RU2246068C9 - Pipe, method and device for enhancement of reliability of pipelines - Google Patents
Pipe, method and device for enhancement of reliability of pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2246068C9 RU2246068C9 RU98111122/63A RU98111122A RU2246068C9 RU 2246068 C9 RU2246068 C9 RU 2246068C9 RU 98111122/63 A RU98111122/63 A RU 98111122/63A RU 98111122 A RU98111122 A RU 98111122A RU 2246068 C9 RU2246068 C9 RU 2246068C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- pipe
- wall
- defect
- optical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pipeline Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится преимущественно к трубопроводной технике и может использоваться в авиационной, газовой, нефтяной, ракетно-космической, судостроительной и др. отраслях промышленности.The invention relates primarily to pipeline technology and can be used in aviation, gas, oil, space rocket, shipbuilding and other industries.
Известны трубы, собираемые в трубопроводы сваркой, механическим натягом или резьбой [1]. Причем трубы с резьбовым соединением содержат цилиндрическую оболочку и концевые резьбы.Known pipes collected in pipelines by welding, mechanical interference or thread [1]. Moreover, pipes with a threaded connection contain a cylindrical shell and end threads.
Недостаток всех этих объектов - низкая контролепригодность и высокая трудоемкость ремонта, часто требующая остановки эксплуатации трубопроводов, что приводит к громадным потерям в народном хозяйстве.The disadvantage of all of these facilities is the low availability of control and the high complexity of repairs, which often require stopping the operation of pipelines, which leads to enormous losses in the national economy.
Это связано с отсутствием у оболочковых конструкций надлежащих функций и невысоким технико-экономическим уровнем существующих технологий контроля и ремонта объектов.This is due to the lack of proper functions in shell structures and the low technical and economic level of existing technologies for monitoring and repairing facilities.
Известна труба с проводящей спиралью для контроля состояния подводного шланга [2], содержащая каучуковые трубку с покрытиями, меж ними проволоку и волоконно-оптический элемент, связанный с аппаратурой.Known pipe with a conductive spiral for monitoring the condition of the underwater hose [2], containing a rubber tube with coatings, between them a wire and a fiber optic element associated with the equipment.
Решение нечувствительно к электромагнитным помехам, однако не выявляет повреждения поверхностей трубы, т.к. элемент расположен внутри ее стенки, и ограничено применением в резинотехнических изделиях.The solution is insensitive to electromagnetic interference, but does not reveal damage to the pipe surfaces, as the element is located inside its wall, and is limited to use in rubber products.
Известен способ контроля нефтепроводов, заключающийся в том, что вблизи нефтепровода монтируют кабель-датчик, подключают кабель-датчик к монитору и по показаниям монитора определяют течь на участке нефтепровода [3].A known method of monitoring oil pipelines is that a sensor cable is mounted near the pipeline, a sensor cable is connected to the monitor and, according to the testimony of the monitor, a leak is detected in the pipeline section [3].
Способ определяет сквозные дефекты без остановки нефтепровода и доступа к конструкции. Основывается на разделении жил кабель-датчика синтетическим диэлектриком, растворяющимся нефтью. Она изменяет электропроводящие свойства данного датчика, циклически тестируемого компьютером, что фиксируется, обрабатывается и представляется на экране дисплея аппаратно-программными средствами монитора. Определение течи (отказа нефтепровода) может сильно задерживаться. Например, в холодное время года при возникновении малой утечки, когда грунт за подушкой вокруг трубы замерзает, выходящая из трубопровода нефть сгущается и ее подвижность ухудшается, что актуально для нефтяных месторождений Севера России. Зависит это в основном от температуры вытекающего в единицу времени объёма, скорости распространения продукта, расстояния от утечки до датчика и темпа растворения такого диэлектрика. Хотя несквозные повреждения труб встречаются чаще, способ “видит” только нарушение разделительной функции оболочки в процессе эксплуатации. Место течи выявляется им не точно, что затрудняет и удорожает ремонт участка. Наконец, решение не работает на водо-, паропроводах и др. объектах.The method determines through defects without stopping the pipeline and access to the structure. It is based on the separation of the conductors of the sensor cable by a synthetic insulator dissolving in oil. It changes the conductive properties of this sensor, cyclically tested by a computer, which is recorded, processed and presented on the display screen by the hardware and software of the monitor. Leak detection (pipeline failure) can be severely delayed. For example, in the cold season, when a small leak occurs, when the soil behind the pillow around the pipe freezes, the oil leaving the pipeline thickens and its mobility worsens, which is important for oil fields in the North of Russia. This mainly depends on the temperature of the volume flowing out per unit time, the product propagation velocity, the distance from the leak to the sensor and the dissolution rate of such a dielectric. Although non-through pipe damage is more common, the method “sees” only a violation of the dividing function of the shell during operation. The leak point is not precisely identified by them, which complicates and increases the cost of repairing the site. Finally, the solution does not work on water, steam pipelines and other facilities.
Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные перфорированную трубку, кабель-датчик, содержащий два изолированных проводника, и монитор [3].A device for implementing the method comprises a serially connected perforated tube, a sensor cable containing two insulated conductors, and a monitor [3].
Оно малоэффективно из-за влияния электромагнитных помех. Их исключают с помощью контрольного кабеля. Углеводороды с его диэлектриком не взаимодействуют. Монитор вычитает сигналы с кабелей. Сигнал утечки, возникающий на одном кабеле, регистрируют без проблем.It is ineffective due to the influence of electromagnetic interference. They are excluded using a control cable. Hydrocarbons do not interact with its dielectric. The monitor subtracts the signals from the cables. The leak signal arising on one cable is recorded without problems.
Наиболее близким по техническому существу к предлагаемому является способ контроля нефтегазопроводов, заключающийся в том, что обследуют трубопровод механически перемещающимся в нем поршнем, регистрируют контрольной аппаратурой поршня его местоположение по длине трубы и значения физических полей стенки и после обследования по параметрам регистрации указывают дефекты стенки и их характеристики в трубопроводе [4, 5].The closest in technical essence to the proposed one is a method of monitoring oil and gas pipelines, which consists in inspecting the pipeline with a piston mechanically moving in it, recording its location along the length of the pipe and the values of the physical fields of the wall with the control equipment of the piston, and after the inspection, wall defects and their characteristics in the pipeline [4, 5].
Способ выявляет развивающиеся и опасные из них (критические) дефекты стенки, так как возможно определение размеров, приращений, скорости развития и местоположения повреждений. Таким образом, предполагается исключение отказов, но слабо учитываются затраты эксплуатации на контроль и ремонт объектов при устранении найденного дефекта и его пропуске. Требуется внутренний доступ к трубе, оснащение ее камерами приема-запуска, компьютерная сеть и основательное программное и метрологическое обеспечение. Недостаток этого способа - невысокая надёжность:The method identifies developing and dangerous of them (critical) wall defects, since it is possible to determine the size, increments, development speed and location of damage. Thus, the exclusion of failures is supposed, but the operating costs for monitoring and repairing facilities are poorly taken into account when eliminating the found defect and missing it. It requires internal access to the pipe, equipping it with start-up cameras, a computer network, and thorough software and metrological support. The disadvantage of this method is its low reliability:
1) Коэффициент выявляемости дефектов Квд не достигает здесь предельных величин. В основном, из-за отношения сигнал/шум электрических измерений, а также методических и инструментальных погрешностей неразрушающего контроля, в т.ч. проблем сравнения дефекта с эталоном (форма, размер, ориентация и расположение относительно сварных швов, зон термического влияния и образующих трубопровода - верхней, нижней), ошибок измерения расстояния до дефекта и прочее;1) The coefficient of detectability of defects Kd does not reach the limiting values here. Basically, due to the signal-to-noise ratio of electrical measurements, as well as the methodological and instrumental errors of non-destructive testing, including problems of comparing the defect with the standard (shape, size, orientation and location relative to the welds, heat-affected zones and the pipe generators - upper, lower), errors in measuring the distance to the defect, etc.
2) Обследование поршнем существенно дольше тестирования кабель-датчика компьютером и не выявляет переход развивающегося дефекта в разряд опасного. Переход наступает при достижении дефектом околокритического размера (условие Гриффитса), но во времени не определен. Влияет разброс физико-механических свойств материала, толщи стенки, ее коррозия, статико-динамическая нагрузка и т.д. Минимальный период способа задан суммой времен контроля участка, возвращения к исходному пункту и подготовки поршня для нового обследования без учета времени сброса и обработки информации в сети. Реальный период обследования объектов - более 2-3 лет. А такой общепризнанный дефект, как трещина, являющийся, в частности, потенциальным источником отказов и тяжелых аварий на газопроводах, подрастает случайными скачками неизвестно когда. Причем скорость скачка, уступая скорости ультразвука в стали, превосходит скорость перемещения поршня на 2-3 порядка. Величина скачка не лимитирована: 10%, 400-500 и более % от критического размера - вблизи точки перехода так называемая магистральная трещина. При авариях на газопроводах она достигает километровой длины, на нефтепроводах - нескольких метров;2) Inspection by a piston is much longer than testing a cable sensor by a computer and does not reveal the transition of a developing defect to a hazardous category. The transition occurs when the defect reaches the near-critical size (Griffiths condition), but is not defined in time. The spread of physical and mechanical properties of the material, wall thickness, corrosion, static-dynamic load, etc. The minimum period of the method is set by the sum of the times of monitoring the site, returning to the starting point and preparing the piston for a new examination without taking into account the time of reset and processing of information in the network. The real survey period of objects is more than 2-3 years. But such a universally recognized defect as a crack, which, in particular, is a potential source of failures and severe accidents in gas pipelines, grows up by random jumps and it is not known when. Moreover, the speed of the jump, yielding to the speed of ultrasound in steel, exceeds the speed of movement of the piston by 2-3 orders of magnitude. The magnitude of the jump is not limited: 10%, 400-500 or more% of the critical size - the so-called main crack near the transition point. In case of accidents at gas pipelines, it reaches a kilometer length, at oil pipelines - several meters;
3) Безотказности поршня препятствует его сложность. Он содержит: герметичную секционную конструкцию, находящуюся под давлением среды с взрыво-, пожароопасными, токсичными и другими свойствами; привод с устройством измерения местоположения; высокоточные аналого-цифровые каналы; специальную ЭМВ с программами; источники стабильного электропитания, печатные платы, разъемы и пайки; ультразвуковые, электромагнитные и др. типы датчиков для выявления аномалий в материале стенки; намагничивающее устройство и т.п. Причем все это должно работать в условиях годового перепада температур 70-90°С, что осложняет дело.3) The reliability of the piston is hindered by its complexity. It contains: an airtight sectional structure under pressure from an environment with explosion, fire, toxic, and other properties; a drive with a location measuring device; high-precision analog-to-digital channels; special EMV with programs; stable power supplies, printed circuit boards, connectors and soldering; ultrasonic, electromagnetic, and other types of sensors for detecting anomalies in the wall material; magnetizing device, etc. Moreover, all this should work in conditions of an annual temperature difference of 70-90 ° C, which complicates the matter.
Известны также способ и устройство для ремонта трубопроводов [6], основанные на внешнем упрочнении трубы.Also known is a method and apparatus for repairing pipelines [6], based on the external hardening of the pipe.
В этом способе место повреждения трубопровода локализуют до образования магистральной трещины, а трубопровод упрочняют перед уплотнением повреждения после понижения давления.In this method, the place of damage to the pipeline is localized to the formation of a main crack, and the pipeline is strengthened before sealing damage after pressure is reduced.
Устройство содержит не менее двух уплотнений в виде подкрепляющих спиральных элементов, наматываемых на трубу по обе стороны от трещины, имеются в нем и другие детали.The device contains at least two seals in the form of reinforcing spiral elements wound on the pipe on both sides of the crack, and there are other details.
Недостаток такого восстановления объектов - относительная трудоемкость и продолжительность работ, так как требуется доставка транспортом оборудования и рабочих к месту повреждения, раскопка экскаватором грунта вокруг трубы, собственно ремонт и тому подобное.The disadvantage of such restoration of facilities is the relative complexity and duration of the work, since transport of equipment and workers to the place of damage is required, excavation of the soil around the pipe by an excavator, repair itself, and the like.
В свете изложенного, известные технические решения по функциям, конструкциям, способам и устройствам контроля и ремонта объектов потенциально не обеспечивают безаварийной эксплуатации нефтегазопроводов, что в российских условиях приводит (и будет приводить) к значительным материальным, производственным, сырьевым, валютно-финансовым и др. важным потерям. Примеров тому существует предостаточно.In light of the foregoing, well-known technical solutions for the functions, structures, methods and devices for monitoring and repairing facilities potentially do not ensure trouble-free operation of oil and gas pipelines, which in Russian conditions leads (and will lead) to significant material, production, raw materials, monetary and financial, etc. important losses. There are plenty of examples.
Задача изобретения - повышение отказоустойчивости трубопроводов путем определения и упрочнения дефектной стенки в реальном масштабе времени.The objective of the invention is to increase the fault tolerance of pipelines by identifying and strengthening the defective wall in real time.
Подзадачи:Subtasks:
- придание объектам свойства промышленной контролепригодности, включающего возможности своевременного и точного определения местоположения, размера и скорости развития дефектов;- giving the objects the property of industrial control suitability, including the possibility of timely and accurate determination of the location, size and rate of development of defects;
- свойства восстановления стенки и уменьшение объема ремонта на трубопроводах.- properties of wall restoration and reduction of repair volume on pipelines.
Задача решается тем, что труба, имеющая по крайней мере один проводящий спиральный элемент, отличается тем, что на поверхности трубы выполнена винтовая канавка, проводящий спиральный элемент закреплен в винтовой канавке и предназначен для взаимодействия с трещиной на поверхности трубы. Винтовая канавка обеспечивает размещение заподлицо спирального элемента так, что он не выступает над образующей поверхности трубы и благодаря этому не подвергается интенсивному абразивному износу со стороны протекающей по трубе субстанции. Крепление спирального элемента в винтовой канавке обеспечивает возможность непосредственного контроля поверхности трубы, поскольку спиральный элемент "работает" на растяжение вместе с трубой. Трубопровод согласно изобретению отличается тем, что выполнен из указанных труб, проводящий спиральный элемент выполнен из стекла, пропускающего оптические колебания, для взаимодействия с дефектом стенки трубопровода. Выполнение спирального элемента из стекла, проводящего оптические колебания, обеспечивает возможность регистрации дефекта стенки трубопровода, который (дефект) распространяется на сам спиральный элемент, и оптический импульс регистрирует дефект элемента, тем самым определяя дефект трубопровода. Способ контроля трубопроводов заключается в том, что обследуют трубопровод под давлением, регистрируют характеристики стенки трубопровода и определяют ее дефекты, отличается тем, что в стенке трубопровода формируют винтовые канавки и заполняют их стеклом, образуя в трубопроводе по меньшей мере один проводящий спиральный элемент, обследуют его оптическими импульсами, а дефекты стенки определяют по изменению параметров импульсов. К тому же винтовой шаг упомянутого спирального элемента выбирают не больше длины критической трещины трубопровода, что обеспечивает возможность регистрации всех трещин, размер которых равен или превышает размер критических трещин. Расстояние до дефекта находят по произведению длины трубопровода на отношение времен пробега импульсов после и до появления дефекта, что обеспечивает возможность обнаружения места расположения дефекта и его оперативного исправления. Формируют спиральные элементы разной деформативности, а срок отказа трубопровода определяют расчетным путем по значениям деформативности спиральных элементов и стенки трубопровода и моментам времени разрушения спиральных элементов. Вместе с тем устройство для осуществления способа [3], содержащее датчик и монитор, отличается тем, что снабжено последовательно соединенными блоком бесперебойного питания, преобразователем постоянного напряжения в переменное и оптоэлектронной парой, которая соединена с датчиком волоконно-оптической линией, образующей проводящий спиральный элемент трубопровода, и первым входом монитора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения в переменное. Другой вариант устройства имеет в оптоэлектронной паре излучатель в виде лазера, обеспечивающего излучение оптических импульсов достаточной мощности.The problem is solved in that the pipe having at least one conductive spiral element is characterized in that a helical groove is made on the surface of the pipe, the conductive spiral element is fixed in the helical groove and is designed to interact with a crack on the pipe surface. The helical groove ensures that the spiral element is flush-mounted so that it does not protrude above the pipe surface and therefore does not undergo intensive abrasive wear on the part of the substance flowing through the pipe. The fastening of the spiral element in the helical groove allows direct control of the surface of the pipe, since the spiral element "works" in tension with the pipe. The pipeline according to the invention is characterized in that it is made of these pipes, the conductive spiral element is made of glass that transmits optical vibrations to interact with a defect in the wall of the pipeline. The implementation of the spiral element of glass, conducting optical vibrations, makes it possible to register a defect in the wall of the pipeline, which (defect) extends to the spiral element itself, and the optical pulse detects the defect of the element, thereby determining the defect of the pipeline. A method of monitoring pipelines is that they inspect the pipeline under pressure, record the characteristics of the pipeline wall and determine its defects, characterized in that helical grooves are formed in the pipeline wall and filled with glass, forming at least one conductive spiral element in the pipeline, inspect it optical pulses, and wall defects are determined by the change in the parameters of the pulses. In addition, the screw pitch of the said spiral element is chosen no more than the length of the critical crack of the pipeline, which makes it possible to register all cracks whose size is equal to or greater than the size of the critical cracks. The distance to the defect is found by the product of the length of the pipeline by the ratio of the travel times of the pulses after and before the appearance of the defect, which makes it possible to detect the location of the defect and its prompt correction. Spiral elements of different deformability are formed, and the pipeline failure period is determined by calculation by the values of the deformability of spiral elements and the pipe wall and the time of destruction of the spiral elements. At the same time, the device for implementing the method [3], comprising a sensor and a monitor, is characterized in that it is equipped with an uninterruptible power supply unit connected in series, a DC / AC converter and an optoelectronic pair, which is connected to the sensor by a fiber optic line forming a conductive spiral pipe element , and the first input of the monitor, the second input of which is connected to the output of the voltage to AC converter. Another variant of the device has a laser emitter in the optoelectronic pair, which provides the emission of optical pulses of sufficient power.
Изобретение представлено на фигурах 1-6.The invention is presented in figures 1-6.
На Фиг.1 показаны варианты трубы с проводящим спиральным элементом, где 1 - труба (трубопровод), 2 - стенка, 3 - внешняя винтовая канавка, 4 - внутренняя винтовая канавка, 5 - винтовой шаг канавки, имеющий величину h;Figure 1 shows the options for a pipe with a conductive spiral element, where 1 is a pipe (pipeline), 2 is a wall, 3 is an external screw groove, 4 is an internal screw groove, 5 is a helical pitch of a groove having a value of h;
На Фиг.2 показано трапецеидальное сечение канавки 6;Figure 2 shows the trapezoidal section of the
На Фиг.3 показано треугольное сечение канавки 7;Figure 3 shows a triangular section of the
На Фиг.4 показаны соответственно срезы оптического волокна, эпоксидной матрицы и двойного элемента в канавке 10.Figure 4 shows, respectively, sections of an optical fiber, an epoxy matrix, and a double element in a
На Фиг.5 - аппроксимированная диаграмма растяжения стали, где σв - предел прочности, δ - относительное удлинение при разрыве, 11 - стыковочная область для нагрузок и деформаций труб и оптического волокна.Figure 5 is an approximated diagram of the tensile steel, where σ in - tensile strength, δ is the elongation at break, 11 is the joint area for loads and strains of pipes and optical fiber.
На Фиг.6 - схема и устройство для осуществления способа. Обозначения схемы соответствуют Фиг.1. Устройство содержит последовательно соединённые блок 12 бесперебойного питания, преобразователь 13 напряжения в переменное, оптоэлектронную пару 14 и монитор 15, другим входом подключенный к выходу преобразователя 13. Пара 14 соединена с элементом 8. Позицией 16 отмечен сварной стык труб.Figure 6 - diagram and device for implementing the method. The designations of the circuit correspond to Figure 1. The device contains a series-connected uninterruptible
Изобретение заключается в следующем.The invention is as follows.
На поверхности трубы выполнена винтовая канавка (см. Фиг.1), проводящий спиральный элемент прочно закреплен в этой канавке и предназначен для взаимодействия с трещиной на поверхности стенки.A helical groove is made on the surface of the pipe (see FIG. 1), a conductive spiral element is firmly fixed in this groove and is designed to interact with a crack on the wall surface.
Трубопровод выполнен из указанных труб, проводящий спиральный элемент выполнен, например, из стекла, пропускающего оптические колебания, для взаимодействия с дефектами поверхности стенки в целях, в том числе, промышленного контроля объекта следующим способом.The pipeline is made of these pipes, the conductive spiral element is made, for example, of glass, which transmits optical vibrations, for interacting with wall surface defects in order to, including industrial control of the object in the following way.
Формируют в трубе (поз. 1 Фиг.1) винтовую канавку (позиции 3, 4 Фиг.1), например, накаткой, метчиком или испарением части стенки (позиция 2 там же) сфокусированным лучом лазера. Заполнение канавки стеклом (позиция 8 Фиг.2) осуществляют, в частности, намоткой в нее волокна оптических линий связи (ВОЛС), скрепляемого со стенкой адгезией (в том числе эпоксидным клеем - позиция 9). Образуемый проводящий винтовой слой (ПВС) можно выполнить, например, поршнем с оснасткой, в заводских условиях - производительным оборудованием (резьбонарезные, намоточные и др. средства). Отходы металла при резьбовой канавке больше. Внутренний элемент (позиция 4 на Фиг.1) выявляет абразивный износ газопровода механическими включениями в потоке природного газа, так как поверхность стенки царапается твердыми песчинками и постепенно утоняется.A helical groove (
Формирование осуществляют по винтовой линии, шаг которой (позиция 5 Фиг.1) ограничивают, в частности, половиной длины критической трещины цилиндрической оболочки, нагруженной внутренним давлением, что позволяет своевременно определить 100% опасных продольных трещин в трубопроводе и др. его эксплуатационные дефекты. Величину этого шага рассчитывают, например, по формулеThe formation is carried out along a helical line, the step of which (position 5 of Figure 1) is limited, in particular, to half the length of a critical crack of a cylindrical shell loaded with internal pressure, which allows timely determination of 100% of dangerous longitudinal cracks in the pipeline and its other operational defects. The value of this step is calculated, for example, by the formula
h≤WE/πσ2,h≤WE / πσ 2 ,
где W- удельная работа разрушения трубопровода;where W is the specific work of the destruction of the pipeline;
Е - модуль упругости Юнга материала;E - Young's modulus of elasticity of the material;
σ - среднее растягивающее напряжение.σ is the average tensile stress.
Накатке (канавке) придают, в частности, трапецеидальное сечение (позиция 6 Фиг.2) со средней шириной 1-10% ее винтового шага. Такая форма сечения лучше треугольной (позиция 7 Фиг.3), так как нуждается в меньшей точности механообработки при размещении в канавке оптического кабеля готового профиля и меньше концентрирует напряжения стенки трубы.The knurling (groove) is given, in particular, a trapezoidal cross section (
Глубину (высоту) канавки устанавливают из нескольких соображений. Например, толщу стенки изготавливаемых труб выбирают по условиям прочности и надежности, т.е. чтобы резьба и канавки не уменьшали сечения, выдерживающего расчетные давления; ВОЛС не выходила наружу за стенку трубы для исключения повреждений при строительстве трубопровода и транспортировке труб. Моноволокну нужна неглубокая канавка, например 0,3-0,7 мм. Трубы могут иметь заводскую (строительную) изоляцию.The depth (height) of the groove is set for several reasons. For example, the wall thickness of the manufactured pipes is selected according to the conditions of strength and reliability, i.e. so that the thread and grooves do not reduce the cross section that can withstand design pressures; FOCL did not go outside the wall of the pipe to exclude damage during the construction of the pipeline and transportation of pipes. Monofilament needs a shallow groove, for example 0.3-0.7 mm. Pipes can have factory (construction) insulation.
Началу (развитию) пластических деформаций трубопровода соответствует механическое разрушение стекла (см. Фиг. 5), что согласовывают, например, помещая ВОЛС в канавке труб, спрессованных внутренним давлением. Стекловолокно зафиксировано ее стенками, натяжением намотки и адгезией заполнителя (позиции 8, 9 Фиг.2), а так как сжатие стекло и эпоксидная матрица выдерживают хорошо, то работе трубы и слоя в диапазоне температур слабо мешает различие их линейного расширения. ВОЛС не требует идентичной прочности партий оптоволокна: физическая величина находится внутри зоны “пластики” стальной трубы. Уровень давления устанавливают при отработке производства труб по величинам площадки текучести трубной стали (позиции 11 Фиг.5) и деформации волокна (2-5%) в момент его разрушения. Операцию проводят, например, после калибровки (экспандирования) тонкостенных труб по диаметру.The beginning (development) of plastic deformations of the pipeline corresponds to the mechanical destruction of glass (see Fig. 5), which is coordinated, for example, by placing a fiber optic link in the groove of pipes pressed by internal pressure. Fiberglass is fixed by its walls, by winding tension and aggregate adhesion (
Слои из двух ПВС (позиция 10 Фиг.4) с разными удлинениями при разрыве (деформативностями) дополнительно определяют скорость развития дефекта, т.к. становятся известными два отсчета времени (t1, t2) в момент разрушения слоев. Первым рвется слой с меньшей деформативностью (δ1), второй - с большей (δ2). Например, если магистральный трубопровод теплоснабжения выполнен из стали с деформативностью δ3, соблюдают условие δ1<δ2<δ3. Полагается, что объект работает в стационарном режиме.Layers of two PVA (
В предположении линейной модели площадки текучести трубной стали прогноз времени отказа трубопровода, для которого дистанции до дефекта по измерениям с использованием 2-х слоев совпали, выполняется расчетом. Например, (t3-t2)=(t2-t1)×(δ3-δ2)/(δ2-δ1). Если принять, что (t2-t1)=10 дней, (δ2-δ1)=5%, (δ3-δ2)=10%, то расчетное время (t3-t2) составит 20 дней. До истечения этого срока с момента времени t2, в частности, с 2-3-дневным запасом выполняют все необходимые мероприятия и работы для недопущения аварии. Что важно для особо опасных объектов, находящихся в черте города, при пересечении с железной дорогой и т.д.Assuming a linear model of the tubular steel yield area, the forecast of the pipeline failure time, for which the distance to the defect according to measurements using 2 layers coincided, is calculated. For example, (t 3 -t 2 ) = (t 2 -t 1 ) × (δ 3 -δ 2 ) / (δ 2 -δ 1 ). If we assume that (t 2 -t 1 ) = 10 days, (δ 2 -δ 1 ) = 5%, (δ 3 -δ 2 ) = 10%, then the estimated time (t 3 -t 2 ) is 20 days . Prior to the expiration of this period from time t 2 , in particular, with a 2-3-day supply, all necessary measures and activities are performed to prevent an accident. What is important for especially dangerous objects located within the city, at the intersection with the railway, etc.
Получают образец-свидетель (контрольный образец) поврежденности объекта. Метрология предложенного подхода базируется на метрических свойствах винтовых поверхностей, теории хрупких покрытий, закономерностях механики разрушения для нагруженной внутренним давлением длинной цилиндрической оболочки с дефектом и возможности наблюдения (обследования) состояния образца-свидетеля в пространстве и времени.Get a sample witness (control sample) of damage to the object. The metrology of the proposed approach is based on the metric properties of helical surfaces, the theory of brittle coatings, the laws of fracture mechanics for a long cylindrical shell with a defect loaded with internal pressure, and the possibility of observing (examining) the state of a witness specimen in space and time.
Обследуют этот образец оптическими колебаниями, в частности, пропуская через него оптические импульсы с известными параметрами. Для качественного трубопровода электромагнитная волна распространяется в ПВС с некоторым погонным затуханием, не встречая на своем пути ощутимых препятствий (например, для ВОЛС диаметром 125 мкм известен коэффициент затухания 0,2 дБ/км при длине волны около 1,6 мкм). В конце трубопровода волна отражается на границе поверхности и бежит назад (обратно). Этот периодический процесс со временем ослабляется и прекращается. Регистрируют прямую или обратную обследующую электромагнитную волну в точках по концам объекта.This sample is examined by optical vibrations, in particular, passing optical pulses through it with known parameters. For a high-quality pipeline, an electromagnetic wave propagates in a PVA with some linear attenuation without encountering any tangible obstacles (for example, for a fiber optic communication line with a diameter of 125 μm, the attenuation coefficient of 0.2 dB / km at a wavelength of about 1.6 μm is known). At the end of the pipeline, the wave is reflected at the surface boundary and runs back (back). This periodic process weakens and ceases over time. Register direct or reverse survey electromagnetic wave at points at the ends of the object.
Прямая волна регистрируется в точке на противоположном конце трубопровода (участка) относительно точки ввода импульса. Отраженная волна - непосредственно в точке ввода. Разделение прямой и отраженной волн проводится по временному признаку. Возможны другие методы разделения или применение нескольких методов.A direct wave is recorded at a point on the opposite end of the pipeline (section) relative to the point of entry of the pulse. The reflected wave is directly at the point of entry. Separation of direct and reflected waves is carried out on a temporary basis. Other separation methods or the use of several methods are possible.
Поврежденный слой, например, в случае возникновения в трубе при эксплуатации дефекта отражает часть волны в точке нарушения сплошности материала, часть пропускает дальше. Соотношение частей зависит от характера повреждения, то есть от параметров дефекта. При контроле методом прямой волны ее амплитуда в точке съема соответственно уменьшается. Но это уменьшение может быть результатом и нескольких нарушений ПВС (например, цепочкой разрозненных дефектов). Глубина дефекта не регистрируется, то есть эту величину следует считать большей диаметра используемого оптоволокна (или глубины канавки, в которую оно уложено), что не дает ложных срабатываний для малозначительных дефектов, могущих занимать большую поверхность объекта, например начальной коррозии.A damaged layer, for example, in the event of a defect in the pipe during operation, reflects part of the wave at the point of discontinuity of the material, part passes further. The ratio of parts depends on the nature of the damage, that is, on the parameters of the defect. When controlled by the direct wave method, its amplitude at the pick-up point accordingly decreases. But this decrease may be the result of several violations of the PVA (for example, a chain of disparate defects). The defect depth is not recorded, that is, this value should be considered larger than the diameter of the used optical fiber (or the depth of the groove into which it is laid), which does not give false positives for minor defects that can occupy a large surface of the object, for example, initial corrosion.
Для точного наблюдения за трубопроводом, наделенным свойством промышленной контролепригодности, расчетную величину шага устанавливают, например, ...0,2h, 0,3h, ...0,7h...kh, т.е. контролируют размер не опасного дефекта и прогнозируют остаточный ресурс объекта. Коэффициент k≤1 может быть увязан с отраслевым коэффициентом запаса прочности оболочковой конструкции. Безаварийность трубопровода обеспечивают своевременным снижением в нем рабочего давления, например, в 1,5-2 раза автоматическими действиями системы управления транспортом продукта по признаку, например, отсутствия (т.е. изменения) обследующей волны (прямой, отраженной) в соответствующих точках трубопровода.For accurate monitoring of the pipeline, endowed with the property of industrial suitability, the calculated value of the step is set, for example, ... 0.2h, 0.3h, ... 0.7h ... kh, i.e. they control the size of a non-dangerous defect and predict the residual life of the object. The coefficient k≤1 can be correlated with the industry factor of safety factor of the shell structure. The failure-free operation of the pipeline is ensured by timely reduction of the working pressure in it, for example, by a factor of 1.5–2 by the automatic actions of the product transportation control system based on, for example, the absence (i.e., change) of the inspection wave (direct, reflected) at the corresponding points of the pipeline.
После регистрации параметров колебаний в зависимости от ситуации “есть/нет изменения параметра” устанавливают наличие или отсутствие дефекта в объекте. Геометрический размер выявляемого дефекта при оговоренных по тексту описания условиях - около h. В отдельных случаях, в зависимости от формы и расположения дефекта относительно витков ПВС, “хрупкости” материала слоя, размер будет меньше, например, для симметричной витку поверхностной трещины.After registering the vibration parameters, depending on the situation “there is / is not a change in the parameter”, the presence or absence of a defect in the object is established. The geometric size of a detected defect under the conditions specified in the description text is about h. In some cases, depending on the shape and location of the defect relative to the PVA coils, the “fragility” of the layer material, the size will be smaller, for example, for a surface crack symmetrical to the coil.
Расстояние до дефекта находят по произведению длины трубопровода на отношение времен пробега оптических импульсов в ПВС после и до появления дефекта. Например, для трубопровода длиной L=1 км и временами пробега импульса после и до появления трещины соответственно t=25 мкс, Т=1000 мкс оно составит, как это следует из математической формулы X=Lt/T, от одного из концов трубопровода 0,025 км. Повторение импульсов определяют временем тревоги: раз в секунду, минуту и т.д., что позволяет также уточнить момент времени взаимодействия слоя и дефекта.The distance to the defect is found by the product of the length of the pipeline by the ratio of the optical pulse travel times in the PVA after and before the appearance of the defect. For example, for a pipeline with a length of L = 1 km and pulse travel times after and before a crack appears, respectively, t = 25 μs, T = 1000 μs, it will be, as follows from the mathematical formula X = Lt / T, from one of the pipe ends 0.025 km . The pulse repetition is determined by the alarm time: once per second, minute, etc., which also allows you to specify the time moment of the interaction of the layer and the defect.
Преимущество двухточечного ввода независимо учитывающего разделение ПВС на части - отсутствие необходимости неотложного ремонта слоя. Что важно с точки зрения удобства эксплуатации пространственно распределенной системы, какой является трубопровод. Возможно равенство числа точек ввода числу крановых площадок (компрессорных, насосных станций) объекта. Вероятно, это будет оптимальным решением за счет дублирования (резервирования) точек ввода.The advantage of point-to-point input, which independently takes into account the separation of PVA into parts, is the absence of the need for urgent layer repair. What is important from the point of view of ease of use of a spatially distributed system, which is the pipeline. The equality of the number of entry points to the number of crane platforms (compressor, pumping stations) of the facility is possible. This will probably be the best solution due to duplication (reservation) of input points.
Если поверхность стыкового сварного шва (позиция 16 Фиг.6) без ПВС, то для 12 м секции с кромками 2 см расчетный Квд=0,996(6), с кромками 1 см - 0,998(3). Для полностью сформированного слоя Квд=1. В процессе монтажа стыкового шва 16 ПВС сращивают сваркой.If the surface of the butt weld (
В изложенном способе контроля для восстановления дефектной стенки прикрывают трещину путем уменьшения рабочего давления в трубопроводе 1, что препятствует развитию дефекта при последующем действии, и используют тепло пропускаемых слоем в трещину оптических колебаний.In the stated control method for repairing the defective wall, the crack is covered by reducing the working pressure in the
Затухание в целой части ПВС мало и сфокусированное излучение, распространяющееся в таком волноводе, автоматически концентрируется канавкой в раскрытие трещины и там релаксирует за счет многократных отражений и сопутствующих потерь. Берега трещины тепловым расширением металла сближаются, например, в конструкциях из алюминия и его сплавов и контактно взаимодействуют.The attenuation in the whole part of the PVA is small and the focused radiation propagating in such a waveguide is automatically concentrated by the groove in the crack opening and there relaxes due to multiple reflections and associated losses. The crack faces are expanded by thermal expansion of the metal, for example, in structures of aluminum and its alloys and interact in contact.
Температуру, скорость и время нагрева регулируют потоком тепла в раскрытии. Например, временем включения колебаний с двух точек ввода, в том числе чтобы не было новых разрывов ПВС и потерь волн на отражение, использованием излучателей большей энергетической мощности.Temperature, speed, and heating time are controlled by the flow of heat in the opening. For example, the switching on time of oscillations from two entry points, including so that there are no new breaks in the PVA and loss of reflection waves, using emitters of higher energy power.
Граница трещины оплавляется и сглаживается, что уменьшает несплошность стенки в сварной точке. В процессе остывания напряжения стенки снижают выбором длительности, числа и амплитуды, например, лазерных импульсов, пропускаемых ПВС в секунду. При определенных условиях возможно соединение берегов трещины пайкой.The crack boundary is melted and smoothed, which reduces the wall discontinuity at the weld point. In the process of cooling, the voltage of the wall is reduced by choosing the duration, number and amplitude, for example, of laser pulses transmitted by the PVA per second. Under certain conditions, it is possible to join the edges of the crack by soldering.
Устройство для осуществления способа работает так (см. Фиг.6). Блок бесперебойного питания 12 (аккумуляторы в комплексе с линией электропередачи, бензоэлектростанцией и выпрямителем) снабжает элементы устройства энергией независимо от перерывов энергоснабжения. Преобразователь 13 выдает заданные колебания (импульсы) с помощью оптоэлектронной пары 14 (выполнена, например, с лазерным излучателем, фотоприемником и призмой) в ВОЛС 3 (4) - датчик трубопровода 1, а с линии - в монитор 15 (устройство выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, компьютер, системное и предметное программное обеспечение, драйверы). Параметры оптических импульсов не меняются, пока подрастающие за время эксплуатации объекта повреждения меньше h. Когда размер любого повреждения достигнет h, ПВС рвется в точке дефекта и время пробега импульсов уменьшается. Пропорционально положению дефекта вдоль трубопровода. Это фиксируется и пересчитывается средствами монитора в дистанцию по математической формуле описания. Лазер полупроводниковой пары 14 излучает короткие и мощные оптические импульсы без теплового перегрева. Ошибка нахождения расстояния до дефекта (продольной координаты) задана только шагом ПВС, т.к. относительная погрешность лазерных измерений (эталонов секунды ~ 10-12, метра ~ 10-10) мала. Ошибка угловой координаты может составить менее 1-3°. Восстановление дефектной стенки обеспечивают излучателем устройства.A device for implementing the method works as follows (see Fig.6). An uninterruptible power supply unit 12 (batteries in combination with a power line, a gas station and a rectifier) supplies the elements of the device with energy regardless of interruptions in power supply. The
Эффект максимален на магистральных газо-, нефтепроводах, работающих под большим внутренним давлением. Меньше на теплотрассах, где разрушение трещиной не превалирует. Практически исключаются отказы объектов и их аварийная остановка для ремонта.The effect is maximum at the main gas and oil pipelines operating under high internal pressure. Less on heating mains, where fracture failure does not prevail. Failures of objects and their emergency stop for repair are practically excluded.
Затраты на экономический эффект с учетом полноты и вариантов реализации ожидаются на уровне до 10% стоимости труб аналогичного трубопровода без предложенных функций.Costs for the economic effect, taking into account the completeness and implementation options, are expected to be up to 10% of the cost of pipes of a similar pipeline without the proposed functions.
Таким образом, изобретение повышает надежность трубопроводов, улучшает экологию на местах и сохранение среды обитания человека.Thus, the invention improves the reliability of pipelines, improves the ecology in the field and the preservation of the human environment.
Источники информацииSources of information
1. NATIONAL STANDART OF CANADA. CAN3-Z163-M86. OIL PIPELINE SYSTEMS./КАНАДСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ. CAN3-Z183-M86. СИСТЕМЫ НЕФТЕПРОВОДОВ. (ПЕРЕВОД). (Перевод выполнен научно-техническим центром "Нефтепромдиагностика") г.САМАРА. Изд-во "Самарский дом", 1994, 196 с.1. NATIONAL STANDART OF CANADA. CAN3-Z163-M86. OIL PIPELINE SYSTEMS./ CANADIAN NATIONAL STANDARD. CAN3-Z183-M86. OIL PIPELINE SYSTEMS. (TRANSFER). (Translation made by the scientific and technical center "Oil and Gas Diagnostics") SAMARA. Publishing House "Samara House", 1994, 196 p.
2. Заявка на европейский патент ЕР 0025344 А1,18.03.1981.2. Application for European patent EP 0025344 A1,18.03.1981.
3, 4. Коллакот Р. Диагностика повреждений. Пер. с англ. - М.: Мир, 1989, с.220-222, 440-443 (прототип).3, 4. Kollakot R. Diagnosis of damage. Per. from English - M .: Mir, 1989, p. 220-222, 440-443 (prototype).
5. Технические средства диагностирования. Справочник/Под общ. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1989, с.601-612.5. Technical means of diagnosis. Reference book / Under the general. ed. V.V. Klyueva. - M.: Mechanical Engineering, 1989, p. 601-612.
6. Патент № 2118738 на изобретение “Способ и устройство для ремонта трубопроводов”. Опубликовано 10.09.98. Бюл. № 25.6. Patent No. 2118738 for the invention “Method and device for repair of pipelines”. Posted on 09/10/98. Bull. Number 25.
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98111122/63A RU2246068C9 (en) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | Pipe, method and device for enhancement of reliability of pipelines |
RU2002122419/06A RU2293249C9 (en) | 1998-06-10 | 2002-08-21 | Pipe and method of its repairing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98111122/63A RU2246068C9 (en) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | Pipe, method and device for enhancement of reliability of pipelines |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002122419/06A Division RU2293249C9 (en) | 1998-06-10 | 2002-08-21 | Pipe and method of its repairing |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98111122A RU98111122A (en) | 2000-04-20 |
RU2246068C2 RU2246068C2 (en) | 2005-02-10 |
RU2246068C9 true RU2246068C9 (en) | 2005-05-20 |
Family
ID=35209032
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98111122/63A RU2246068C9 (en) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | Pipe, method and device for enhancement of reliability of pipelines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2246068C9 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488772C2 (en) * | 2011-09-13 | 2013-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Ndt inspection of parts made from polymer composites |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030094298A1 (en) | 2001-11-20 | 2003-05-22 | Commscope Properties, Llc | Toneable conduit and method of preparing same |
US7361835B2 (en) | 2001-11-20 | 2008-04-22 | Commscope, Inc. Of North America | Toneable conduit and method of preparing same |
US8497425B2 (en) | 2001-11-20 | 2013-07-30 | Commscope, Inc. Of North Carolina | Toneable conduit with heat treated tone wire |
US7880087B2 (en) | 2008-06-23 | 2011-02-01 | Commscope, Inc. Of North Carolina | Toneable conduit with loose toning signal wire |
US8993888B2 (en) | 2012-10-29 | 2015-03-31 | Commscope, Inc. Of North Carolina | Toneable conduit optimized for conduit shrinkage and elongation |
RU2597716C1 (en) * | 2015-07-02 | 2016-09-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | Method of monitoring strength of hollow part under internal pressure of corrosion aggressive working medium at high temperature and under variable mechanical load |
RU2734312C1 (en) * | 2020-03-17 | 2020-10-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Metal pipelines repair method in field conditions and installation for its implementation |
-
1998
- 1998-06-10 RU RU98111122/63A patent/RU2246068C9/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КОЛЛАКОТ Р. Диагностика повреждений. Пер. с анг. "Мир", М., 1989, с.220-222. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488772C2 (en) * | 2011-09-13 | 2013-07-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Ndt inspection of parts made from polymer composites |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2246068C2 (en) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kishawy et al. | Review of pipeline integrity management practices | |
EP2808677B1 (en) | Method for non-contact metallic constructions assessment | |
US9176096B2 (en) | Apparatus and method for metallic constructions assessment | |
KR101098528B1 (en) | System and method for watching pipeline | |
US5015859A (en) | Method and apparatus for detecting wear | |
RU2246068C2 (en) | Pipe, method and device for enhancement of reliability of pipelines | |
CN103512951A (en) | Method for detecting pipeline joint weld seam defect by using low-frequency ultrasonic guided wave | |
JP3940740B2 (en) | Crack detection system, adhesive and linear detector available in this system | |
RU2293249C2 (en) | Pipe and method of its repairing | |
WO2011046463A1 (en) | Fluid pipe and method for detecting a deformation on the fluid pipe | |
CN105909910B (en) | A kind of line with rubber integrality on-line monitoring system | |
Out et al. | The integrity of flexible pipe: search for an inspection strategy | |
US20060151044A1 (en) | Pipe, method and device for improved pipelines and similar objects | |
Kam et al. | Reliability-based fatigue and fracture mechanics assessment methodology for offshore structural components | |
Urata et al. | Non-destructive inspection technology for thermal power plants | |
US10662535B1 (en) | Damage sensing of a bonded composite repair | |
Mahzan et al. | Feasibility study of structural health monitoring towards pipeline corrosion monitoring: A review | |
JPH11142136A (en) | Inspection method for buried pipe | |
Hale | The application of optical fibres to structural integrity monitoring | |
JPS5895243A (en) | Detection of oil leakage point for of cable line | |
Dyshlyuk et al. | Fiber optic method for pipeline integrity control | |
Susarev et al. | Development of intelligent hardware and software monitoring complex structure for lingering objects in real-time mode | |
Wosniok et al. | Distributed fiber optic strain sensing for structural health monitoring of 70 MPa hydrogen vessels | |
Allahveranov | Structural integrity monitoring: Review of the last 10 years of technological development for offshore oil & gas platforms | |
Diez et al. | State-Of-The-Art Of Integrity Inspection And Monitoring In Deepwater Assets |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HK4A | Changes in a published invention | ||
TH4A | Reissue of patent specification | ||
TZ4A | Amendments of patent specification | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140611 |