RU2207562C1

RU2207562C1 - Process of acoustic emission control over technical condition of pipe-lines

Info

Publication number: RU2207562C1
Application number: RU2002102268/28A
Authority: RU
Inventors: В.В. Лещенко; В.И. Винокуров; А.В. Беззубов; Н.П. Хохлов
Original assignee: ООО "НТЦ "Нефтегаздиагностика"
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2003-06-27

Abstract

FIELD: nondestructive inspection of technical state of pipe-lines by signals of acoustic emission. SUBSTANCE: process of acoustic emission control lies in placement of acoustic emission converters along length of pipe-line, in loading of pipe-line, in registration of signals of acoustic emission and in making judgment on degree of damage to pipe-line. Pipe-line is fitted with stationary acoustic emission converters, each converter being placed in tight protective case and pressed against body of pipe-line with calibrated force by means of pressure attachments that ensures maximum acoustic contact of acoustic emission converter with body of pipe-line through contact compound. Each converter is equipped with cable carrying connector on its end positioned in protective case and brought to ground surface through protective passage. Acoustic emission converter is commutated with preset periodicity with mobile hardware part of acoustic emission system. During first inspection acoustic signals can be recorded on information medium, for instance CD, and later can be used in comparison with ensuing measurements of acoustic characteristics of pipe-line. EFFECT: decreased cost of diagnostic acoustic emission system, enhanced authenticity of diagnostics of technical condition of pipe-line. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов акустическими методами и может быть использовано для выявления дефектов и контроля герметичности трубопроводов по сигналам акустической эмиссии (АЭ). The invention relates to non-destructive testing of materials by acoustic methods and can be used to detect defects and control the tightness of pipelines by acoustic emission signals (AE).

При эксплуатации трубопроводов наибольшую потенциальную опасность представляют различные подводные переходы, переходы через железные и автодороги, участки вблизи населенных пунктов. Нарушение целостности подводных переходов трубопроводов приводит к тяжелым экологическим последствиям. Основными условиями безопасной эксплуатации таких участков являются своевременное обнаружение и локализация развивающихся дефектов металла трубопровода. Это может быть достигнуто постоянным контролем за техническим состоянием конструкции. Очевидно, наиболее полно этой задаче соответствует установка на опасных участках трубопровода стационарных систем контроля, например систем на основе акустической эмиссии. When operating pipelines, the greatest potential danger is represented by various underwater crossings, crossings through railways and highways, sections near settlements. Violation of the integrity of underwater crossings of pipelines leads to severe environmental consequences. The main conditions for the safe operation of such sections are the timely detection and localization of developing defects in the pipeline metal. This can be achieved by constant monitoring of the technical condition of the structure. Obviously, the installation of stationary control systems, for example, systems based on acoustic emission, to the hazardous sections of the pipeline corresponds most fully to this task.

Известен способ, когда датчики стационарно устанавливаются на объекте контроля и по кабелям связи коммутируются со стационарным блоком обработки регистрируемых сигналов. При увеличении давления в трубе дефектные участки стенки трубы излучают сигналы акустической эмиссии, которые регистрируются датчиками и с них поступают в блок обработки информации. По результатам обработки делают вывод о наличии дефекта и его местоположении (патент США 5416724, G 01 M 3/24, 1995 г.; патент Японии 64-1734, класс G 01 M 3/24 1990 г.). A known method is when the sensors are stationary installed on the monitoring object and are connected via communication cables to the stationary processing unit of the recorded signals. With increasing pressure in the pipe, defective sections of the pipe wall emit acoustic emission signals, which are recorded by the sensors and from them enter the information processing unit. According to the results of processing, a conclusion is drawn about the presence of a defect and its location (US patent 5416724, G 01 M 3/24, 1995; Japanese patent 64-1734, class G 01 M 3/24 1990).

Способы диагностики, основанные на использовании таких систем, очень дорогостоящие и малопроизводительные, так, одной системой можно контролировать участок трубопровода протяженностью не более 700-800 метров из-за затухания сигналов в кабелях связи. Diagnostic methods based on the use of such systems are very expensive and inefficient, for example, a single system can control a pipeline section of no more than 700-800 meters due to signal attenuation in communication cables.

Недостатками также являются необходимость нахождения в непосредственной близости от объекта контроля чрезвычайно дорогостоящей стационарной аппаратной части системы и, следовательно, принятия дополнительных охранных мер, необходимость обеспечения постоянным электропитанием, прокладки кабельных линий связи между датчиками и стационарной аппаратной частью. Следует отметить, что существующие стационарные системы ориентированы на обнаружение утечек транспортируемого продукта и не отслеживают развитие дефектов металла до образования течи. The disadvantages are the need to be in the immediate vicinity of the control object is extremely expensive stationary hardware of the system and, therefore, the adoption of additional security measures, the need to provide constant power, laying cable lines between the sensors and the stationary hardware. It should be noted that the existing stationary systems are focused on detecting leaks of the transported product and do not track the development of metal defects before a leak occurs.

Известен способ АЭ диагностики трубопроводов, в соответствии с которым перемещение диагностической системы внутри трубопровода происходит под действием протекающей жидкости и регистрируется акустическое излучение от течи (патент РФ 2057332, G 01 N 29/14, 1996). A known method of AE diagnostics of pipelines, according to which the movement of the diagnostic system inside the pipeline occurs under the influence of a flowing liquid and acoustic radiation from the leak is recorded (RF patent 2057332, G 01 N 29/14, 1996).

Недостатками способа являются сложность выделения полезных АЭ сигналов на фоне шумов, производимых движущимся диагностическим снарядом, проблемы связанные с работой устройства внутри трубопровода, необходимость строительства камер приема-запуска снаряда, невозможность применения внутритрубных аппаратов на трубопроводах с разным диаметром труб, а также отсутствие практических наработок в области применения метода акустико-эмиссионного контроля для внутритрубных систем. The disadvantages of the method are the difficulty of distinguishing useful AE signals against the noise produced by a moving diagnostic projectile, problems associated with the operation of the device inside the pipeline, the need to build cameras for receiving and launching the projectile, the inability to use in-line apparatuses on pipelines with different pipe diameters, and the lack of practical experience in areas of application of the acoustic emission control method for in-pipe systems.

Известен также способ, когда стационарно установленные датчики коммутируются с аппаратной частью обработки сигнала через радиоканал (патент РФ 2146810, G 01 M 5/00, 2000). There is also known a method when permanently installed sensors are switched with the hardware of signal processing via a radio channel (RF patent 2146810, G 01 M 5/00, 2000).

Недостатком этого способа является сложность обеспечения сохранности оборудования системы по трассе трубопровода, необходимость обеспечения электропитанием. The disadvantage of this method is the difficulty of ensuring the safety of the system equipment along the pipeline route, the need to provide power.

Известно, что для обнаружения дефектов достаточно эффективен периодический АЭ контроль с помощью переносных АЭ комплексов. Такой контроль широко применяется на линейной части магистральных и межпромысловых трубопроводов. It is known that periodic AE control using portable AE complexes is quite effective for detecting defects. Such control is widely used on the linear part of trunk and interfield pipelines.

Способ АЭ контроля стенки трубопровода, основанный на возникновении волнового акустического излучения в процессе образования и развития дефектов структуры материала трубопровода. При этом через каждые 40-100 метров отрывают шурфы в земле, вскрывая участок трубопровода, зачищают его поверхность от изоляции и устанавливают на нее акустический преобразователь, соединенный проводниками с акустико-эмиссионной аппаратурой. Затем провоцируют подрастание дефекта, нагружают трубопровод повышенным внутренним давлением. Подрастающий дефект генерирует акустоэмиссионную волну, которая принимается и преобразуется акустическим преобразователем в электрический сигнал, по параметрам которого судят о наличии и опасности дефекта. Измерения проводят одно- или многоканальными системами. По окончании цикла подъема давления и снятия измерений датчики снимаются с объекта контроля, восстанавливается изоляция, шурфы закапываются. Такая процедура повторяется для следующего участка трубопровода и т. д. (Обз. инф. Сер. Транспорт и подземное хранение газа, М.: ВНИИГазпром, 1989, вып.6, с.25-27). AE method for monitoring the wall of a pipeline, based on the occurrence of wave acoustic radiation in the process of formation and development of defects in the structure of the pipeline material. At the same time, pits in the ground are torn off every 40-100 meters, revealing a section of the pipeline, they clean its surface from insulation and an acoustic transducer connected by conductors to the acoustic emission equipment is installed on it. Then provoke the growth of the defect, load the pipeline with increased internal pressure. The growing defect generates an acoustic emission wave, which is received and converted by the acoustic transducer into an electrical signal, the parameters of which judge the presence and danger of the defect. Measurements are carried out by single or multi-channel systems. At the end of the pressure boosting cycle and taking measurements, the sensors are removed from the control object, insulation is restored, pits are buried. This procedure is repeated for the next section of the pipeline, etc. (Review inf. Ser. Transport and underground gas storage, M .: VNIIGazprom, 1989, issue 6, pp. 25-27).

Недостатком такого технического решения является то, что для проведения повторных измерений для контроля состояния объекта в течение времени, вновь повторяется весь цикл работ, указанный выше, а стоимость земляных и подготовительных работ сравнима со стоимостью проведения АЭ-контроля. Более того, в силу физических ограничений метода невозможно уверенно контролировать участки трубопровода при расстояниях между АЭ датчиками более 150-200 метров, например участки водных переходов. Также недостатком является сложность или невозможность откопки шурфов в зимний период. The disadvantage of this technical solution is that for repeated measurements to monitor the state of the object over time, the entire cycle of work indicated above is repeated, and the cost of excavation and preparatory work is comparable to the cost of AE control. Moreover, due to the physical limitations of the method, it is impossible to confidently control sections of the pipeline at distances between AE sensors of more than 150-200 meters, for example, sections of water passages. Another disadvantage is the difficulty or inability to dig pits in the winter.

Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION

Способ акустико-эмиссионного контроля технического состояния трубопровода заключается в том, что по длине трубопровода размещают АЭ преобразователи, нагружают трубопровод, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по их параметрам судят о наличии источников АЭ, связанных с развивающимися дефектами или течами, и степени поврежденности трубопровода. The method of acoustic emission monitoring of the technical condition of the pipeline consists in placing AE converters along the length of the pipeline, loading the pipeline, recording acoustic emission signals, and judging by their parameters the presence of AE sources associated with developing defects or leaks and the degree of damage to the pipeline.

Способ отличается тем, что трубопровод оснащают стационарными герметичными АЭ преобразователями с выходными кабелями связи. Кабели связи через защитный канал выводят в доступное место, например на поверхность земли, и закрывают защитным корпусом - ковером. На концах кабелей связи устанавливают разъемы для коммутации с мобильной аппаратной частью АЭ системы. Контроль осуществляют с необходимой периодичностью путем подключения стационарных датчиков к мобильному блоку сбора и обработки сигналов. The method is characterized in that the pipeline is equipped with stationary sealed AE converters with output communication cables. Communication cables through the protective channel lead to an accessible place, for example, to the surface of the earth, and close with a protective case - a carpet. At the ends of the communication cables, connectors are installed for switching with the mobile hardware of the AE system. Monitoring is carried out with the necessary frequency by connecting stationary sensors to the mobile signal collection and processing unit.

Таким образом, одной мобильной аппаратной частью АЭ системы можно проводить контроль большого количества объектов, например, водных переходов или разных трубопроводов практически с любой заданной периодичностью. При этом обеспечивается стабильность проведения контроля и возможность сравнения результатов АЭ контролей, проводимых в разное время, для прогнозирования развития ситуации. При первом обследовании акустические сигналы записываются на носителе информации и хранятся в паспорте трубопровода. При последующих обследованиях эти данные используются как эталон для сравнения с полученными измерениями акустических характеристик трубопровода и оценки возможных изменений состояния трубопровода. Thus, with one mobile hardware part of the AE system, it is possible to monitor a large number of objects, for example, water crossings or various pipelines, with virtually any given frequency. This ensures the stability of control and the ability to compare the results of AE controls conducted at different times to predict the development of the situation. At the first examination, acoustic signals are recorded on a storage medium and stored in the pipeline passport. In subsequent examinations, these data are used as a reference for comparison with the obtained measurements of the acoustic characteristics of the pipeline and for assessing possible changes in the state of the pipeline.

При такой компоновке решаются две основные проблемы. With this arrangement, two main problems are solved.

Первая: кратно снижается стоимость системы, т.к. стоимость АЭ преобразователей и кабелей связи незначительна по отношению к стоимости аппаратной части АЭ системы. First: the cost of the system is reduced multiple times, because the cost of AE converters and communication cables is negligible in relation to the cost of the hardware of the AE system.

Вторая: исключается наиболее трудоемкая операция при проведении периодического АЭ контроля, а именно открытие шурфов и установка АЭ преобразователей, которая проводится один раз при монтаже системы. Данное изобретение направлено на снижение стоимости диагностики и повышение чувствительности диагностики за счет качественной установки стационарных АЭ преобразователей. Повышение достоверности диагностики за счет обеспечения постоянства условий измерений (стабильности параметров). Система поддается модернизации, так как можно применять различные, более современные мобильные аппаратные части АЭ системы, для единожды установленных стационарных герметичных АЭ преобразователей. Second: the most time-consuming operation is excluded during periodic AE monitoring, namely the opening of pits and the installation of AE converters, which is carried out once during the installation of the system. This invention is aimed at reducing the cost of diagnosis and increasing the sensitivity of diagnostics due to the high-quality installation of stationary AE converters. Improving the reliability of diagnostics by ensuring the constancy of measurement conditions (stability of parameters). The system lends itself to modernization, since it is possible to use various, more modern mobile hardware parts of the AE system for once installed stationary sealed AE converters.

На чертеже показана схема для осуществления способа. The drawing shows a diagram for implementing the method.

Предложенный способ осуществляется следующим образом. Вновь строящиеся, реконструируемые или диагностируемые трубопроводы или их участки 1 оснащают стационарными герметичными АЭ преобразователями 2 и кабелями связи 3. АЭ преобразователь 2 состоит из датчика, совмещенного с предусилителем. Как правило, используются активные датчики с возможностью излучения высокочастотных импульсов для настройки и калибровки высокочастотной аппаратуры, например ПУ ПЭПЖТ 200. Датчик с предусилителем помещают в герметичный корпус типа стакан с крышкой и с помощью прижимной оснастки через контактную смазку (например, эпоксидную смолу), обеспечивающую максимальный акустический контакт, устанавливают непосредственно на тело трубопровода. Корпус заливают герметизирующим веществом, например компаундом, на основе эпоксидной смолы. Кабель связи 3, например РК50, выводится через герметизирующий грибковый затвор в трубу 4 и выходит на поверхность выше уровня земли. Кабель заканчивается стандартным разъемом 5, например СР50, и помещается в специально оборудованный корпус - ковер 6, предохраняющий от внешних воздействий. The proposed method is as follows. Newly constructed, reconstructed or diagnosed pipelines or their sections 1 are equipped with stationary sealed AE converters 2 and communication cables 3. AE converter 2 consists of a sensor combined with a preamplifier. As a rule, active sensors with the possibility of emitting high-frequency pulses are used to configure and calibrate high-frequency equipment, for example, PEPZhT 200 PU. A sensor with a preamplifier is placed in a sealed glass-type case with a lid and using pressure equipment through contact grease (for example, epoxy resin), which provides maximum acoustic contact, set directly on the body of the pipeline. The housing is filled with a sealing substance, for example a compound, based on epoxy resin. Communication cable 3, for example PK50, is discharged through the sealing fungal valve into the pipe 4 and goes to the surface above ground level. The cable ends with a standard connector 5, for example CP50, and is placed in a specially equipped case - carpet 6, which protects against external influences.

За счет качественной установки АЭ преобразователей с тарированным усилием прижима повышается чувствительность диагностики, чего сложно добиться при установке съемных датчиков в полевых условиях, а также повышается достоверность диагностики за счет обеспечения постоянства условий измерения (стабильность параметров) и возможности сравнения данных АЭ контроля полученных в разное время. Due to the high-quality installation of AE converters with a calibrated clamping force, the sensitivity of diagnostics increases, which is difficult to achieve when installing removable sensors in the field, and the reliability of diagnostics is increased by ensuring the constancy of measurement conditions (stability of parameters) and the possibility of comparing AE monitoring data obtained at different times .

При проведении контроля мобильная аппаратная часть 7 АЭ системы коммутируется с АЭ преобразователем через разъем 5. После чего проводят АЭ контроль традиционными способами. Аппаратная часть 7 устанавливается на мобильном средстве, например автомобиле, и перемещается либо вдоль трубопровода, либо от объекта к объекту. Таким образом, одной мобильной аппаратной частью 7 АЭ системы можно контролировать большое количество переходов, трубопроводы любой длины, практически с любой заданной периодичностью и в любое время года. During the control, the mobile hardware 7 of the AE system is switched with the AE converter through connector 5. Then, AE control is carried out by traditional methods. The hardware 7 is installed on a mobile device, such as a car, and moves either along the pipeline, or from object to object. Thus, one mobile hardware part 7 of the AE system can control a large number of transitions, pipelines of any length, with almost any given frequency and at any time of the year.

При первом обследовании акустические сигналы записываются на носителе информации, например CD, и хранятся в паспорте трубопровода. При последующих обследованиях эти данные используются как эталон для оценки возможных изменений состояния трубопровода. At the first examination, acoustic signals are recorded on a storage medium, such as a CD, and stored in a pipeline passport. In subsequent surveys, these data are used as a reference to assess possible changes in the state of the pipeline.

Низкая стоимость и высокая эффективность подобных стационарных систем периодического АЭ контроля делает их привлекательными для применения не только на магистральных, но и на межпромысловых трубопроводах и особенно для оснащения подводных переходов трубопроводов. The low cost and high efficiency of such stationary systems of periodic AE control makes them attractive for use not only on trunk pipelines, but also on interfield pipelines, and especially for equipping underwater pipelines.

Claims

1. The method of acoustic emission (AE) control of the technical condition of the pipeline, which consists in the fact that AE converters are placed along the length of the pipeline, load the pipeline, register acoustic emission signals and judge by the parameters of acoustic emission signals the degree of damage to the pipeline, characterized in that the pipeline equipped with stationary AE converters, each of which is installed in a sealed protective case and pressed with a calibrated force to the pipeline body by means of clamping equipment through contact lubrication, which provides the maximum acoustic contact of the AE converter with the body of the pipeline, and contains a cable with a connector at the end, placed in a protective casing and brought out through the protective channel to the surface of the earth, while the AE converter is switched at a predetermined frequency with the mobile hardware of the AE system.

2. The method according to claim 1, characterized in that during the first examination, the acoustic signals are recorded on a storage medium, such as a CD, and then compared with subsequent measurements of the acoustic characteristics of the pipeline.