RU2293249C9 - Pipe and method of its repairing - Google Patents

Pipe and method of its repairing Download PDF

Info

Publication number
RU2293249C9
RU2293249C9 RU2002122419/06A RU2002122419A RU2293249C9 RU 2293249 C9 RU2293249 C9 RU 2293249C9 RU 2002122419/06 A RU2002122419/06 A RU 2002122419/06A RU 2002122419 A RU2002122419 A RU 2002122419A RU 2293249 C9 RU2293249 C9 RU 2293249C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipeline
wall
optical
glass
pipe
Prior art date
Application number
RU2002122419/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2293249C2 (en
RU2002122419A (en
Original Assignee
Гуров Александр Ефимович
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
Priority claimed from RU98111122/63A external-priority patent/RU2246068C9/en
Application filed by Гуров Александр Ефимович filed Critical Гуров Александр Ефимович
Priority to RU2002122419/06A priority Critical patent/RU2293249C9/en
Priority to DE10393015T priority patent/DE10393015B4/en
Priority to US10/524,303 priority patent/US20060151044A1/en
Priority to PCT/RU2003/000375 priority patent/WO2004018929A1/en
Priority to AU2003261683A priority patent/AU2003261683A1/en
Priority to DE20321810U priority patent/DE20321810U1/en
Publication of RU2002122419A publication Critical patent/RU2002122419A/en
Publication of RU2293249C2 publication Critical patent/RU2293249C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2293249C9 publication Critical patent/RU2293249C9/en

Links

Images

Landscapes

  • Pipeline Systems (AREA)

Abstract

FIELD: pipeline transport.
SUBSTANCE: pipe comprises wall provided with spiral groove filled with an optical conducting material, e.g. fiber-optical material. The fiber-optical layer is investigated by means of optical vibration, and the layer interruptions caused by the distortion of the pipe wall are judged by the change of the parameters of vibration. The pipe is repaired by the heat generated by optical vibration that is transmitted by the conducting material, which causes the material of the pipeline wall to be melted at the site of the crack. The methods of manufacturing pipes, control and repairing pipeline wall are presented.
EFFECT: enhanced reliability.
9 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводам и тому подобным конструкциям и может использоваться в авиации, металлургии, судостроении, нефтегазовой, ракетно-космической, химической и других отраслях промышленности.The invention relates to pipelines and the like, and can be used in aviation, metallurgy, shipbuilding, oil and gas, space rocket, chemical 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 изделий - низкая контролепригодность и высокая трудоемкость ремонта, часто требующая остановки эксплуатации трубопроводов, что приводит к громадным потерям в народном хозяйстве.The disadvantage of all these products is the low availability of control and the high complexity of the repair, often requiring stopping the operation of pipelines, which leads to huge 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.

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 [2].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 [2].

Способ определяет сквозные дефекты без непосредственного доступа и остановки нефтепроводов. Его принцип действия основан на разделении жил кабель-датчика патентованным синтетическим диэлектриком, растворяющимся нефтью или ее компонентами. При появлении вблизи данного датчика утечки нефти свойства его через некоторое время как электропроводящей цепи, циклически тестируемой компьютером, изменяются, что фиксируется, обрабатывается и представляется оператору на экране дисплея аппаратно-программными средствами монитора. Определение утечки (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 объема, скорости распространения продукта и расстояния от утечки до датчика, а также темпа растворения такого диэлектрика. Более распространенные дефекты способ «не видит», - только сквозные, реагируя исключительно на нарушение разделительной функции оболочки в процессе эксплуатации, хотя несквозные повреждения встречаются в трубопроводах гораздо чаще сквозных. Место течи выявляется им не точно, что затрудняет и удорожает ремонт участка. Наконец, решение не работает в объектах горячего и холодного водоснабжения, в паропроводах и т.п.The method determines end-to-end defects without direct access and shutdown of oil pipelines. Its principle of operation is based on the separation of the cable sensor conductors by a patented synthetic dielectric, soluble oil or its components. When an oil leak appears near this sensor, its properties after some time as an electrically conductive circuit cyclically tested by a computer change, which is recorded, processed and presented to the operator on the display screen by the hardware and software of the monitor. The detection of a leak (failure of a pipeline) can be greatly delayed. For example, in the cold season, when a small leak occurs, when the soil behind the pillow around the pipe freezes, the oil exiting 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 speed and the distance from the leak to the sensor, as well as the dissolution rate of such a dielectric. The method “does not see” more common defects — only end-to-end ones, responding exclusively to violation of the separation function of the shell during operation, although non-through-through damage is found in pipelines much more often through-through. 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 in hot and cold water supply facilities, in steam pipelines, etc.

Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные перфорированную трубку, кабель-датчик, содержащий два изолированных проводника, и монитор [2].A device for implementing the method comprises a serially connected perforated tube, a sensor cable containing two insulated conductors, and a monitor [2].

Но оно малоэффективно из-за влияния электромагнитных помех. Для эффективной работы дополнительно используют контрольный кабель. Его диэлектрик углеводороды не растворяют, остальные характеристики кабелей сопоставимы. Помехи идентичные, таким образом, на кабелях и вычитаемые друг из друга монитором, подавляются. Сигналы утечек, возникающие на одном кабеле, регистрируются без проблем.But it is ineffective due to the influence of electromagnetic interference. For effective operation, an additional control cable is used. Hydrocarbons do not dissolve its insulator, other cable characteristics are comparable. Interferences identical in this way on the cables and subtracted from each other by the monitor are suppressed. Leak signals occurring on a single cable are logged without problems.

Наиболее близким по техническому существу к предлагаемому является способ контроля нефтегазопроводов большого диаметра, 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 [3, 4].The closest in technical essence to the proposed one is a method for monitoring large diameter oil and gas pipelines, which consists in examining 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 piston's control equipment, and after the inspection, defects are indicated by registration parameters walls and their characteristics in the pipeline [3, 4].

Способ выявляет развивающиеся и опасные из них (критические) дефекты стенки, т.к. возможно определение размеров, приращений, скорости развития и местоположения повреждений. Таким образом, предполагается исключение отказа объектов, но слабо учитываются затраты их эксплуатации на контроль и ремонт, необходимый 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. Недостатком этого способа, как и вышеупомянутого способа, является невысокая надежность. Причины следующие:The method identifies developing and dangerous of them (critical) wall defects, because it is possible to determine the size, increments, speed of development and location of damage. Thus, it is supposed to exclude the failure of objects, but the costs of their operation for monitoring and repair, which are necessary when eliminating the found defect and missing it, are poorly taken into account. 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, as well as the aforementioned method, is its low reliability. The reasons are as follows:

1. Коэффициенты выявляемости и прогноза дефектов не достигают здесь предельных величин. В основном, из-за отношения сигнал/шум электронных 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 - верхней, нижней - трубопровода), ошибка измерения расстояния до дефекта и пр.;1. The coefficients of detectability and prediction of defects do not reach the limit values here. Basically, due to the signal-to-noise ratio of electronic 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 generators - upper, lower - pipeline), error 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. Из-за разбросов физико-механических свойств материала, толщи стенки, ее коррозии, статико-динамической нагрузки, 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 российских нефтегазопроводов составит, по всей видимости, более 2-3 лет. А такой общепризнанный развивающийся дефект как трещина, являющийся, в частности, потенциальным источником отказов и тяжелых аварий на газопроводах, подрастает случайными скачками в неизвестные моменты времени; 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 размера критической трещины, 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. Due to the scatter in the physicomechanical properties of the material, wall thickness, its 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 for Russian oil and gas pipelines will most likely be more than 2-3 years. And such a universally recognized developing defect as a crack, which, in particular, is a potential source of failures and severe accidents in gas pipelines, grows up by random jumps at unknown times; 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 crack size, near the transition point, the so-called main crack. 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 [3, 4]: герметичную секционную конструкцию, находящуюся под давлением среды с взрыво-, пожароопасными, токсичными и др. свойствами; колесный 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 хорошо работать в условиях эксплуатации объектов, где только годовой перепад температур достигает 70-90°С, что осложняет дело.3. The reliability of the piston is hindered by its complexity. It contains [3, 4]: a sealed sectional structure under pressure from a medium with explosive, fire hazardous, toxic, and other properties; wheel drive with 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 well in the conditions of operation of facilities where only the annual temperature difference reaches 70-90 ° C, which complicates the matter.

Известны способ и устройство для ремонта трубопроводов [5], основанные на внешнем упрочнении трубы.A known method and device for repair of pipelines [5], 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 [5].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 reduction [5].

Устройство содержит не менее двух уплотнений в виде подкрепляющих спиральных элементов, наматываемых на трубу по обе стороны от трещины, имеются в нем и др. детали [5].The device contains at least two seals in the form of reinforcing spiral elements wound on the pipe on both sides of the crack, there are other parts in it [5].

Недостаток такого восстановления объектов - относительная трудоемкость и продолжительность работ, т.к. требуется доставка транспортом оборудования и рабочих к месту повреждения, раскопка экскаватором грунта вокруг трубы, собственно ремонт и т.п.The disadvantage of such restoration of objects is the relative complexity and duration of work, because transportation of equipment and workers to the place of damage is required, excavation of the soil around the pipe by an excavator, repair itself, etc.

Известны труба с проводящей спиралью [6], способ и устройство для транспортировки флюида по подводному шлангу, содержащие каучуковую трубку с покрытиями, меж ним пружину и волоконно-оптический элемент, связанный с блоком управления. Однако резинотехнические конструкции не являются основными для труб и трубопроводов, кроме того, утечки из шланга не исключаются, хотя и минимизируются, но в целом данная система перекачки неэффективна и неремонтопригодна.Known pipe with a conductive spiral [6], a method and apparatus for transporting fluid through an underwater hose, containing a rubber tube with coatings, between it a spring and a fiber optic element associated with the control unit. However, rubber structures are not basic for pipes and pipelines, in addition, hose leaks are not excluded, although they are minimized, but in general, this pumping system is inefficient and non-repairable.

В свете изложенного известные технические решения по функциям, конструкциям, способам и устройствам контроля и ремонта объектов потенциально не могут обеспечить безаварийной эксплуатации нефтегазопроводов, что в российских условиях приводит (и будет приводить) к значительным материальным, производственным, сырьевым, валютно-финансовым и др. 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 cannot potentially ensure trouble-free operation of oil and gas pipelines, which under Russian conditions leads (and will lead) to significant material, production, raw materials, monetary and financial, etc. to losses. There are plenty of examples.

Задача изобретения - повышение отказоустойчивости трубопроводов и тому подобных конструкций путем определения дефектов и упрочнения поврежденной стенки в реальном масштабе времени.The objective of the invention is to increase the fault tolerance of pipelines and similar structures by identifying defects and hardening the damaged wall in real time.

Частные задачи:Private tasks:

- 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 самовосстановления стенки и уменьшение трудоемкости ремонтных работ на трубопроводах.- the properties of self-healing walls and reducing the complexity of repair work on pipelines.

Задача решается тем, что известная труба [1] имеет, по меньшей мере, один оптически проводящий спиральный слой для контроля и ремонта стенки. Трубопровод собран из труб, в которых указанный слой выполнен в стенке в виде канавки, заполненной стеклом. В способе контроля трубопроводов, принятом за прототип [3], заключающемся в том, что обследуют трубопровод, регистрируют характеристики стенки и определяют ее дефекты, отличающийся тем, что накаткой стенки и заполнением накатки стеклом формируют в трубопроводе, по меньшей мере, один проводящий спиральный слой, обследуют его оптическими колебаниями, а дефекты стенки определяют по изменению параметров колебаний. К тому же, винтовой шаг слоя выбирают не больше длины критической трещины трубопровода. Расстояние до дефекта находят по произведению длины трубопровода на отношение времен пробега оптических импульсов после и до появления дефекта. Формируют слои разной деформативности, а срок отказа трубопровода определяют расчетным путем по значениям деформативности слоев и стенки и моментам времени разрушения слоев. Кроме того, в способе ремонта трубопроводов [5], заключающемся в том, что понижают в полости давление и восстанавливают дефектную стенку, отличающийся тем, что аналогично предыдущему способу формируют в трубопроводе указанный слой, обследуют его, но по изменениям оптических колебаний понижают давление в полости, а восстанавливают дефектную стенку теплом колебаний, пропускаемых слоем в раскрытие трещины. Поток тепла в раскрытие трещины регулируют мощностью пропускаемых колебаний. Мощность пропускаемых колебаний увеличивают ступенями. Вместе с тем, устройство для осуществления способа [2], содержащее датчик и монитор, отличающееся 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 слой 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 - полупроводникового лазера.The problem is solved in that the known pipe [1] has at least one optically conductive spiral layer for monitoring and repairing the wall. The pipeline is assembled from pipes in which the specified layer is made in the wall in the form of a groove filled with glass. In the method for monitoring pipelines adopted as a prototype [3], namely, that the pipeline is inspected, the wall characteristics are recorded and its defects are determined, characterized in that at least one conductive spiral layer is formed in the pipeline by knurling the wall and filling the knurled glass. , examine it with optical vibrations, and wall defects are determined by the change in vibration parameters. In addition, the screw pitch of the layer is chosen no more than the length of the critical crack of the pipeline. 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 optical pulses after and before the appearance of the defect. Layers of different deformability are formed, and the pipeline failure period is determined by calculation by the values of the deformability of the layers and wall and the moments of time of destruction of the layers. In addition, in the method of repairing pipelines [5], which consists in lowering the pressure in the cavity and restoring the defective wall, characterized in that, similar to the previous method, the specified layer is formed in the pipeline, it is examined, but the pressure in the cavity is reduced by changes in optical vibrations and restore the defective wall by the heat of vibrations transmitted by the layer into the crack opening. The heat flux into the crack opening is controlled by the power of the transmitted oscillations. The power of the transmitted oscillations is increased in steps. At the same time, a device for implementing the method [2], comprising a sensor and a monitor, characterized in that it is equipped with a series-connected uninterruptible power supply unit, a DC / AC converter and an optoelectronic pair, which is connected to the sensor - a fiber optic line forming a conductive spiral the layer of the pipeline, 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 an emitter in the form of a laser in the form of a laser — a semiconductor laser.

Автор не знаком с аналогичными решениями изобретательской задачи в данной или близких областях техники. Поэтому изложенную совокупность отличительных признаков считает существенной.The author is not familiar with similar solutions to the inventive problem in this or related fields of technology. Therefore, the above set of distinctive features is considered significant.

Схема изобретения подробно представлена на фигурах 1-7.The scheme of the invention is presented in detail in figures 1-7.

На фигурах 1-4 показаны варианты трубы с проводящим спиральным слоем (ПСС), где 1 - труба (трубопровод), 2 - стенка, 3 - внешняя спиральная поверхность, 4 - внешний ПСС, 5 - граница внешних спиральных поверхностей, 6 - внутренние спиральные поверхности, 7 - граница внутренних спиральных поверхностей, 8, 9 и 10 - соответственно срезы оптического волокна, эпоксидной матрицы и двойного слоя в канавке.In figures 1-4 shows the options for a pipe with a conductive spiral layer (PSS), where 1 is a pipe (pipeline), 2 is a wall, 3 is an external spiral surface, 4 is an external PSS, 5 is a border of external spiral surfaces, 6 is internal spiral surface, 7 - the boundary of the internal spiral surfaces, 8, 9 and 10, respectively, sections of the optical fiber, epoxy matrix and a double layer in the groove.

На фигуре 5 - аппроксимированная диаграмма растяжения стали, где σв - предел прочности, δ - относительное удлинение при разрыве, 11 - стыковочная область для труб с ПСС из стекла.The figure 5 is an approximated diagram of the tensile steel, where σ in is the tensile strength, δ is the elongation at break, 11 is the joint area for pipes with MSS made of glass.

На фигуре 6 - схема и устройство контроля трубопроводов. Обозначения схемы соответствуют фигуре 1. Устройство содержит последовательно соединенные 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 ПСС 4. Позицией 16 отмечен сварной стык труб.Figure 6 is a diagram and a device for monitoring pipelines. The designation of the circuit corresponds to figure 1. The device contains a series-connected uninterruptible power supply unit 12, a voltage to AC converter 13, an optoelectronic pair 14 and a monitor 15, connected to the output of the converter 13 by a different input. Pair 14 is connected to the MSS 4. Position 16 marks a welded pipe joint.

Изобретение заключается в следующем.The invention is as follows.

Труба (и др. конструкции цилиндрической оболочки) имеет, по меньшей мере, один оптически проводящий спиральный слой (ПСС) для контроля и ремонта стенки (см. фигуру 1).The pipe (and other designs of the cylindrical shell) has at least one optically conductive spiral layer (MSS) for monitoring and repairing the wall (see figure 1).

В целях промышленного контроля и раннего восстановления трубопровод собирают из труб, в которых этот слой выполнен в стенке в виде канавки, заполненной прозрачным для электромагнитных колебаний оптического диапазона твердым веществом, например стеклом.For industrial control and early recovery, the pipeline is assembled from pipes in which this layer is made in the wall in the form of a groove filled with a solid substance, transparent for electromagnetic oscillations of the optical range, such as glass.

Для этого производят такие действия и операции.To do this, perform such actions and operations.

Формируют в трубе (см. позицию 1 фигуры 1) известную спиральную (позиции 3, 4, 6 той же фигуры) поверхность, например, накаткой, метчиком или испарением части стальной стенки (позиция 2 там же) сфокусированным лучом лазера. Заполнение (позиция 8 фигуры 1) полученной поверхности стеклом осуществляют, в частности, намоткой в канавку волокна оптических линий связи (ВОЛС), скрепляемого со стенкой адгезией (в т.ч. эпоксидным клеем - позиция 9 там же). Поршень для этого (на фигурах не показан) снабжается соответствующей технологической оснасткой.A known spiral surface (positions 3, 4, 6 of the same figure) is formed in the pipe (see position 1 of figure 1), for example, by knurling, tap or evaporation of a part of a steel wall (position 2 in the same place) with a focused laser beam. Filling (position 8 of figure 1) of the obtained surface with glass is carried out, in particular, by winding optical communication lines (FOCL) into the groove, fastened to the wall by adhesion (including epoxy glue - position 9 in the same place). The piston for this (not shown in the figures) is equipped with the appropriate technological equipment.

Операции более эффективны в заводских условиях, т.к. слои получают высокопроизводительным технологическим оборудованием (резьбонарезные, намоточные и др. средства). Коэффициент использования металла при формировании канавки резьбой наименьший. Однако внутренний слой (позиция 6 на фигуре 1) выявляет недоступный внешнему, абразивный износ газопровода механическими включениями в потоке природного газа, т.к. стенка царапается твердыми песчинками и постепенно утоняется.Operations are more effective in the factory, as the layers are obtained by high-performance technological equipment (thread-cutting, winding and other means). The utilization of metal in the formation of grooves by thread is the smallest. However, the inner layer (position 6 in figure 1) reveals inaccessible to the external, abrasive wear of the gas pipeline by mechanical impurities in the natural gas stream, since the wall is scratched by hard grains of sand and gradually thins.

Формирование осуществляют по винтовой линии, шаг которой (позиция h фигуры 1) ограничивают, в частности, половиной длины критической трещины цилиндрической оболочки, нагруженной внутренним давлением, что позволяет своевременно определить 100% опасных продольных трещин в трубопроводе и другие его эксплуатационные дефекты. Величину этого шага рассчитывают, например, по формуле:The formation is carried out along a helix, the step of which (position h 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 (см. позиции 5, 7 на фигуре 1) со средней шириной 1-10% ее винтового шага. Такое сечение лучше др. геометрических форм сечений, например треугольного, т.к. нуждается в меньшей точности механообработки при размещении в канавке готового оптического кабеля и меньше концентрирует напряжения трубы. Шаг ПСС применяется, как правило, постоянный.The knurling (groove) is given, in particular, a trapezoidal cross-section (see positions 5, 7 in figure 1) with an average width of 1-10% of its helical pitch. Such a section is better than other geometric shapes of sections, for example triangular, because needs less precision machining when placing a finished optical cable in the groove and less stress concentrates the pipe. The MSS step is applied, as a rule, constant.

Глубину (высоту) канавки устанавливают из нескольких соображений: толщу стенки при изготовлении 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: the wall thickness in the manufacture of 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.

Растяжение стального трубопровода и ПСС технологически «увязывают», т.е. началу и/или развитию пластических деформаций стали должно соответствовать механическое разрушение стекла (см. фигуру 5). Такой объект надежен в широком диапазоне температур в силу примерного равенства температурных коэффициентов линейного расширения обоих конструкционных материалов. Растяжения согласовывают, например, размещением ВОЛС на предварительно нагруженной внутренним давлением трубе с канавкой. Уровень давления устанавливают, в частности, при отработке производства труб по величинам площадки текучести трубной стали (позиция 11 фигуры 5) и деформации волокна (2-5%) в момент его разрушения. Операция проводиться, например, после калибровки (экспандирования) тонкостенных труб по диаметру. В процессе намотки стекловолокна в канавку применяют небольшое механическое натяжение.The stretching of the steel pipeline and MSS is technologically “linked”, i.e. the onset and / or development of plastic deformations of the steel must correspond to the mechanical destruction of the glass (see figure 5). Such an object is reliable in a wide temperature range due to the approximate equality of the temperature coefficients of linear expansion of both structural materials. Stretching is coordinated, for example, by placing FOCLs on a pipe pre-loaded with internal pressure with a groove. The pressure level is set, in particular, when testing the production of pipes according to the values of the yield area of pipe steel (position 11 of figure 5) and the deformation of the fiber (2-5%) at the time of its destruction. The operation is carried out, for example, after calibration (expansion) of thin-walled pipes in diameter. In the process of winding fiberglass into the groove, a slight mechanical tension is applied.

Слои из двух ПСС (располагаются на трубе рядом, позиция 10 фигуры 1) 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 горячего теплоснабжения выполнен из стали с деформативностью δ3, соблюдают условие δ123. Полагается, что трубопровод работает в стационарном режиме.Layers of two MSS (located on the pipe side by side, position 10 of figure 1) with different elongations at break (deformability) additionally determine the rate of development of the defect, because two time counts (t 1 , t 2 ) become known at the time of destruction of the layers. The first tear layer with a lower deformability (δ 1 ), the second - with a larger (δ 2 ). For example, if the main pipeline for hot heat supply is made of steel with deformability δ 3 , the condition δ 123 is met. It is believed that the pipeline is stationary.

В предположении линейной модели площадки текучести трубной стали, прогноз времени отказа трубопровода, для которого дистанции до дефекта по измерениям с использованием обеих слоев совпали, выполняется расчетом. Например, (t3-t2)=(t2-t1)×(δ32)/(δ21). Если принять, что (t2-t1)=10 дней, (δ21)=5%, (δ32)=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 yield strength of pipe steel, the prediction of the pipeline failure time for which the distance to the defect according to measurements using both layers are the same is performed by calculation. For example, (t 3 -t 2 ) = (t 2 -t 1 ) × (δ 32 ) / (δ 21 ). If we assume that (t 2 -t 1 ) = 10 days, (δ 21 ) = 5%, (δ 32 ) = 10%, then the estimated time (t 3 -t 2 ) is 20 days . Before the expiration of this period from time t 2 , in particular with a 2-3-day supply, all necessary measures and work are performed to prevent an accident. What is important for especially dangerous objects located within the city, at the intersection with the railway, etc.

К оболочкам с ПСС в определенной мере подходит теория хрупких тензочувствительных покрытий. Лаковое покрытие дает при тарировке 10-20% точность выявления напряженно-деформируемого состояния механических изделий. Для однослойной ВОЛС не требуется идентичность прочности участков (партий) оптоволокна. Важно, чтобы эта физическая величина находилась в зоне пластических деформаций стальной трубы (0,5-27% величины начального ее диаметра с учетом сорта стали и наличия-отсутствия операции калибровки), т.к. именно «пластика» является неотъемлемым атрибутом искомых дефектов. В зависимости от метода размещения слоя нужно также, чтобы волокна с адгезионным заполнителем в канавке (позиция 8, 9 фигуры 1) хорошо работали на сжатие, что соблюдается рядом конструкционных материалов, включая стекло и эпоксидную матрицу.The theory of brittle strain-sensitive coatings is to some extent suitable for shells with PSS. The lacquer coating gives a calibration accuracy of 10-20% to identify the stress-strain state of mechanical products. For a single layer FOCL, the strength of the sections (lots) of the optical fiber is not required. It is important that this physical quantity is in the zone of plastic deformation of the steel pipe (0.5-27% of its initial diameter, taking into account the grade of steel and the presence or absence of a calibration operation), because it is “plastic” that is an integral attribute of the desired defects. Depending on the method of placement of the layer, it is also necessary that the fibers with adhesive filler in the groove (position 8, 9 of Figure 1) work well in compression, which is observed by a number of structural materials, including glass and an epoxy matrix.

В результате вышеописанных операций получают образец-свидетель (контрольный образец) состояния 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.As a result of the above operations, a witness sample (control sample) of the damage state of the object is obtained. 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 ПСС с некоторым постоянным 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. Для протяженных участков контроль возникновения дефектов по прямой волне более эффективен, т.к. уменьшает погонное затухание, связанное с удвоением пути распространения электромагнитной волны при ее одноточечном вводе в трубопровод.This sample is examined by optical vibrations, in particular, optical pulses with known parameters are passed through it. For a high-quality pipeline, an electromagnetic wave propagates in a MSS with some constant linear attenuation, without encountering 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. For long sections, the control of defects in a direct wave is more effective, because reduces the linear attenuation associated with the doubling of the propagation path of the electromagnetic wave during its single-point input into the pipeline.

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, в частности, по временному признаку. Например, для 1000 метрового участка диаметром 350 мм, шагом винтовой поверхности 20 мм и известной скорости распространения электромагнитной волны, запаздывание отраженной волны составит примерно 0,35 мс. Возможны другие методы разделения или применение нескольких методов разделения.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 the direct and reflected waves is carried out, in particular, on a temporary basis. For example, for a 1000 meter section with a diameter of 350 mm, a pitch of a helical surface of 20 mm and a known propagation velocity of an electromagnetic wave, the delay of the reflected wave will be approximately 0.35 ms. Other separation methods or the use of several separation 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, т.е. от параметров дефекта. При контроле методом прямой волны ее амплитуда в точке съема соответственно уменьшается. Но это уменьшение может быть результатом и нескольких нарушений ПСС (например, цепочкой разрозненных дефектов), если они по времени происходят между двумя посылками импульсов. Глубина дефекта не регистрируется, т.е. эту величину следует считать большей диаметра используемого оптоволокна (или глубины канавки, в которую оно уложено).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, i.e. from defect parameters. When controlled by the direct wave method, its amplitude at the pick-up point accordingly decreases. But this decrease can be the result of several violations of the MSS (for example, a chain of disparate defects) if they occur in time between two packets of pulses. The defect depth is not recorded, i.e. this value should be considered larger than the diameter of the optical fiber used (or the depth of the groove in which it is laid).

Для точного наблюдения за фактическим состоянием трубопровода, наделенного свойством промышленной контролепригодности, найденную из расчета величину шага устанавливают, например, ...0,2h, 0,3h, ...0,7h...kh, т.е. контролируют размер неопасного 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 или по команде оператора системы (не показано).To accurately monitor the actual condition of the pipeline, endowed with the property of industrial suitability, the step value found from the calculation is set, for example, ... 0.2h, 0.3h, ... 0.7h ... kh, i.e. they control the size of a non-hazardous 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 or at the command of the system operator (not shown).

Расстояние до дефекта находят по произведению длины оболочки на отношение времен пробега оптических импульсов в ПСС после и до появления дефекта. Например, это расстояние для трубопровода длиной L=10 км и временами пробега импульса после и до появления трещины соответственно t=25 мкс, Т=1000 мкс составит, как это следует из математической формулы X=Lt/T, от одного из концов трубопровода, 0,25 км. Расстояние при непрерывных оптических колебаниях находят фазовым методом.The distance to the defect is found by the product of the shell length by the ratio of the optical pulse travel times in the MSS after and before the appearance of the defect. For example, this distance for a pipeline with a length of L = 10 km and pulse travel times after and before a crack appears, respectively, t = 25 μs, T = 1000 μs will be, as follows from the mathematical formula X = Lt / T, from one of the ends of the pipeline, 0.25 km. The distance during continuous optical oscillations is determined by the phase method.

Повторение импульса ограничивают величиной, полученной от деления двойной длины винтовой поверхности на скорость распространения электромагнитной волны в ПСС. В частности, выбирают из необходимого времени тревоги: раз в секунду, минуту и т.д., что позволяет определить моменты возникновения и достижения дефектом установленного размера.The pulse repetition is limited by the value obtained from dividing the double length of the helical surface by the propagation velocity of the electromagnetic wave in the MSS. In particular, they select from the necessary alarm time: once per second, minute, etc., which allows determining the moments of occurrence and achievement by the defect of the established size.

После регистрации параметров колебаний в зависимости от ситуации «есть или 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 спирали, «хрупкости» ее материала размер будет меньше, например, для симметричной витку поверхностной трещины.After registering the parameters of the oscillations, depending on the situation "there is or not a change in the parameter", establish the presence or absence of a defect in the object. 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 coils of the spiral, the “fragility” of its material, the size will be smaller, for example, for a surface crack that is symmetrical to the coil.

Преимущество двухточечного ввода (точки по краям трубопровода), независимо учитывающего разделение ПСС на части - отсутствие необходимости неотложного ремонта слоя. Что важно с точки зрения удобства и эффективности эксплуатации пространственно распределенной системы трубопровода 1. Возможно равенство числа точек ввода числу крановых площадок (компрессорных или насосных станций) объекта контроля. При этом решение, вероятно, будет оптимальным. Надежность его выше за счет дублирования (резервирования) точек ввода, но ремонт участка сразу после указания дефекта гарантирует контроль с одной точки.The advantage of a two-point input (points along the edges of the pipeline), which independently takes into account the separation of the MSS into parts, is the absence of the need for urgent repair of the layer. What is important from the point of view of convenience and efficiency of operation of a spatially distributed pipeline system 1. It is possible that the number of entry points is equal to the number of crane platforms (compressor or pump stations) of the control object. In this case, the solution is likely to be optimal. Its reliability is higher due to duplication (redundancy) of entry points, but repair of a site immediately after indicating a defect guarantees control from one point.

ПСС не чувствует начальные малозначительные дефекты, например коррозию, могущую занимать большую поверхность объекта. Реагирует только на дефекты, вызвавшие локальное изменение напряженно-деформируемого состояния комбинированной конструкции, равное или большее удлинения ВОЛС при разрыве, что в данных условиях адекватный признак ее недопустимого повреждения. Дефекты, не опасные в момент обследования эксплуатации трубопровода, не дают ложных срабатываний, умаляющих контроль как технологическую операцию.MSS does not feel initial minor defects, such as corrosion, which can occupy a large surface of an object. It only responds to defects that cause a local change in the stress-strain state of the combined structure, equal to or greater than the fiber optic elongation at break, which under these conditions is an adequate sign of its unacceptable damage. Defects that are not dangerous at the time of the inspection of the operation of the pipeline do not give false positives that detract from control as a technological operation.

Устройство контроля трубопроводов работает следующим образом (см. фигуру 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 4 (датчик) трубопровода 1, а с линии - в монитор 15. Параметры оптических импульсов не меняются, пока подрастающие за время эксплуатации объекта повреждения меньше h. Когда размер любого из них достигнет h, ПСС рвется в точке дефекта, и время пробега оптических импульсов уменьшается. Пропорционально положению дефекта вдоль трубопровода. Это фиксируется и пересчитывается средствами монитора 15 (устройство выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, компьютер, системное и предметное программное обеспечение, драйверы) в дистанцию до дефекта по математической формуле описания. На устройство не влияют электромагнитные помехи - сильно разнесены спектры полезных и паразитных колебаний. Лазер полупроводниковой пары 14 (излучает в диапазоне длин волн 0,3-30 мкм импульсы длительностью до 10-9 с, мощностью до 105 Вт, кпд 40-60%) делает устройство надежней и долговечней, чего не обеспечивает при непрерывных колебаниях из-за теплового перегрева. Ошибка нахождения расстояния до дефекта (продольной координаты) задана только шагом ВОЛС, т.к. относительная погрешность лазерных измерений (эталонов секунды ~10-12, метра ~10-10) весьма мала. Ошибка угловой координаты может составить менее 1-3°.The pipeline monitoring device operates as follows (see figure 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 Converter 13 generates the specified oscillations (pulses) using an optoelectronic pair 14 (made, for example, with a laser emitter, photodetector and prism), in the fiber optic link 4 (sensor) of pipeline 1, and from the line to the monitor 15. The parameters of the optical pulses do not change, while damage growing during the operation of an object is less than h. When the size of any of them reaches h, the MSS breaks at the defect point, and the travel time of the optical pulses decreases. In proportion to the position of the defect along the pipeline. This is recorded and recounted by means of the monitor 15 (sampling-storage device, analog-to-digital converter, computer, system and subject software, drivers) to the distance to the defect according to the mathematical description formula. The device is not affected by electromagnetic interference - the spectra of useful and spurious oscillations are strongly spaced. The laser of a semiconductor pair 14 (emits pulses of up to 10 -9 s, power up to 10 5 W, and efficiency of 40-60% in the wavelength range of 0.3-30 μm) makes the device more reliable and more durable, which does not provide continuous oscillations due to for thermal overheating. The error in finding the distance to the defect (longitudinal coordinate) is set only by the FOCL step, because the relative error of laser measurements (second standards ~ 10 -12 , meters ~ 10 -10 ) is very small. The error of the angular coordinate can be less than 1-3 °.

Из предыдущих операций и рекомендаций следует, что коэффициент выявляемости дефектов зависит от соотношения длины трубы с ПСС к полной ее длине. Например, часть цилиндрической поверхности под кромки стыкового сварного шва (позиция 16 фигуры 6) без спирали дает для 12-метровой секции с кромками 2 см расчетный Квд=0,996(6), с кромками 1 см - 0,998(3). В случае полной спирали Квд=1. При монтаже трубопроводов известными методами ПСС сращивают, например, сваркой. Так, решается первая частная задача изобретения, и отказ трубопроводов практически исключается, ресурс их увеличивается.From previous operations and recommendations it follows that the coefficient of detection of defects depends on the ratio of the length of the pipe with the MSS to its full length. For example, a part of a cylindrical surface under the edges of a butt weld (position 16 of figure 6) without a spiral gives a calculated Kd = 0.996 (6) for a 12-meter section with edges 2 cm and 0.998 (3) with edges 1 cm. In the case of a full spiral, Kd = 1. When installing pipelines by known methods, MSS are spliced, for example, by welding. So, the first particular problem of the invention is solved, and the failure of pipelines is practically eliminated, their resource is increased.

Для залечивания и раннего ремонта трещиновидных дефектов оболочковых конструкций в известном способе ремонта трубопроводов [5] аналогично вышеизложенному способу контроля формируют указанный слой, обследуют его оптическими колебаниями и определяют изменения их параметра. По этим изменениям понижают давление в полости (см. абзац по системе управления и оператору), например, клапаном или вентилем, а восстанавливают дефектную стенку трубопровода 1 теплом оптических колебаний, пропускаемых слоем в раскрытие трещины.For healing and early repair of crack-like defects of shell structures in the known method of repairing pipelines [5], the above layer is formed similarly to the control method described above, examined by its optical vibrations and changes in their parameter are determined. According to these changes, the pressure in the cavity is reduced (see the paragraph on the control system and the operator), for example, by a valve or valve, and the defective wall of the pipeline 1 is restored by the heat of optical vibrations transmitted by the layer into the crack opening.

Так как ПСС, что следует из вышеизложенных оснований, уже разрушен трещиной, а затухание оптических колебаний в слое, как отмечалось при описании обследования трубопровода электромагнитными волнами, мало, часть энергии сфокусированного лазерного излучения, распространяющаяся в таком волноводе, автоматически концентрируется им благодаря канавке точно в раскрытие трещины и там релаксирует за счет многократных отражений.Since the MSS, as follows from the foregoing reasons, has already been destroyed by a crack, and the damping of optical oscillations in the layer, as was noted when describing the inspection of the pipeline by electromagnetic waves, is small, a part of the energy of the focused laser radiation propagating in such a waveguide is automatically concentrated by it precisely in crack opening and there relax due to multiple reflections.

Это вызывает эффективный нагрев берегов трещины и прилегающих к ним районов стенки 2 без испарения металла. При этом трещина не развивается, т.к. прикрыта действием упругих деформаций в стенке от выполненного ранее снижения рабочего давления в объекте 1. Поток тепла в раскрытие регулируют мощностью (амплитудой) пропускаемых слоем оптических колебаний. Например, использованием колебаний с двух точек ввода, что вполне допускает вышеизложенный способ контроля, подключением лазеров большей энергетической мощности или модуляцией добротности твердотельного лазера с активным веществом из стекла с присадкой неодима.This causes an effective heating of the crack edges and the adjacent areas of the wall 2 without evaporation of the metal. In this case, the crack does not develop, because covered by the action of elastic deformations in the wall from previously performed reduction of the working pressure in the object 1. The heat flux into the opening is controlled by the power (amplitude) of the optical vibrations transmitted by the layer. For example, using oscillations from two entry points, which completely allows the above control method, by connecting lasers of higher energy power or by Q-switching of a solid-state laser with an active substance from glass with a neodymium additive.

Нужные температура, скорость или время нагрева определяются материалами стенки и могут быть подобраны экспериментально. Для уменьшения механических напряжений в районе дефекта (ранний ремонт) время нагрева (остывания) выбирают, например, длительностью и числом лазерных импульсов, пропускаемых в слое в секунду. Для целостности греющегося вблизи дефекта оптоволокна (чтобы не было его новых разрывов и соответственно дополнительных потерь энергии волн на отражение обратно в слой) мощность пропускаемых оптических колебаний увеличивают небольшими ступенями, изменяя амплитуду или время колебаний.The required temperature, speed or heating time are determined by the wall materials and can be selected experimentally. To reduce mechanical stresses in the area of the defect (early repair), the heating (cooling) time is selected, for example, by the duration and number of laser pulses transmitted in the layer per second. For the integrity of the optical fiber heated near the defect (so that there are no new breaks and, accordingly, additional losses of wave energy due to reflection back into the layer), the power of transmitted optical oscillations is increased in small steps, changing the amplitude or time of the oscillations.

Берега трещины тепловым расширением металла сближаются и осуществляют контактное взаимодействие, т.е. сварку. Граница трещины оплавляется и сглаживается, что после остывания снижает интенсивность остаточных напряжений в точке восстановления. Залечивание возможно в конструкциях из алюминия и его промышленных сплавов, меди и некоторых ее сплавов типа бронз, латуни, др. металлов и термопластов.The crack faces are expanded by thermal expansion of the metal and carry out contact interaction, i.e. welding. The crack boundary is melted and smoothed, which after cooling reduces the intensity of residual stresses at the recovery point. Healing is possible in structures of aluminum and its industrial alloys, copper and some of its alloys such as bronze, brass, other metals and thermoplastics.

Для сталей и металлов с температурой плавления выше температуры размягчения стекла ремонт стенки выполняется заполнением канавки (накатки) стеклом, т.е. имеет место одна из операций сварки - пайка. Причем влияет коэффициент запаса ПСС. Роль канавки играет сама трещина.For steels and metals with a melting point above the glass softening temperature, wall repair is performed by filling the grooves (knurled) with glass, i.e. one of the welding operations takes place - soldering. Moreover, the safety factor PSS. The role of the groove is played by the crack itself.

Такое восстановление стенки позволяет обойтись без аварийной остановки объектов, сопутствующих ей затрат и обеспечивается представленным на фигуре 3 устройством для контроля трубопроводов.This restoration of the wall allows you to do without an emergency stop of objects, associated costs and is provided by the device for monitoring pipelines shown in figure 3.

Для ближайших аналогов и прототипа это означает ускорение ремонта и сокращение его подготовительного и технологического времени.For the closest analogues and prototype, this means accelerating the repair and reducing its preparatory and technological time.

Эффективность предложений максимальна для магистральных трубопроводов и т.п. конструкций, работающих под большим давлением, в т.ч. газонефтепроводов. Меньше для магистралей горячего водоснабжения, где разрушение трещиной не превалирует, и шаг ПСС определяют, например, средним размером (диаметром) коррозионных свищей из результатов статистических исследований. Монтажные дефекты сварки учитывают уменьшением h в районе стыка 16.The effectiveness of the proposals is maximum for trunk pipelines, etc. structures operating under high pressure, including gas and oil pipelines. Smaller for hot water mains, where fracture failure does not prevail, and the MSS pitch is determined, for example, by the average size (diameter) of the corrosion fistula from the results of statistical studies. Welding installation defects are taken into account by a decrease in h in the joint area 16.

Затраты на экономический эффект с учетом полноты и вариантов реализации ожидаются на уровне до 10% стоимости труб аналогичного трубопровода без предложенных функций. Примерно то же касается др. оболочковых конструкций цилиндрического типа (применяемых в ведущих отраслях): баллоны давления, газгольдеры, резервуары для нефтехимических продуктов, корпусы различного назначения, сосуды, баки и т.п.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. About the same applies to other cylindrical shell structures (used in leading industries): pressure cylinders, gas holders, reservoirs for petrochemical products, buildings for various purposes, vessels, tanks, etc.

Таким образом, изобретение обеспечивает существенные усовершенствования труб, трубопроводов и т.п.конструкций, повышение их эффективности, улучшение экологии и сохранение среды обитания человекаThus, the invention provides significant improvements to pipes, pipelines, etc. structures, increasing their efficiency, improving the environment and preserving the human environment

Источники информацииInformation sources

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 "Neftepromdiagnostika") Samara, Publishing House "Samara House", 1994, 196 p.

2, 3. Коллакот Р. Диагностика повреждений. Пер. с англ. - М.: Мир, 1989, с.220-222, 440-443 (прототип).2, 3. Kollakot R. Diagnosis of damage. Per. from English - M .: Mir, 1989, p. 220-222, 440-443 (prototype).

4. Технические средства диагностирования. Справочник. / Под общ. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1989, с.601-612.4. Technical diagnostic tools. Directory. / Under the total. ed. V.V. Klyueva. - M.: Mechanical Engineering, 1989, p. 601-612.

5. Патент №2118738 на изобретение «Способ и устройство для ремонта трубопроводов». Опубл. 10.09.98 Бюл. №25.5. Patent No.2118738 for the invention of “Method and device for repair of pipelines”. Publ. 09/10/98 Bull. Number 25.

6. Европейский патент ЕР 0025344, 18.03.1981.6. European patent EP 0025344, 03/18/1981.

Claims (11)

1. Труба с оптически проводящим спиральным элементом, предназначенным для контроля трещин ее стенки, отличающаяся тем, что снаружи снабжена винтовой канавкой, а спиральный элемент закреплен в канавке.1. A pipe with an optically conductive spiral element designed to control cracks in its wall, characterized in that it is provided with a helical groove on the outside, and the spiral element is fixed in the groove. 2. Труба по п.1, отличающаяся тем, что оптически прозрачное стекло элемента не выходит за поверхность стенки трубы, закреплено в канавке посредством адгезии, а величину винтового шага канавки ограничивают половиной длины критической трещины нагруженного внутренним давлением трубопровода.2. The pipe according to claim 1, characterized in that the optically transparent glass of the element does not extend beyond the surface of the pipe wall, is fixed in the groove by adhesion, and the screw pitch of the groove is limited to half the length of the critical crack of the pipeline loaded with internal pressure. 3. Труба по п.2, отличающаяся тем, что глубина канавки выбрана больше толщины стекла проводящего спирального элемента, а поперечное сечение канавки выполнено трапецеидальным.3. The pipe according to claim 2, characterized in that the depth of the groove is selected more than the thickness of the glass of the conductive spiral element, and the cross section of the groove is made trapezoidal. 4. Способ контроля трубопровода, заключающийся в том, что внешней накаткой стенки и заполнением накатки стеклом формируют, по крайней мере, один проводящий спиральный элемент, обследуют его оптическими колебаниями, отличающийся тем, что обследуют спиральный элемент трубопровода под давлением и регистрируют его состояние по уменьшению амплитуды оптических колебаний в точке приема прямой электромагнитной волны и определяют дефект стенки трубопровода.4. A method of monitoring the pipeline, which consists in the fact that at least one conductive spiral element is formed by external knurling of the wall and filling the knurled glass, they are examined by optical vibrations, characterized in that the spiral element of the pipeline is examined under pressure and its state is recorded to reduce the amplitudes of optical vibrations at the point of reception of a direct electromagnetic wave and determine the defect of the pipeline wall. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что точку приема прямой электромагнитной волны выбирают на конце трубопровода, противоположном точке ввода оптических импульсов.5. The method according to claim 4, characterized in that the point of reception of the direct electromagnetic wave is selected at the end of the pipeline, opposite the point of entry of optical pulses. 6. Способ ремонта трубопроводов, заключающийся в том, что понижают в полости трубопровода давление и устраняют дефект стенки трубопровода, отличающийся тем, что накаткой стенки и заполнением накатки стеклом формируют, по крайней мере, один проводящий спиральный слой трубопровода, обследуют его оптическими колебаниями и по уменьшению амплитуды в точке приема прямой электромагнитной волны регистрируют состояние трубопровода, по изменению которого понижают давление в полости трубопровода, а восстанавливают стенку трубопровода с трещиной посредством тепла оптических колебаний, пропускаемых, по крайней мере, одним проводящим спиральным слоем в раскрытие трещины.6. A method of repairing pipelines, which consists in lowering the pressure in the cavity of the pipeline and eliminating a defect in the pipeline wall, characterized in that at least one conductive spiral layer of the pipeline is formed by rolling the wall and filling the glass with a glass, inspecting it with optical vibrations and decrease in amplitude at the point of reception of a direct electromagnetic wave records the state of the pipeline, by changing which they lower the pressure in the cavity of the pipeline, and restore the wall of the pipeline with a crack by heat of optical vibrations transmitted by at least one helical conductive layer in the crack opening. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что материал стенки трубопровода выбирают с температурой плавления более низкой, чем температура размягчения стекла.7. The method according to claim 6, characterized in that the material of the wall of the pipeline is chosen with a melting temperature lower than the softening temperature of the glass. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что поток тепла в раскрытие трещины регулируют мощностью оптических колебаний лазерного излучения.8. The method according to claim 6, characterized in that the heat flux into the crack opening is controlled by the power of the optical oscillations of the laser radiation. 9. Устройство по п.4, или 5, или 6, или 7, или 8, содержащее трубопровод и датчик, выполненный в виде накатки стенки трубопровода и заполнения накатки стеклом, отличающийся тем, что собрано из труб с проводящим спиральным слоем с помощью сварки.9. The device according to claim 4, or 5, or 6, or 7, or 8, containing a pipeline and a sensor made in the form of knurling the wall of the pipeline and filling the knurled glass, characterized in that it is assembled from pipes with a conductive spiral layer by welding . Приоритет по пунктам:Priority on points: 10.06.1998 по пп. 1-3, 9;06/10/1998 PP 1-3, 9; 21.08.2002 по пп.4-8.08.21.2002 according to claims 4-8.
RU2002122419/06A 1998-06-10 2002-08-21 Pipe and method of its repairing RU2293249C9 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002122419/06A RU2293249C9 (en) 1998-06-10 2002-08-21 Pipe and method of its repairing
DE10393015T DE10393015B4 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Pipe, method and apparatus for improving pipelines and similar objects
US10/524,303 US20060151044A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Pipe, method and device for improved pipelines and similar objects
PCT/RU2003/000375 WO2004018929A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Pipe, method and device for improved pipelines and similar objects
AU2003261683A AU2003261683A1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 Pipe, method and device for improved pipelines and similar objects
DE20321810U DE20321810U1 (en) 2002-08-21 2003-08-21 pipe

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98111122 1998-06-10
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

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98111122/63A Division RU2246068C9 (en) 1998-06-10 1998-06-10 Pipe, method and device for enhancement of reliability of pipelines

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2002122419A RU2002122419A (en) 2004-05-10
RU2293249C2 RU2293249C2 (en) 2007-02-10
RU2293249C9 true RU2293249C9 (en) 2007-12-20

Family

ID=37862725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002122419/06A RU2293249C9 (en) 1998-06-10 2002-08-21 Pipe and method of its repairing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2293249C9 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2661674C1 (en) * 2017-04-27 2018-07-18 Валерий Николаевич Земеров Method of state control of a long object and device for its implementation

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100084393A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-08 Tyco Thermal Controls Llc Automatic heat tracing control process
RU2670570C1 (en) * 2017-07-12 2018-10-23 Валерий Николаевич Земеров Method of state control of a long object and device for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
National standart of Canada. CAN3-Z163-M86. Oil Pipeline Sistems. КОЛЛАКОТ Р. Диагностика повреждений. - М.: Мир, 1989, с.220-222, 440-443. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2661674C1 (en) * 2017-04-27 2018-07-18 Валерий Николаевич Земеров Method of state control of a long object and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2293249C2 (en) 2007-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kishawy et al. Review of pipeline integrity management practices
Ahammed Prediction of remaining strength of corroded pressurised pipelines
US8447532B1 (en) Metallic constructions integrity assessment and maintenance planning method
EP2808677A1 (en) Method for non-contact metallic constructions assessment
US5015859A (en) Method and apparatus for detecting wear
CN103512951A (en) Method for detecting pipeline joint weld seam defect by using low-frequency ultrasonic guided wave
RU2246068C2 (en) Pipe, method and device for enhancement of reliability of pipelines
RU2293249C9 (en) Pipe and method of its repairing
Reda et al. Fitness-for-service analysis for corrosion resistant alloy clad pipeline damaged due to lodged intelligent pig
JP3940740B2 (en) Crack detection system, adhesive and linear detector available in this system
RU2653138C1 (en) Method of manufacture of a dry-drawing stand for checking of operability of in-line inspection devices at a test pipeline test site
CN105909910B (en) A kind of line with rubber integrality on-line monitoring system
WO2011046463A1 (en) Fluid pipe and method for detecting a deformation on the fluid pipe
US20060151044A1 (en) Pipe, method and device for improved pipelines and similar objects
CN105953018B (en) A kind of rubber-lining equipment on-line corrosion monitoring and control system
Kam et al. Reliability-based fatigue and fracture mechanics assessment methodology for offshore structural components
US20180136017A1 (en) Integration of fiber optic sensors into sleeve
Abulkhanov et al. Optical inspection device for the inner surface of pipe ends
CN113639206A (en) Method for detecting process pipeline of natural gas station
Mahzan Feasibility study of structural health monitoring towards pipeline corrosion monitoring: A review
Alexander et al. Use of Fiber Optic Technology in Monitoring Steel Sleeves and Composite Wrap Reinforcements
CN109488889A (en) The online test method of in-service metallic conduit insulated liner layer status
US10662535B1 (en) Damage sensing of a bonded composite repair
Beissner et al. Nondestructive evaluation methods for characterization of corrosion: state-of-the-art review
Stojmanovski et al. Examination of Laminations in the Base Material on a Section of High Pressure Gas Supply Pipeline

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140611