiation (of the same frequency as the useful signal, but with a different phase), it is difficult to isolate and process the useful signal because of the low signal to noise ratio. The formation of a useful signal is also influenced by interference phenomena arising due to the penetration of an external electromagnetic field into the pipe (diffraction by the slit) and additional reflection from the inner surface of the pipe towards the slit. In this case, the reflection coefficient and phase incursion are complex functions of both the dielectric constant of the pipe coating and the d / λ ratio, where d is the pipe wall thickness, λ is the probe wavelength. Since when a crack is detected by the AE signal, the phase of the diffracted wave is the main informative parameter, and phase sensitive detectors are also sensitive to the signal amplitude, when implementing the method, a large error in detecting the phase shift is caused by the attenuation of the reflected wave in the soil layer, which may be the pipe is closed. Acoustic noise, weather conditions, etc. have a strong influence on the determination of the location of a crack. Both transmitting and receiving channels of the proposed diagnostic system that implements the method are affected. The disadvantages should also include a low degree of isolation of the receiving and transmitting paths. Since in the method and in the device implementing it, the position of the receiver and transmitter is fixed in space, the field of view of the monitored pipe is actually limited by the spot size determined by the radiation pattern of the transmitting antenna. This means that the prototype method does not allow continuous monitoring of the extended pipe section.

Цель изобретения - увеличение протяженности непрерывно контролируемого участка трубопровода. The purpose of the invention is to increase the length of the continuously monitored section of the pipeline.

Цель достигается тем, что, как и в прототипе, генерируют и принимают электромагнитную волну СВЧ-диапазона и по изменению параметров принятых СВЧ-сигналов судят о наличии дефекта. В отличие от прототипа СВЧ-волну длиной λ < 1,71 D, где D - диаметр трубопровода, возбуждают внутри трубопровода, который используют как волновод для излучаемых электромагнитных волн. Наличие сквозного дефекта определяют по СВЧ-сигналу, принимаемому приемником со сканирующей антенной, удаленным от трубопровода на расстояние l, определяемое из соотношения:
2

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
- l
Figure 00000004
L ,
(1) где Ро - мощность электромагнитной волны;
α- коэффициент ослабления электромагнитной волны на щели, в грунте;
G - коэффициент усиления приемника;
Раmin - пороговая мощность приемника;
L - длина непрерывно контролируемого участка трубопровода.The goal is achieved in that, as in the prototype, they generate and receive an electromagnetic wave of the microwave range and judging by a change in the parameters of the received microwave signals about the presence of a defect. In contrast to the prototype, a microwave wavelength λ <1.71 D, where D is the diameter of the pipeline, is excited inside the pipeline, which is used as a waveguide for radiated electromagnetic waves. The presence of an end-to-end defect is determined by the microwave signal received by the receiver with a scanning antenna remote from the pipeline by a distance l, determined from the relation:
2
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
- l
Figure 00000004
L
(1) where P o is the power of the electromagnetic wave;
α is the attenuation coefficient of the electromagnetic wave on the gap in the ground;
G is the gain of the receiver;
P amin is the threshold power of the receiver;
L is the length of the continuously monitored section of the pipeline.

В практике известен радиоволновый метод обнаружения объектов и определения их положения в пространстве путем облучения их СВЧ-волной, приема и обработки отраженного сигнала (активная радиолокация) либо в результате собственного излучения объекта (пассивная радиолокация). Предлагаемый способ схож со способом активной радиолокации в той части, которая также содержит генерацию СВЧ-колебаний, прием и обработку полезного сигнала. Однако он отличается от известного способа активной радиолокации тем, что объект (дефект) не облучается извне зондирующим импульсом и, соответственно, не отражает часть СВЧ-энергии. СВЧ-энергия в виде волны заданного типа подается и распространяется по волноводу-трубопроводу, а затем ее часть излучается через сквозной дефект в свободное пространство. Этот излученный сигнал и является полезным сигналом, который необходимо зарегистрировать (обнаружить). In practice, the radio wave method is known for detecting objects and determining their position in space by irradiating them with a microwave wave, receiving and processing a reflected signal (active radar), or as a result of the object’s own radiation (passive radar). The proposed method is similar to the active radar method in that part, which also contains the generation of microwave oscillations, the reception and processing of a useful signal. However, it differs from the known method of active radar in that the object (defect) is not irradiated from the outside by a probe pulse and, accordingly, does not reflect part of the microwave energy. Microwave energy in the form of a wave of a given type is supplied and propagated through a waveguide-pipe, and then part of it is radiated through a through defect into free space. This emitted signal is a useful signal that must be registered (detected).

Основным отличием предлагаемого способа обнаружения дефекта от известных, является то, что в нем сигнал, несущий информацию о наличии дефекта, активно формируется, в то время как в используемых, например акустоэмиссионных, способах это пассивный процесс, подверженный влиянию большого количества факторов. При анализе патентной и научно-технической литературы авторами не обнаружено сведений об использовании радиоволнового метода в представленной выше комбинации операций для поиска дефектов в действующих трубопроводах (газопроводах, нефтепроводах). Это позволяет считать предложенный авторами способ обладающим существенными отличиями. The main difference between the proposed method for detecting a defect from the known ones is that a signal carrying information about the presence of a defect is actively formed in it, while in methods used, for example, acoustic emission, it is a passive process that is influenced by a large number of factors. When analyzing the patent and scientific and technical literature, the authors did not find information about the use of the radio wave method in the above combination of operations to search for defects in existing pipelines (gas pipelines, oil pipelines). This allows us to consider the method proposed by the authors as having significant differences.

На чертеже показана структурная схема устройства для реализации способа. The drawing shows a structural diagram of a device for implementing the method.

Устройство содержит трубопровод 1, устройство ввода СВЧ-энергии 2, передатчик 3, генератор 4, автоподстройку частоты (АПЧ) 5, приемную антенну 6, усилитель высокой частоты (УВЧ) 7, приемник 8, индикатор 9, блок 10 обработки информации (ЭВМ), дефект 11. The device comprises a pipeline 1, a microwave energy input device 2, a transmitter 3, a generator 4, a frequency lock (AFC) 5, a receiving antenna 6, a high-frequency amplifier (UHF) 7, a receiver 8, an indicator 9, an information processing unit (computer) 10 defect 11.

Принцип работы устройства, реализующего данный способ, заключается в следующем. The principle of operation of a device that implements this method is as follows.

Генерируемый передатчиком 3 импульс электромагнитного излучения СВЧ-диапазона посредством устройства ввода 2 возбуждает в трубопроводе 1 электромагнитную волну. Тип и рабочую длину волныλ выбирают с учетом обеспечения приемлемого для практики затухания и стабильности структуры поля (волны) в трубопроводе диаметром D. The pulse of electromagnetic radiation of the microwave range generated by the transmitter 3 by means of the input device 2 excites an electromagnetic wave in the pipeline 1. The type and working wavelength λ is chosen taking into account the attenuation and stability of the field structure (waves) acceptable in practice in a pipeline with a diameter D.

При передаче электромагнитной энергии по волноводам в СВЧ-технике 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 выбирают из соотношения:
1,31D < λ < 1,71D. (2)
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) 11 в свободное пространство, являясь информативным сигналом для обнаружения и определения местоположения дефекта-щели. Этот сигнал принимается приемной антенной 6, усиливается широкополосным усилителем высокой частоты (УВЧ) 7 и подается на приемник 8, где преобразуется в импульсы промежуточной частоты (ПЧ), детектируется и уже в форме видеоимпульса подается на индикатор 9 и в блок обработки информации 10. На индикаторе дефект визуально отображается в виде яркостной отметки в определенном азимутальном секторе. Блок обработки 10 автоматически выдает информацию об обнаружении и местоположении дефекта по каналу связи на диспетчерский пункт. Для обеспечения высокой чувствительности приемник настроен на частоту генератора. Для удержания частоты генератора 4 в полосе приемника 8 в передатчике 3 предусмотрена схема АПЧ. За счет того, что в рассматриваемой схеме используется индикатор 9, аналогичный индикатору кругового обзора (ИКО) традиционного радиолокатора, на экране которого отображаются азимутальные метки и метки дальности, предложенный способ и устройство наряду с обнаружением дефекта позволяют также определить его координаты. Это является дополнительным преимуществом данного способа по сравнению со способом-прототипом.
When transmitting electromagnetic energy through waveguides in microwave technology, it is customary to work on the lower type (main) oscillations (Izyumova TI, Sviridov VT, Waveguides, coaxial and strip lines. M .: Energy, 1975). For a circular waveguide, this type is H 11 . Given the diameter of the pipe, the working wavelength is chosen from the ratio:
1.31 D <λ <1.71 D. (2)
If this condition is met, only the main wave H 11 will exist in the waveguide and the transmitted energy will not be redistributed to other types that are less favorable in terms of their propagation in the waveguide. As it propagates through the waveguide pipe, part of the microwave pulse energy is spent on wall losses. When a pulse passes through a section of a waveguide pipeline with a defect, part of the energy is radiated through a gap (defect) 11 into the free space, being an informative signal for detecting and determining the location of a gap defect. This signal is received by the receiving antenna 6, amplified by a broadband high-frequency amplifier (UHF) 7 and fed to the receiver 8, where it is converted to pulses of an intermediate frequency (IF), detected and already fed in the form of a video pulse to the indicator 9 and to the information processing unit 10. On the defect indicator is visually displayed as a brightness mark in a certain azimuthal sector. The processing unit 10 automatically provides information about the detection and location of the defect through the communication channel to the control room. To ensure high sensitivity, the receiver is tuned to the generator frequency. To keep the frequency of the generator 4 in the strip of the receiver 8 in the transmitter 3 provides an AFC. Due to the fact that in the considered scheme, an indicator 9 is used, which is similar to the round-robin indicator (IRF) of a traditional radar, on the screen of which azimuthal and range marks are displayed, the proposed method and device, along with detecting a defect, also allows to determine its coordinates. This is an additional advantage of this method compared to the prototype method.

Поскольку положение газопровода зафиксировано в пространстве, то координаты дефекта можно определить также топографическим путем, располагая знанием расстояния от антенны (приемника) до газопровода и азимутом дефекта, считанным с экрана индикатора и перенесенным на местность. Естественно, что при этом система координат индикатора сориентирована относительно сторон горизонта. СВЧ-генератор располагается непосредственно у трубопровода, а приемник с антенной относятся от трубопровода. Для обеспечения непрерывного контроля более протяженного участка трубопровода приемник с антенной следует располагать как можно дальше от трубопровода при заданном угле сканирования приемной антенны. Максимальное удаление будет определяться мощностью генератора (передатчика), чувствительностью приемника, характеристиками антенны, параметрами ослабления СВЧ-энергии в трубопроводе-волноводе, в грунте, на дефекте (щели). Максимальное удаление антенны с приемником l от трубопровода при заданной протяженности L контролируемого участка трубопровода рассчитывается по формуле (1), полученной с использованием основного уравнения радиолокации, устанавливающего взаимосвязь между мощностью передатчика и предельной дальностью обнаружения цели, и решения прямоугольного треугольника при расположении приемника на нормали к трассе трубопровода. Since the position of the gas pipeline is fixed in space, the coordinates of the defect can also be determined topographically, having knowledge of the distance from the antenna (receiver) to the gas pipeline and the defect azimuth read from the indicator screen and transferred to the terrain. Naturally, in this case, the indicator coordinate system is oriented relative to the sides of the horizon. The microwave generator is located directly at the pipeline, and the receiver with the antenna are from the pipeline. To ensure continuous monitoring of a longer section of the pipeline, the receiver with the antenna should be located as far as possible from the pipeline at a given scanning angle of the receiving antenna. The maximum removal will be determined by the power of the generator (transmitter), the sensitivity of the receiver, the characteristics of the antenna, the attenuation parameters of microwave energy in the pipeline waveguide, in the ground, on the defect (gap). The maximum distance of the antenna with the receiver l from the pipeline for a given length L of the monitored section of the pipeline is calculated by the formula (1) obtained using the basic radar equation, which establishes the relationship between the transmitter power and the maximum target detection range, and the solution of the right triangle when the receiver is placed on the normal to pipeline route.

Минимальное удаление, в свою очередь, определяется минимальной требуемой длиной контролируемого участка трубопровода и уровнем мощности, обеспечивающим нормальную работу приемника (предотвращение выхода из строя из-за высокого уровня мощности сигнала). The minimum removal, in turn, is determined by the minimum required length of the monitored section of the pipeline and the power level that ensures the normal operation of the receiver (preventing failure due to a high signal power level).

Для расчета максимального удаления l антенны с приемником при заданной протяженности l непрерывно контролируемого участка трубопровода (в качестве примера - газопровода) зададимся значениями параметров, входящих в соотношение (1), определенным в результате проведенных экспериментальных исследований. To calculate the maximum distance l of the antenna with the receiver for a given length l of a continuously monitored section of the pipeline (as an example, a gas pipeline), we set the values of the parameters included in relation (1) determined as a result of experimental studies.

Рабочая длина волны λ = 35
Мощность, вводимая в газопровод-волновод Ро = 1˙109 Вт
Пороговая мощность антенны (приемника) Раmin = -130 дБ/Вт
Тип волны Н11
Диаметр трубопровода D = 250 мм
Ослабление в газопроводе αтр= 3,5 дБ/км
Ослабление в грунте αгр= 5 дБ/м
Ослабление дефектом αдеф= 68 дБ
Ослабление за счет экранирующего действия трубы αэкр= 9,5 дБ
Коэффициент усиления приемной антенны G = 550
Для удобства расчетов сделаем ряд допущений, не влияющих на точность расчета.
Working wavelength λ = 35
The power introduced into the gas pipeline waveguide Р о = 1˙10 9 W
The threshold power of the antenna (receiver) Pmin = -130 dB / W
Wave Type H 11
Pipe diameter D = 250 mm
Attenuation in the gas pipeline α tr = 3.5 dB / km
Attenuation in soil α gr = 5 dB / m
Defect attenuation α def = 68 dB
Attenuation due to shielding action of the pipe α ecr = 9.5 dB
Receive antenna gain G = 550
For the convenience of calculations, we make a number of assumptions that do not affect the accuracy of the calculation.

Удаление предполагаемого дефекта от точки ввода СВЧ-энергии в газопроводе составляет 5 км. Толщина слоя грунта, укрывающего газопровод, составляет 1 м. Removal of the alleged defect from the microwave energy input point in the gas pipeline is 5 km. The thickness of the soil layer covering the gas pipeline is 1 m.

Все составляющие ослабления мощности электромагнитной волны объединены коэффициентом
α=αтргрдефэкр≈100дБ
При этих допущениях расчет показывает, что дефект может быть обнаружен на максимальном удалении от антенны (приемника) до тысячи километров.
All components of the attenuation of the power of an electromagnetic wave are combined by a coefficient
α = α + α tr c + α + α def scr ≈100dB
Under these assumptions, the calculation shows that a defect can be detected at a maximum distance from the antenna (receiver) up to a thousand kilometers.

Такого же порядка составляет и протяженность контролируемого участка трубопровода. Эти расстояния являются теоретической оценкой, полученной для уровня мощности ≥1 ГВт и идеальных условий по трассе распространения излученного дефектом сигнала. Такие уровни мощности в настоящее время достижимы лишь с помощью средств релятивистской СВЧ-электроники (Диденко А.Н., Юшков Ю. Г. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности. М.: Энергоатомиздат, 1984, 112 с.). При использовании же генераторов на базе классического магнетрона с выходной импульсной мощностью, например, 230 кВт, предельное расстояние l, рассчитанное с использованием формулы (1) при заданной протяженности L = 5 км контролируемого участка и сделанных допущениях, составит ≈10 км. Использование при этом высокочувствительного приемника и антенны с узкой (≅4о в горизонтальной плоскости) диаграммой направленности позволяет кроме достижения основной цели изобретения повысить также точность обнаружения дефекта.The length of the controlled section of the pipeline is of the same order. These distances are a theoretical estimate obtained for a power level of ≥1 GW and ideal conditions along the propagation path of the signal emitted by the defect. Such power levels are currently achievable only with the help of relativistic microwave electronics (Didenko AN, Yushkov Yu. G. Powerful microwave pulses of nanosecond duration. M: Energoatomizdat, 1984, 112 pp.). When using generators based on a classical magnetron with an output pulse power of, for example, 230 kW, the limiting distance l calculated using formula (1) for a given length L = 5 km of the controlled section and the assumptions made will be ≈10 km. The use of a highly sensitive receiver and antenna with a narrow (≅4 о in the horizontal plane) radiation pattern allows, in addition to achieving the main objective of the invention, to increase the accuracy of defect detection.

Среди действующих устройств известна отечественная передвижная газоаналитическая лаборатория для поиска и обнаружения сквозных повреждений стенок труб газопроводов без вскрытия грунта на базе лазерного газоанализатора (Технические средства диагностирования: Справочник/ В.В.Клюев, П.П.Пархоменко, В. Е. Абрамчук и др. /Под общей ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1989. - 672 с.). Among the existing devices, a domestic mobile gas analysis laboratory is known for searching and detecting through damage to the walls of gas pipelines without opening the soil on the basis of a laser gas analyzer (Technical diagnostic tools: Reference book / V.V. Klyuyev, P.P. Parhomenko, V.E. Abramchuk, etc. / Under the general editorship of V.V. Klyuyev. M.: Mechanical Engineering, 1989. - 672 p.).

Этот способ, однако, мало пригоден для поиска дефектов, особенно в тяжелых почвенно-климатических условиях Западной Сибири, где разведаны крупные месторождения нефти и газа. This method, however, is not very suitable for searching for defects, especially in the difficult soil and climatic conditions of Western Siberia, where large deposits of oil and gas have been explored.

Позволяя довольно точно анализировать газовый состав (при отсутствии посторонних выходов газа), лаборатория предназначена, в основном, для профилактических осмотров газопровода и малопригодна для быстрого обнаружения дефектов (низкая, ≈10 км/ч скорость передвижения) на протяженных участках газопровода, а тем более для непрерывного контроля в зоне с плотной промышленной застройкой. Помимо этого, она проигрывает устройству, реализующему предложенный способ, по информативности, экспрессности и степени автоматизации сбора, обработки информации о дефекте и по скорости передачи этих данных на районный диспетчерский пункт. В противовес известной лаборатории предлагаемый комплекс может располагаться вблизи или непосредственно на трассе радиорелейной линии, обеспечивающей его каналами связи и телемеханики. Allowing a fairly accurate analysis of the gas composition (in the absence of extraneous gas outlets), the laboratory is designed mainly for routine inspections of the gas pipeline and is unsuitable for the rapid detection of defects (low, ≈10 km / h speed) on long sections of the gas pipeline, and even more so continuous monitoring in a zone with dense industrial development. In addition, it loses to the device that implements the proposed method in terms of informativeness, expressness and the degree of automation of the collection, processing of information about the defect and the speed of transfer of this data to the district dispatch center. In contrast to the well-known laboratory, the proposed complex can be located near or directly on the route of the radio relay line, providing it with communication channels and telemechanics.

Claims (1)

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СКВОЗНЫХ ДЕФЕКТОВ В ТРУБОПРОВОДАХ, заключающийся в том, что излучают и принимают электромагнитные волны СВЧ-диапазона и используют параметры принятых СВЧ-волн, отличающийся тем, что используют трубопровод в качестве волновода для излучаемых электромагнитных волн, а наличие сквозного дефекта определяют по СВЧ-сигналу, принимаемому приемником, удаленным от трубопровода на расстояние l, определяемое из соотношения
2
Figure 00000005
Figure 00000006
l
Figure 00000007
L,
где λ - длина электромагнитной СВЧ-волны, λ < 1,71 D , D - диаметр трубопровода;
Pо - мощность электромагнитной волны;
α - коэффициент ослабления электромагнитной волны в трубопроводе, на щели и в грунте;
G - коэффициент усиления приемника;
Pa min - пороговая мощность приемника;
L - длина непрерывно контролируемого участка трубопровода.
A METHOD FOR DETECTING THROUGH DEFECTS IN PIPELINES, which consists in emitting and receiving electromagnetic waves of the microwave range and using the parameters of the received microwave waves, characterized in that they use the pipeline as a waveguide for the emitted electromagnetic waves, and the presence of a through defect is determined by microwave the signal received by the receiver, remote from the pipeline at a distance l, determined from the ratio
2
Figure 00000005
Figure 00000006
l
Figure 00000007
L
where λ is the length of the microwave microwave wave, λ <1.71 D, D is the diameter of the pipeline;
P about - the power of the electromagnetic wave;
α is the attenuation coefficient of the electromagnetic wave in the pipeline, on the gap and in the ground;
G is the gain of the receiver;
P a min is the threshold power of the receiver;
L is the length of the continuously monitored section of the pipeline.
SU915006664A 1991-07-03 1991-07-03 Method for detection of through defects in pipelines RU2020467C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU915006664A RU2020467C1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 Method for detection of through defects in pipelines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU915006664A RU2020467C1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 Method for detection of through defects in pipelines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2020467C1 true RU2020467C1 (en) 1994-09-30

Family

ID=21587509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU915006664A RU2020467C1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 Method for detection of through defects in pipelines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2020467C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474812C1 (en) * 2011-07-27 2013-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Method of detecting defects in pipelines

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1536304, кл. G 01N 29/04, 1988. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1317352, кл. G 01N 27/82, 1985. *
3. Авторское свидетельство СССР N 1578636, кл. G 01N 29/04, 1987. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474812C1 (en) * 2011-07-27 2013-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Method of detecting defects in pipelines

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7893862B2 (en) Method and apparatus for using collimated and linearly polarized millimeter wave beams at Brewster&#39;s angle of incidence in ground penetrating radar to detect objects located in the ground
US8289201B2 (en) Method and apparatus for using non-linear ground penetrating radar to detect objects located in the ground
CA2411224C (en) Apparatus and method for non-destructive inspection
EP0147829B1 (en) Multi-frequency radar for underground investigation
US20050072237A1 (en) Pipeline inspection pigs
JP2007327935A (en) Method for measuring object in medium
EP1277065A1 (en) Acoustic sounding
JP6700054B2 (en) Non-contact acoustic exploration system
AU2016224101B2 (en) An apparatus and method for inspecting a pipeline
EP0139867B1 (en) Near surface inspection system
EP0212899B1 (en) Ultrasonic testing of materials
RU2020467C1 (en) Method for detection of through defects in pipelines
RU2362159C1 (en) Method of flaw location in pipelines
Bruliński et al. Characterization of ultrasonic communication channel in swimming pool
RU2390801C1 (en) Method of searching for artificial objects in earth and device for implementing said method
US3412323A (en) Subsurface electromagnetic irradiation ranging method for locating fractures within formations
CA2151116C (en) Zig-zag electromagnetic acoustic transducer scan
Akamatsu et al. Study on the inspection for shallow area under concrete surface using air-coupled sound wave
RU2244869C1 (en) Device for detecting location of pipeline break
JP3245065B2 (en) Sewer inspection device
RU2158015C2 (en) Subsurface radar
JPH0470588A (en) Underground inspection device
RU2474812C1 (en) Method of detecting defects in pipelines
EP4086620A1 (en) Method and device for checking the wall of a pipeline for flaws
JP2003107164A (en) Aperture synthesys survey device