RU2506581C2 - Method of remote magnetometry for diagnostics of pipelines and device for its realisation - Google Patents
Method of remote magnetometry for diagnostics of pipelines and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506581C2 RU2506581C2 RU2011147295/28A RU2011147295A RU2506581C2 RU 2506581 C2 RU2506581 C2 RU 2506581C2 RU 2011147295/28 A RU2011147295/28 A RU 2011147295/28A RU 2011147295 A RU2011147295 A RU 2011147295A RU 2506581 C2 RU2506581 C2 RU 2506581C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- sensors
- magnetic field
- depth
- stray
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, коммунальному хозяйству и другим областям науки и техники, использующим подземные металлические трубопроводы. В частности настоящее изобретение связано с бесконтактной диагностикой целостности металлических труб в процессе эксплуатации.The invention relates to the oil and gas industry, utilities and other fields of science and technology using underground metal pipelines. In particular, the present invention relates to non-contact diagnostics of the integrity of metal pipes during operation.
Металлические трубопроводы, уложенные в грунт, подвергаются воздействию различных физических и химических факторов. Нарушения изоляции, давление грунта, влияние блуждающих токов, значительные перепады температур и внутреннего давления ведут к существенному сокращению их срока службы. Коррозия металла труб является одной из основных причин их разгерметизации и техногенных катастроф на трубопроводах. За счет неоднородности металла трубы и гетерогенности грунта (по физическим свойствам и химическому составу) возникают участки с различным электронным потенциалом, что обуславливает образование гальванических коррозионных элементов.Metal pipelines laid in the ground are exposed to various physical and chemical factors. Violations of insulation, soil pressure, the influence of stray currents, significant changes in temperature and internal pressure lead to a significant reduction in their service life. Corrosion of metal pipes is one of the main reasons for their depressurization and technological disasters in pipelines. Due to the heterogeneity of the pipe metal and the heterogeneity of the soil (in physical properties and chemical composition), areas with different electronic potential arise, which leads to the formation of galvanic corrosion elements.
Коррозионная ситуация, в которой находится металлический трубопровод в грунте, зависит от многих обстоятельств, связанных с грунтовыми и климатическими условиями, особенностями трассы, условиями эксплуатации. Наиболее сильное отрицательное влияние на электрокоррозионное разрушение трубопроводов оказывают блуждающие токи в земле, вызываемые электрифицированным рельсовым транспортом постоянного тока. Из практики известно, что величина блуждающих токов может достигать 400 А, а вызванная ими коррозия - до 10 мм в год.The corrosion situation in which the metal pipeline is located in the soil depends on many circumstances associated with soil and climatic conditions, features of the route, and operating conditions. Stray currents in the earth caused by electrified direct current rail transport have the greatest negative effect on the electro-corrosive destruction of pipelines. From practice it is known that the value of stray currents can reach 400 A, and the corrosion caused by them - up to 10 mm per year.
Методы защиты подземных металлических трубопроводов от коррозии подразделяются на пассивные и активные.Methods of protecting underground metal pipelines from corrosion are divided into passive and active.
Пассивный метод защиты от коррозии предполагает создание непроницаемого барьера между металлом трубопровода и окружающим его грунтом. Это достигается нанесением на трубу специальных защитных покрытий: битума, каменноугольного пеке, полимеров, эпоксидных смол и т.д..The passive method of corrosion protection involves the creation of an impermeable barrier between the pipeline metal and the surrounding soil. This is achieved by applying special protective coatings to the pipe: bitumen, coal tar pitch, polymers, epoxy resins, etc.
Однако на практике не удается добиться необходимой целостности изоляционного покрытия. Различные его виды имеют разную диффузионную проницаемость, а в процессе строительства и эксплуатации в нем возникают трещины, задиры, вмятины и другие дефекты. Наиболее опасными являются сквозные повреждения защитного покрытия, где и наблюдается грунтовая коррозия.However, in practice it is not possible to achieve the necessary integrity of the insulation coating. Its various types have different diffusion permeabilities, and during construction and operation, cracks, scratches, dents and other defects occur in it. The most dangerous are through damage to the protective coating, where soil corrosion is observed.
Поскольку пассивные методы не обеспечивают абсолютную защиту трубопровода, одновременно обычно применяют активную защиту, связанную с управлением электрохимическими процессами, протекающими на границе металла трубы и грунтового электролита. Активный метод защиты от коррозии осуществляется путем катодной поляризации и основан на снижении скорости растворения металла по мере смещения его потенциала коррозии в область более отрицательных значений.Since passive methods do not provide absolute protection for the pipeline, active protection associated with the control of electrochemical processes occurring at the boundary of the pipe metal and soil electrolyte is usually used at the same time. The active method of corrosion protection is carried out by cathodic polarization and is based on a decrease in the dissolution rate of the metal as its corrosion potential shifts to a region of more negative values.
Катодную защиту трубопроводов осуществляют двумя способами: гальваническим - с использованием жертвенных анодов-протекторов, и электрическим - с применением внешних источников постоянного тока, минус которых соединяется с трубой, а плюс - с анодным заземлением.The cathodic protection of pipelines is carried out in two ways: galvanic - using sacrificial anode protectors, and electric - using external DC sources, minus which connects to the pipe, and plus - with anode grounding.
Применение катодной защиты с помощью протекторов эффективно только в низкоомных грунтах (до 50 Ом/м) и ограничено по срокам эксплуатации. Катодная защита внешними источниками мало зависит от удельного сопротивления грунта, но более сложна, трудоемка и требует больших затрат энергии. К тому же защитный ток, прикладываемый к трубе и создающий разность потенциалов "труба-земля", распределяется неравномерно по длине трубопровода. По мере удаления от точки подключения эффективность защиты уменьшается. Чрезмерное завышение разности потенциалов отрицательно влияет на адгезию покрытия и может вызвать структурные изменения металла трубы и привести к ее растрескиванию. К тому же при высокой плотности коммуникаций, находящихся под катодной защитой, процессы коррозии могут усиливаться в некоторых из них из-за перераспределения потенциалов.The use of cathodic protection with the help of protectors is effective only in low-resistance soils (up to 50 Ohm / m) and is limited in terms of life. Cathodic protection by external sources depends little on the resistivity of the soil, but is more complex, time-consuming and requires a lot of energy. In addition, the protective current applied to the pipe and creating a potential difference "pipe-to-ground" is distributed unevenly along the length of the pipeline. As you move farther from the connection point, the protection efficiency decreases. Excessive overestimation of the potential difference negatively affects the adhesion of the coating and can cause structural changes in the pipe metal and lead to cracking. Moreover, with a high density of communications under cathodic protection, corrosion processes can be amplified in some of them due to redistribution of potentials.
Таким образом, и пассивный, и активный способы защиты имеют ряд ограничений и не обеспечивают полной безопасности трубопроводов. Поэтому необходимо регулярно проводить мониторинг целостности труб в процессе эксплуатации.Thus, both passive and active protection methods have a number of limitations and do not provide complete safety of pipelines. Therefore, it is necessary to regularly monitor the integrity of the pipes during operation.
Известны дефектоскопы для внутреннего обследования труб (например: патент РФ №2102652; US 6,917,176; US 7,154,264; WO 2007/130723). Однако их использование на многих участках трубопровода ограничено необходимостью монтажа специальных камер приема-запуска, конструктивными особенностями трубопровода (наличием изгибов, соединением труб различного диаметра и т.п.). Кроме того, на время обследования необходимо вводить ограничения в режим эксплуатации трубопровода. Поэтому на практике на магистральных участках такие измерения проводятся раз в два-три года, а значительные коррозионные повреждения, вызванные блуждающими токами, могут образовываться за более короткое время.Flaw detectors for internal inspection of pipes are known (for example: RF patent No. 2102652; US 6,917,176; US 7,154,264; WO 2007/130723). However, their use in many sections of the pipeline is limited by the need to install special reception and launch chambers, the design features of the pipeline (the presence of bends, the connection of pipes of various diameters, etc.). In addition, for the duration of the examination, it is necessary to introduce restrictions into the operation mode of the pipeline. Therefore, in practice, on the main sections, such measurements are taken every two to three years, and significant corrosion damage caused by stray currents can form in a shorter time.
Широкое распространение получили методы мониторинга трубопроводов, основанные на электрических измерениях. В патенте РФ №2244297 описан способ обнаружения коррозионных повреждений по оценке удельного сопротивления металла трубы. На исследуемом участке откапывают шурфы и проводят контактное измерение электрического сопротивления и параметров труб. В целом этот способ отличается высокими трудозатратами, низкой результативностью и эффективностью предсказаний. Кроме того, он имеет существенные ограничения по размерам обследуемого участка.Widespread methods for monitoring pipelines based on electrical measurements. In the patent of the Russian Federation No. 224297 a method for detecting corrosion damage is described by evaluating the specific resistance of the pipe metal. In the studied area, pits are dug and a contact measurement of electrical resistance and pipe parameters is carried out. In general, this method is characterized by high labor costs, low efficiency and effectiveness of predictions. In addition, it has significant limitations on the size of the surveyed area.
Другой способ определения местоположения и площади дефектов изоляционного покрытия и глубины коррозионных повреждений наружных поверхностей подземных и подводных трубопроводов (патент РФ №2 319 139) основан на измерении поляризационного потенциала после снятия поляризации. Этот метод также отличается невысокой диагностической точностью и требует изменения режима эксплуатации трубопровода при обследовании.Another way to determine the location and area of defects in the insulation coating and the depth of corrosion damage to the outer surfaces of underground and underwater pipelines (RF patent No. 2 319 139) is based on measuring the polarization potential after removing the polarization. This method also has low diagnostic accuracy and requires a change in the operating mode of the pipeline during the examination.
В настоящее время наиболее часто используется методика определения опасных в эксплуатации участков трубопровода по наличию блуждающих токов («Типовая инструкция по защите трубопроводов тепловых сетей от наружной коррозии» №РД 153-34.0-20.518-2003 от 29 ноября 2002 г.). Однако, она дает только косвенную информацию о наличии угрожающего фактора, но не указывает точного месторасположения и характер дефекта. Для точной диагностики необходимы значительные земляные работы по вскрытию опасных участков и визуальному или иному контактному обследованию труб.Currently, the most commonly used technique is the determination of dangerous sections of the pipeline in operation by the presence of stray currents ("Typical Instructions for the Protection of Pipes of Heat Networks from External Corrosion" No. RD 153-34.0-20.518-2003 of November 29, 2002). However, it provides only indirect information about the presence of a threatening factor, but does not indicate the exact location and nature of the defect. For accurate diagnosis, significant excavation work is required to open hazardous areas and visual or other contact inspection of pipes.
Бесконтактные способы поиска дефектов основываются на измерение компонент магнитного поля вокруг трубопровода. Известен метод обследования трубопровода (US 4,430,613), связанный с перемещением магнитометра вдоль оси трубопровода и выявлении мест с отклонением магнитных характеристик. Однако таким способом можно определять только значительные неоднородности в идеальных условиях. Природные неоднородности магнитного поля Земли, разная глубина залегания труб, высокая плотность коммуникаций и т.д. ограничивают возможности практического применения этого способа.Contactless methods for finding defects are based on measuring the components of the magnetic field around the pipeline. A known method of inspection of the pipeline (US 4,430,613), associated with the movement of the magnetometer along the axis of the pipeline and identifying places with a deviation of magnetic characteristics. However, in this way only significant heterogeneities can be determined under ideal conditions. Natural heterogeneities of the Earth’s magnetic field, different depths of pipes, high density communications, etc. limit the possibilities of practical application of this method.
Для повышения точности измерений определяют тензор напряженности магнитного поля (патент РФ №2264617), направление и характер его изменения, соотношение компонент (патент РФ №2246742; патент РФ 2062394; патент РФ №2 155 943; патенты РФ на ПМ №11608, №88453). Наличие дефектов в трубе и их размеры определяют по отклонению от фонового значения. Однако, фоновое значение может изменяться вдоль линии трубопровода как в зависимости от характера и состояния грунтов, так и от глубины залегания и технических особенностей трубы. Дополнительную погрешность в измерения вносит наличие посторонних металлических объектов рядом с трубопроводом.To increase the accuracy of measurements, the magnetic field tensor is determined (RF patent No. 2264617), direction and nature of its change, component ratio (RF patent No. 2246742; RF patent 2062394; RF patent No. 225 155 943; RF patents for PM No. 11608, No. 88453 ) The presence of defects in the pipe and their dimensions are determined by the deviation from the background value. However, the background value can vary along the line of the pipeline, depending on the nature and condition of the soil, as well as on the depth and technical features of the pipe. An additional measurement error is introduced by the presence of extraneous metal objects near the pipeline.
Ограниченность описанных выше способов магнитометрии обусловлена низким уровнем изменения искомого сигнала и большим количеством трудно учитываемых артефактов, вносящих искажение в измерения. Это приводит к относительно невысокой точности локализации опасных участков, низкой достоверности оценки уровня ущерба (величины коррозии) и сложности в интерпретации результатов, связанных с учетом свойств грунта, погодных условий и т.п.The limitations of the magnetometry methods described above are due to a low level of change in the desired signal and a large number of difficult to take into account artifacts that introduce distortion into the measurements. This leads to relatively low accuracy of localization of hazardous areas, low reliability of assessing the level of damage (corrosion value) and difficulty in interpreting the results associated with taking into account soil properties, weather conditions, etc.
Настоящее изобретение направлено на измерение изменений напряженности магнитного поля, вызванных наличием блуждающих токов и локализации мест их стекания на грунт. По величине изменений определяют характер и степень угрозы дефектов для трубопровода.The present invention is directed to measuring changes in the magnetic field due to the presence of stray currents and the localization of places of their runoff to the ground. The magnitude of the changes determines the nature and degree of threat of defects for the pipeline.
Этот способ: во-первых, позволяет локализовать непосредственно опасное место и, во-вторых, определить характер этой опасности - провести оценочный расчет величины коррозии.This method: firstly, allows you to directly localize a dangerous place and, secondly, to determine the nature of this danger - to conduct an estimated calculation of the amount of corrosion.
Целью настоящего изобретения является разработка способа и создание технических средств для определения участков трубопровода с максимальным изменением величины блуждающего тока, появляющегося на трубе, локализация и оценка величины вызываемых им коррозионных повреждений.The aim of the present invention is to develop a method and create technical means for determining sections of the pipeline with a maximum change in the value of stray current appearing on the pipe, localization and assessment of the magnitude of the corrosion damage caused by it.
Технический результат заключается в упрощении способа поиска мест коррозии на трубопроводе с одновременным повышением точности локализации повреждений и оценки их масштаба.The technical result consists in simplifying the method of searching for places of corrosion on a pipeline while improving the accuracy of localization of damage and assessing their scale.
Заявленный технический результат достигается тем, что способ дистанционной магнитометрии для определения местонахождения и величины коррозийного поражения подземных металлических трубопроводов блуждающими токами включает следующие шаги:The claimed technical result is achieved by the fact that the method of remote magnetometry to determine the location and magnitude of the corrosion damage of underground metal pipelines by stray currents includes the following steps:
- определение места и глубины залегания трубопровода на исследуемом участке;- determination of the location and depth of the pipeline in the study area;
- установка вдоль оси трубопровода, по крайней мере, двух идентичных датчиков для измерения напряженности (тангенциальной составляющей) магнитного поля;- installation along the axis of the pipeline of at least two identical sensors for measuring the magnetic field strength (tangential component);
- синхронная запись изменения напряженности магнитного поля, вызванного блуждающими токами;- synchronous recording of changes in the magnetic field due to stray currents;
- сравнительная обработка информации от всех датчиков;- comparative processing of information from all sensors;
- диагностическое заключение.- diagnostic conclusion.
Диагностическое заключение может содержать как информацию об опасном участке с наибольшим изменением величины напряженности магнитного поля, вызванного блуждающим током, так и оценку степени представляемой опасности.The diagnostic report may contain both information about the hazardous area with the greatest change in the magnitude of the magnetic field caused by stray current, and an assessment of the degree of danger presented.
Расстояния между датчиками выбираются в зависимости от конкретной задачи, исходных данных и условий на трассе. Обычно это расстояние лежит в пределах от 1 до 10000 метров. Отклонение места установки датчика от вертикали, проходящей через ось трубопровода, обычно не превышает 10% от глубины залегания трубы.The distances between the sensors are selected depending on the specific task, the source data and the conditions on the track. Usually this distance is between 1 and 10,000 meters. The deviation of the sensor installation site from the vertical passing through the axis of the pipeline usually does not exceed 10% of the depth of the pipe.
Количество используемых датчиков зависит от поставленных задач. Если известно местоположение повреждения изоляции и нужно оценить степень опасности этого повреждения блуждающими токами, то бывает достаточно двух датчиков. Их обычно располагают над трубопроводом на расстоянии 10-20 метров друг от друга до и после повреждения.The number of sensors used depends on the tasks. If the location of the insulation damage is known and it is necessary to assess the degree of danger of this damage by stray currents, then two sensors are sufficient. They are usually located above the pipeline at a distance of 10-20 meters from each other before and after damage.
Если состояние изоляционного покрытия неизвестно и границы участка трубопровода, подверженного влиянию блуждающих токов не определены, то в этом случае используют максимально возможное количество датчиков. Датчики устанавливаются над трубопроводом на участке в несколько километров в обе стороны от возможного источника блуждающих токов. На практике в роли такого источника блуждающего тока обычно выступает железная дорога, а длина обследуемых участков может достигать 20 км.If the state of the insulating coating is unknown and the boundaries of the pipeline section subject to the influence of stray currents are not defined, then in this case use the maximum possible number of sensors. Sensors are installed above the pipeline on a plot of several kilometers on both sides of a possible source of stray currents. In practice, the railroad usually acts as such a source of stray current, and the length of the sections under investigation can reach 20 km.
В каждой точке, где установлены датчики, определяется расстояние от датчика до трубопровода. Автоматически в режиме реального времени или после завершения процесса измерения определяется направление и рассчитывают значения блуждающего тока. Путем сравнения полученных результатов определяется участок между двумя соседними датчиками, где произошло максимальное стекание блуждающего тока с трубопровода. При наличии информации о величине повреждения изоляции, проводится оценочный расчет потерь металла и делается вывод о степени опасности повреждения изоляции. При отсутствии данных о величине повреждения изоляции выбирается участок между соседними датчиками, где произошло максимальное стекание блуждающего тока. Измерения повторяют еще несколько раз (обычно 2-3 раза) до момента, когда протяженность выбранного участка будет соизмерима с длиной возможного шурфа.At each point where the sensors are installed, the distance from the sensor to the pipeline is determined. Automatically in real time or after completion of the measurement process, the direction is determined and the stray current values are calculated. By comparing the results obtained, the area between two adjacent sensors is determined where the maximum stray current draining from the pipeline occurred. If there is information about the value of insulation damage, an estimated calculation of metal losses is carried out and a conclusion is drawn on the degree of danger of insulation damage. In the absence of data on the magnitude of insulation damage, a section is selected between adjacent sensors, where the maximum stall current of the stray current has occurred. The measurements are repeated several more times (usually 2-3 times) until the length of the selected section is commensurate with the length of the possible pit.
Для эффективного осуществления способа предпочтительно получить предварительную информацию о времени возникновения блуждающих токов (ознакомиться с графиком движения электропоездов, режимом работы соседних промышленных предприятий и т.п.).For the effective implementation of the method, it is preferable to obtain preliminary information about the time of occurrence of stray currents (familiarize yourself with the schedule of electric trains, the operating mode of neighboring industrial enterprises, etc.).
Заявленный способ предпочтительно осуществлять с помощью устройстваThe claimed method is preferably carried out using a device
дистанционной магнитометрии для диагностики трубопроводов, которое содержит: по крайней мере, два идентичных датчика, определяющих напряженность магнитного поля (ее тангенциальную составляющую), средство синхронизации включения и работы датчиков, средство записи и обработки данных. Предпочтительно, чтобы устройство содержало не менее трех идентичных датчиков. Дополнительно заявляемое устройство может включать средство для привязки на местности (GPS или Глонасс-навигатор) и средство определения глубины залегания трубопровода. В качестве такого устройства может быть использован механический щуп, сонар и т.д. Устройство обычно включает средство коммуникации, обеспечивающие синхронизацию работы датчиков, при их установке на расстоянии от 1 до 10000 метров друг от друга. Датчики после установки управляются с единого пульта, информация с них поступает в реальном времени. Сигналы могут передаваться по проводам или по каналам радиосвязи. При другом исполнении устройства каждый из датчиков включает средство синхронизации включения и средство записи данных. В этом случае каждый из датчиков программируется и осуществляет включение, измерения, запись данных независимо в автоматическом режиме. А после завершения измерений вся информация с них переписывается в аналитический блок. Под средством здесь везде понимается функциональная часть устройства. Так, например, средство синхронизации включения и работы датчиков может быть выполнено в виде одного блока или в виде нескольких блоков, каждый из которых конструктивно включен в автономный прибор - датчик. Устройство может быть выполнено и как комбинация этих двух вариантов, когда сигнал о включение записи и управление работой датчиков осуществляют с единого пульта через средство коммуникации, а датчики выполнены с возможностью отложенной записи. Перенос информации в аналитический блок и ее обработку осуществляют после завершения измерений. Предпочтительно, чтобы устройство так же дополнительно содержало средство автоматического расчета значения блуждающего тока в каждой точке на измеряемом участке трубопровода. Конкретная схема исполнения устройства дистанционной магнитометрии для диагностики трубопроводов зависит от стоящих задач. При обследовании небольшого участка трубопровода (не более 40 метров) предпочтительно использовать многоканальный прибор, управляющий работой всех датчиков. Для исследования участков большой протяженности предпочтительно использовать автономные датчики с функцией отложенной записи и накопления данных.remote magnetometry for piping diagnostics, which contains: at least two identical sensors that determine the magnetic field strength (its tangential component), means for synchronizing the inclusion and operation of sensors, means for recording and processing data. Preferably, the device contains at least three identical sensors. Additionally, the inventive device may include a means for binding on the ground (GPS or Glonass navigator) and means for determining the depth of the pipeline. As such a device, a mechanical probe, sonar, etc. can be used. A device typically includes a communications tool that synchronizes the operation of sensors when installed at a distance of 1 to 10,000 meters from each other. Sensors after installation are controlled from a single remote control, information from them comes in real time. Signals can be transmitted over wires or over radio channels. In another embodiment of the device, each of the sensors includes means for synchronizing the inclusion and means for recording data. In this case, each of the sensors is programmed and performs the inclusion, measurement, data recording independently in automatic mode. And after the measurements are completed, all information from them is copied to the analytical unit. By means here, everywhere is meant the functional part of the device. So, for example, the means for synchronizing the inclusion and operation of sensors can be performed in the form of one unit or in the form of several units, each of which is structurally included in a stand-alone device - a sensor. The device can be performed as a combination of these two options, when the signal to turn on the recording and control the operation of the sensors is carried out from a single remote control via a communication tool, and the sensors are configured to delay recording. The transfer of information to the analytical unit and its processing is carried out after completion of measurements. Preferably, the device also further comprises means for automatically calculating the value of the stray current at each point in the measured section of the pipeline. The specific design of the remote magnetometry device for piping diagnostics depends on the challenges. When examining a small section of the pipeline (not more than 40 meters), it is preferable to use a multichannel device that controls the operation of all sensors. To study long stretches, it is preferable to use autonomous sensors with the function of delayed recording and data storage.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими чертежами:The essence of the present invention is illustrated by the following drawings:
На Фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства, с единым пультом управления датчиками и поступлением информации в режиме реального времени;Figure 1 presents a block diagram of the inventive device, with a single remote control sensors and the receipt of information in real time;
На Фиг.2 представлена блок-схема радиоуправляемого устройства;Figure 2 presents a block diagram of a radio-controlled device;
На Фиг.3 представлена блок-схема заявляемого устройства, с автономными датчиками;Figure 3 presents a block diagram of the inventive device, with autonomous sensors;
На Фиг.4 представлена блок-схема заявляемого устройства, с комбинированным управлением данными;Figure 4 presents a block diagram of the inventive device, with combined data management;
На Фиг.5 изображена схема проведения полевых измерений при локализации места повреждения трубопровода;Figure 5 shows a diagram of field measurements when localizing the place of damage to the pipeline;
На Фиг.6 изображена схема проведения полевых измерений при отсутствии информации о месте повреждения трубопровода;Figure 6 shows a diagram of field measurements in the absence of information about the place of damage to the pipeline;
На Фиг.7(а), (б), (в) приведены фотографии коррозионных повреждений, обнаруженных с помощью заявляемого способа;Figure 7 (a), (b), (c) shows photographs of corrosion damage detected using the proposed method;
На Фиг.8(а), (б), (в) приведены фотографии коррозионных повреждений, обнаруженных с помощью заявляемого способаOn Fig (a), (b), (c) shows photographs of corrosion damage detected using the proposed method
Устройство дистанционной магнитометрии для диагностики трубопроводов может иметь разное конструктивное исполнение. На Фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства, с единым пультом управления датчиками и поступлением информации в режиме реального времени. Датчики 1 напряженности магнитного поля устанавливаются на выбранном участке трубопровода, как это было описано выше. Управление работой датчиков осуществляют с блока 2 управления. Данные с датчиков поступают в режиме реального времени в блок 3 накопления и хранения информации. Управление потоками данных осуществляют посредством сигналов с блока 4 синхронизации отсчета времени. Вся полученная информация передается в блок 5 анализа данных. Туда же поступает информация с блока 6 привязки к координатам на местности и блока 7 измерения глубины залегания трубопровода. Конструктивно указанные блоки 6 и 7 могут быть выполнены в виде отдельных приборов или входить в состав каждого из датчиков 1. Обработка полученных данных производится в блоке 5 по специальному алгоритму. Полученные результаты передаются на монитор 8 или любое другое устройство для визуализации данных. В качестве результатов получают информацию: о пространственном распределении изменения магнитного поля на выбранном участке, об изменении величины блуждающего тока, о координате места стекания блуждающего тока, о величине коррозии в этом месте и т.д. Коммуникацию между блоками осуществляют по проводам. Направления управляющих сигналов и потоков данных на Фиг.1 представлены стрелками.Remote magnetometry device for piping diagnostics can have different design. Figure 1 presents a block diagram of the inventive device, with a single remote control sensors and the receipt of information in real time.
Коммуникацию между устройствами можно также осуществлять посредством радиосигналов (Фиг.2). Тогда каждый датчик 10 выполняют в виде отдельного прибора содержащего непосредственно датчик 11 магнитного поля, блок 12 привязки к координатам на местности и блок 13 измерения глубины залегания трубопровода. Остальные функциональные блоки конструктивно включены в отдельный прибор 14, которым управляет оператор. Прибор 14 включает блок 15 анализа данных, блок 16 синхронизации, блок 17 накопления и хранения информации, также есть блок 18 управления и блок 19 визуализации данных.Communication between devices can also be carried out by means of radio signals (Figure 2). Then each
Блок-схема другого варианта исполнения заявляемого устройства представлена на Фиг.3. В этом случае каждый датчик 20 выполнен в виде автономного прибора, включающего несколько функциональных блоков: непосредственно датчик 21 измерения напряженности магнитного поля; блок 22 синхронизации включения/выключения; блок 23 привязки к координатам на местности; блок 24 измерения глубины залегания трубопровода и блок 25 накопления и хранения информации. Каждый из датчиков 20 устанавливают в выбранном месте и программируют на включение в определенный момент времени. Обычно все данные записывают на флэш-карту, которая в последующем может быть использована в блоке 16 анализа данных. Полученный результат передают на монитор 27.A block diagram of another embodiment of the inventive device is presented in Fig.3. In this case, each
Устройство может иметь и комбинированную схему коммуникации между функциональными блоками и управлением потоками данных (Фиг.4). Каждый датчик 30 включает следующие функциональные блоки: непосредственно датчик 31 измерения напряженности магнитного поля; блок 32 привязки к координатам на местности; блок 33 измерения глубины залегания трубопровода и блок 34 накопления и хранения информации. Управление работой датчиков 30 осуществляют с отдельного устройства 34, включающего блок 35 синхронизации, блок 36 анализа данных, блок 37 управления и блок 38 визуализации. Полученные на датчике 30 данные могут быть затем перенесены в блок 34 посредством любого электронного носителя. Коммуникация между функциональными блоками осуществляется посредством проводов или радиосигналов.The device may also have a combined communication scheme between the functional blocks and the control of data flows (Figure 4). Each
Исходя из многолетней практики применения магнитометров различных типов для измерения блуждающих токов, как на полигоне, так и на действующих магистральных трубопроводах, были разработаны техническими требования для датчиков измерения напряженности магнитного поля. Предпочтительно, чтобы это были трехкоординатные датчики с диапазон измерений по каждой из трех координат +/- 200 МкТл и разрешающей способностью не менее 0,02 МкТл. Они могут управляться в ручном или автоматическом режиме (режим отложенной записи); иметь программируемое время включение от 10 до 90 мин и время записи от 1 до 120 мин.Based on the long-standing practice of using various types of magnetometers for measuring stray currents, both at the test site and at existing trunk pipelines, technical requirements have been developed for sensors for measuring magnetic field strength. Preferably, these are three-coordinate sensors with a measurement range for each of the three coordinates +/- 200 MkTl and a resolution of at least 0.02 MkTl. They can be controlled in manual or automatic mode (delayed recording mode); have a programmable turn-on time from 10 to 90 minutes and a recording time from 1 to 120 minutes.
Примеры реализации заявленного изобретения.Examples of the implementation of the claimed invention.
Пример 1.Example 1
Было известно, что на одном из участков действующего трубопровода имело место повреждение изоляции протяженностью 5 метров. Необходимо было степень опасности коррозии под действием блуждающих токов для дальнейшей эксплуатации. Для решения этой задачи достаточно двух датчиков, однако, для повышения надежности измерений на практике использовали четыре датчика (Фиг.5). Два датчика 41 были расположены на расстоянии 10 и 20 метров до повреждения, два датчика 42 - на расстоянии 10 и 20 метров после повреждения. В местах расположения каждого датчика определялись расстояния от датчика до оси (или верхней образующей) трубопровода 43. Измерения начинались одновременно, запись показаний всех четырех датчиков происходила синхронно. Управление работой датчиков, запись, обработка данных и последующая визуализация осуществлялась посредством прибора 44. Полученные данные представляют собой зависимость изменения напряженности магнитного поля во времени для четырех координат. По известным алгоритмам производят расчет направления и величины блуждающего тока и делают вывод о степени опасности повреждения изоляции. Если известна площадь повреждения, то проводится оценочный расчет потерь металла.It was known that in one of the sections of the existing pipeline there was a damage to the insulation with a length of 5 meters. It was necessary the degree of danger of corrosion under the influence of stray currents for further operation. To solve this problem, two sensors are enough, however, in order to increase the reliability of measurements, four sensors were used in practice (Figure 5). Two sensors 41 were located at a distance of 10 and 20 meters before the damage, two sensors 42 at a distance of 10 and 20 meters after the damage. At the locations of each sensor, the distances from the sensor to the axis (or upper generatrix) of the pipeline 43 were determined. The measurements started simultaneously, the readings of all four sensors were recorded synchronously. The operation of the sensors, recording, data processing and subsequent visualization was carried out using the device 44. The data obtained are the dependence of the magnetic field strength over time for four coordinates. According to well-known algorithms, the direction and magnitude of the stray current are calculated and a conclusion is drawn about the degree of danger of insulation damage. If the damage area is known, an estimated calculation of metal losses is performed.
Пример 2.Example 2
При необходимости обследовать неизвестный участок трубопровода обычно используют большее количество датчиков (Фиг.6). Количество датчиков и расстояние между ними зависит от длины участка и стоящих диагностических задач.If necessary, to explore an unknown section of the pipeline usually use a larger number of sensors (Fig.6). The number of sensors and the distance between them depends on the length of the plot and the diagnostic tasks involved.
Посредством GPS-навигатора, трассоискателя и щупа уточняют местоположение и глубины залегания трубопровода 51 на выбранном участке.Using the GPS-navigator, locator and probe, the location and depths of the pipeline 51 in the selected area are specified.
Над осью трубопровода устанавливают регистрирующие приборы 52. Конструктивно устройство может быть выполнено по схеме представленной на Фиг.2 Отклонение положения датчиков 53 измерения напряженности магнитного поля от оси трубопровода зависит от диаметра трубы и глубины ее залегания, но не должно превышать 10% от глубины.
Приборы программируют на время отложенной записи, с учетом времени, необходимого для установки их в выбранных точках.Devices program for the time of delayed recording, taking into account the time required to install them at selected points.
После окончания записи данные переносят в блок обработки, анализа и хранения информации (на Фигуре не показан). По результатам измерений определяют участок между соседними приборами, на котором произошло максимальное изменение блуждающего тока. Измерения повторяют еще несколько раз (обычно 2-3 раза) до момента, когда протяженность выбранного участка будет соизмерима с длиной возможного шурфа. Окончательное заключение по дефектам трубопровода и рекомендации по их устранению дают после визуального осмотра раскопанного участка трубы (шурфа).After recording, the data is transferred to the processing unit, analysis and storage of information (not shown in the Figure). Based on the measurement results, the area between adjacent devices is determined, on which the maximum change in the stray current occurs. The measurements are repeated several more times (usually 2-3 times) until the length of the selected section is commensurate with the length of the possible pit. The final conclusion on pipeline defects and recommendations for their elimination are given after visual inspection of the excavated pipe section (pit).
Пример 3.Example 3
Возникла задача исследовать магистральный трубопровод пересекает электрифицированная железная дорога на постоянном токе. Изоляция трубопровода -пленочная. Диаметр трубопровода Ду 400 мм, толщина стенки 8 мм. Границы участка, подверженного влиянию блуждающих токов, не определены. На станции дренажной защиты фиксировались токи до 200 Ампер. Других данных не предоставлено. Требовалось найти точку (участок трубопровода протяженностью не более 5 метров) максимального стекания блуждающего тока.There was a task to explore the main pipeline crosses the electrified railway at a constant current. The insulation of the pipeline is film. Pipe diameter DN 400 mm,
Для проведения работ применялось пять одноканальных приборов.For work, five single-channel devices were used.
На первом этапе приборы были установлены на участке трубопровода длиной 15 км. Режимы работы приборов: время отложенной записи - 1,5 часа; период записи - 1 сек., время записи - 2 часа. Координаты точек установки приборов, глубина заложения трубопровода в точках измерения сведены в Таблицу 1.At the first stage, the instruments were installed on a 15 km pipeline section. Operating modes of devices: delayed recording time - 1.5 hours; recording period - 1 sec., recording time - 2 hours. The coordinates of the points of installation of devices, the depth of the pipeline at the measurement points are summarized in Table 1.
Вычисленные значения максимальных токов для каждого прибора следующие:The calculated maximum currents for each device are as follows:
Из таблицы видно, что максимальное изменение токов наблюдалось между приборами №1 и №2, поэтому для второго этапа был выбран участок между точками установки этих приборов. Координаты точек установки приборов, глубина заложения трубопровода в точках измерения сведены в Таблицу 3.The table shows that the maximum change in currents was observed between devices No. 1 and No. 2, therefore, for the second stage, a section was chosen between the installation points of these devices. The coordinates of the points of installation of devices, the depth of the pipeline at the measurement points are summarized in Table 3.
Вычисленные значения максимальных токов для каждого прибора следующие:The calculated maximum currents for each device are as follows:
Из таблицы видно, что максимальное изменение токов наблюдалось между приборами №3 и №4, поэтому для третьего этапа был выбран участок между точками установки этих приборов. Координаты точек установки приборов, глубина заложения трубопровода в точках измерения сведены в Таблицу 5. The table shows that the maximum change in currents was observed between devices No. 3 and No. 4, therefore, for the third stage, a section was selected between the installation points of these devices. The coordinates of the installation points of the devices, the depth of the pipeline at the measurement points are summarized in Table 5.
Вычисленные значения максимальных токов для каждого прибора следующие:The calculated maximum currents for each device are as follows:
Из таблицы видно, что максимальное изменение токов наблюдалось между приборами №1 и №2, поэтому для четвертого этапа был выбран участок между точками установки этих приборов. Координаты точек установки приборов, глубина заложения трубопровода в точках измерения сведены в Таблицу 7.The table shows that the maximum change in currents was observed between devices No. 1 and No. 2, therefore, for the fourth stage, a section was chosen between the installation points of these devices. The coordinates of the installation points of the devices, the depth of the pipeline at the measurement points are summarized in Table 7.
Вычисленные значения максимальных токов для каждого прибора следующие:The calculated maximum currents for each device are as follows:
На последнем, пятом этапе, приборы были установлены с шагом 5 метров на участке 450 м до ж/д - 480 м до ж/д.At the last, fifth stage, the devices were installed with a step of 5 meters in the area of 450 m to the railway - 480 m to the railway.
Вычисленные значения максимальных токов для каждого прибора следующие:The calculated maximum currents for each device are as follows:
Из последней таблицы очевидны координаты контрольного шурфа: начало шурфа 475 метров до ж/д, конец шурфа 470 метров до ж/д.The coordinates of the control pit are obvious from the last table: the beginning of the pit is 475 meters to the railway, the end of the pit is 470 meters to the railway.
При обследовании изоляционного покрытия и состояния металла в контрольном шурфе было обнаружено:When examining the insulation coating and the condition of the metal in the control pit, it was found:
- Изоляционное покрытие нарушено вследствие «затяжки» тросом при строительстве при укладке трубопровода в траншею (Фиг.7(a));- The insulation coating is broken due to the "tightening" of the cable during construction when laying the pipeline in a trench (Fig. 7 (a));
- На срезе грунта в непосредственной близости (до 15 см) от трубы в месте повреждения изоляции видны характерные прожилки ржавого цвета - линии стекания блуждающего тока (Фиг.7(б));- On a cut of soil in the immediate vicinity (up to 15 cm) from the pipe, in the place of insulation damage, characteristic streaks of rusty color are visible - runoff lines of stray current (Fig. 7 (b));
- После удаления поврежденной изоляции была обнаружена коррозия (Фиг.7(в)) с признаками электрокоррозии (малая площадь дефекта, блестящий металл внутри, значительная глубина дефекта 3,2 мм (более 30% толщины стенки). Специалисты лаборатории по неразрушающему контролю признали данный дефект недопустимым, было принято решение о ремонте дефекта.- After removal of the damaged insulation, corrosion was detected (Fig. 7 (c)) with signs of electrocorrosion (small defect area, shiny metal inside, significant defect depth 3.2 mm (more than 30% of wall thickness). Non-destructive testing specialists recognized this defect unacceptable, it was decided to repair the defect.
Пример 4.Example 4
Магистральный трубопровод пересекает электрифицированная железная дорога на постоянном токе. Изоляция трубопровода - битумная. Диаметр трубопровода Ду 800 мм, толщина стенки 8-10 мм. Протяженность участка, подлежащего обследованию, 350 метров. Других данных не предоставлено. Требовалось найти точки наиболее опасные с точки зрения коррозии блуждающими токами. Протяженность шурфов не должна превышать 5 метров.The main pipeline is crossed by an electrified direct current railway. The insulation of the pipeline is bitumen. The diameter of the pipeline is DN 800 mm, the wall thickness is 8-10 mm. The length of the site to be examined is 350 meters. No other data provided. It was required to find the points most dangerous from the point of view of corrosion by stray currents. The length of the pits should not exceed 5 meters.
Для проведения работ применялся многоканальный прибор с пятью датчиками (Фиг.1). Участок трубопровода был размечен колышками через 5 метров, в каждой точке была определена глубина заложения. Датчики устанавливались по следующей схеме:For work, a multichannel device with five sensors was used (Figure 1). A section of the pipeline was marked with pegs after 5 meters; at each point, the depth was laid. The sensors were installed as follows:
этап 1 - датчик №1 - 0 м, №2 -5 м, №3 - 10 м, №4 - 15 м, №5 - 20 м;stage 1 - sensor No. 1 - 0 m, No. 2 -5 m, No. 3 - 10 m, No. 4 - 15 m, No. 5 - 20 m;
этап 2 - датчик №1 - 20 м, №2 - 25 м, №3 - 30 м, №4 - 35 м, №5 - 40 м;stage 2 - sensor No. 1 - 20 m, No. 2 - 25 m, No. 3 - 30 m, No. 4 - 35 m, No. 5 - 40 m;
этап 3 - датчик №1 - 40 м, №2 - 45 м, №3 - 50 м, №4 - 55 м, №5 - 60 м; и так далее до конца участка.stage 3 - sensor No. 1 - 40 m, No. 2 - 45 m, No. 3 - 50 m, No. 4 - 55 m, No. 5 - 60 m; and so on until the end of the plot.
Затем повторили измерения в обратном направлении с тем же шагом установки датчиков, но со сдвигом в 2,5 метра.Then the measurements were repeated in the opposite direction with the same sensor installation step, but with a shift of 2.5 meters.
Выбирая участки с максимальным стеканием блуждающего тока, определили координаты шурфов: первый участок - 70-75 метров; второй участок - 132-137 метров; третий участок - 165-170 метров; четвертый участок - 182,5-190 метров. Результаты обследования трубопровода в шурфах:Choosing sections with the maximum runoff of stray current, we determined the coordinates of the pits: the first section - 70-75 meters; the second section - 132-137 meters; third section - 165-170 meters; the fourth section is 182.5-190 meters. Survey pipeline results:
Шурф№1.
Состояние изоляции - удовлетворительное, площадь повреждения - 5 кв. см, каверны до 0,5 мм (Фиг.8(а));The insulation condition is satisfactory, the damage area is 5 square meters. cm, caverns up to 0.5 mm (Fig. 8 (a));
Шурф №2.Pit No. 2.
Состояние изоляции - удовлетворительное, площадь повреждения - 17 кв. см, каверны до 0,3 мм;The insulation condition is satisfactory, the damage area is 17 square meters. cm, caverns up to 0.3 mm;
Шурф №3Pit No. 3
Состояние изоляции - удовлетворительное, площадь повреждения - 24,4 кв. см, язвенная коррозия глубиной до 3,2 мм (Фиг.8(б));The insulation condition is satisfactory, the damage area is 24.4 square meters. cm, ulcerative corrosion up to 3.2 mm deep (Fig. 8 (b));
Шурф №4.Pit No. 4.
Состояние изоляции - удовлетворительное, площадь повреждений -2,8 кв. см, язвенная коррозия глубиной до 2,8 мм; 3 кв. см, язвенная коррозия глубиной до 1,5 мм; 30 кв. см, язвенная коррозия глубиной до 1 мм; 100 кв. см, язвенная коррозия глубиной до 1,7 мм (Фиг.8(в)).The insulation condition is satisfactory, the damage area is 2.8 square meters. cm, ulcerative corrosion up to 2.8 mm deep; 3 sq. cm, ulcerative corrosion up to 1.5 mm deep; 30 sq. cm, ulcerative corrosion up to 1 mm deep; 100 sqm cm, ulcerative corrosion up to 1.7 mm deep (Fig. 8 (c)).
Во всех четырех шурфах присутствовали признаки электрокоррозии. Специалисты лаборатории по неразрушающему контролю признали дефекты в шурфах №3 и №4 недопустимыми, было принято решение о ремонте (вырезка участка трубы).All four pits showed signs of electrocorrosion. Non-destructive testing laboratory specialists recognized defects in pits No. 3 and No. 4 as unacceptable, a decision was made to repair (cutting a pipe section).
Пример 5.Example 5
Для отработки методики оценки величины блуждающего тока были поставлены модельные эксперименты на действующем трубопроводе Ду 400 мм в пленочной изоляции, который пересекал железную дорогу. В 500 метрах от места пересечения с железной дорогой над осью трубопровода установили датчик магнитометра. Ось Y датчика сориентировали тангенциально оси трубопровода. Глубина залегания трубопровода в этом месте составляла 1,9 метра. В автоматическом режиме провели запись показаний датчика в течение 1,5 часов с периодом записи 1 с.Пиковые изменения магнитного поля имели величину от 3 до 24 мкТл и длительность от 5 до 80 сек. Все изменения магнитного поля были вызваны лишь протекающими по трубопроводу блуждающими токами. Для оценки значений магнитной индукции исходили из положения одинаковости плотности тока по сечению трубопровода. Тогда B=µ0I/2πR, где µ0 - магнитная постоянная материала, I - протекающий ток, R - расстояние от проводника до точки измерения. Все измерения проводились в постоянном магнитном поле Земли, деформированном металлом трубопровода, поэтому можно говорить лишь об относительных измерениях. Измерения выполняются при неподвижном расположении датчика при изменении тока, протекающего по трубопроводу. В этом случае, определив максимальное и минимальное значения индукции магнитного поля за выбранный интервал времени, можно определить величину тока в данной точке трубопровода: I=5×R×(B1-B2), где В1 - максимальное значение индукции магнитного поля (в мкТл); В2 - минимальное значение индукции магнитного поля (в мкТл). В Табл.11 приведены данные испытаний, усредненный интервал времени выбирался 10 сек.To test the methodology for estimating the stray current magnitude, model experiments were performed on the existing pipeline DN 400 mm in film insulation that crossed the railway. At 500 meters from the intersection with the railway, a magnetometer sensor was installed over the axis of the pipeline. The axis Y of the sensor is oriented tangentially to the axis of the pipeline. The depth of the pipeline in this place was 1.9 meters. In automatic mode, the sensor readings were recorded for 1.5 hours with a recording period of 1 s. Peak changes in the magnetic field ranged from 3 to 24 μT and a duration of 5 to 80 seconds. All changes in the magnetic field were caused only by stray currents flowing through the pipeline. To estimate the values of magnetic induction, we proceeded from the position of identical current density over the cross section of the pipeline. Then B = µ 0 I / 2πR, where µ 0 is the magnetic constant of the material, I is the flowing current, R is the distance from the conductor to the measurement point. All measurements were carried out in a constant magnetic field of the Earth, deformed by the metal of the pipeline, so we can only talk about relative measurements. Measurements are taken when the sensor is stationary when the current flowing through the pipeline changes. In this case, having determined the maximum and minimum values of the magnetic field induction for the selected time interval, it is possible to determine the current value at a given point in the pipeline: I = 5 × R × (B 1 -B 2 ), where B 1 is the maximum value of the magnetic field induction ( in μT); In 2 - the minimum value of the magnetic field induction (in μT). Table 11 shows the test data, the average time interval was selected 10 sec.
Максимальная величина блуждающего тока достигала 156 А. Кроме того, по известной ориентации датчика относительно трубопровода, определялось направление блуждающего тока (анодный или катодный). Для обработки, хранения результатов и проведения расчетов обычно служат переносные компьютеры с установленным на них соответствующим программным обеспечением. Могут быть также использованы автономные вычислительные устройства.The maximum value of the stray current reached 156 A. In addition, the direction of the stray current (anode or cathode) was determined by the known orientation of the sensor relative to the pipeline. For processing, storing the results and performing calculations, laptop computers with the appropriate software installed on them are usually used. Autonomous computing devices may also be used.
Пример 6.Example 6
На основании настоящего изобретения спроектированы и изготовлены полевые магнитометры для работы на участках трубопроводов с блуждающими токами:Based on the present invention, field magnetometers have been designed and manufactured for operation in sections of pipelines with stray currents:
- одноканальный с одним трехкоординатным датчиком (для синхронных измерений на расстояниях между точками измерений свыше 20 метров);- single-channel with one three-coordinate sensor (for synchronous measurements at distances between measurement points over 20 meters);
- многоканальный с количеством трехкоординатных датчиков до 5 (для синхронных измерений на расстояниях между точками измерений менее 20 метров).- multi-channel with the number of three-coordinate sensors up to 5 (for synchronous measurements at distances between measurement points less than 20 meters).
Приборы имеют следующие характеристики:Devices have the following characteristics:
максимальное число файлов - 32;the maximum number of files is 32;
период записи - от 1 до 60 с;recording period - from 1 to 60 s;
время записи - от 1 до 90 минут;recording time - from 1 to 90 minutes;
время отложенной записи (время, достаточное для установки приборов в выбранных точках над трубопроводом до начала записи) - от 10 до 120 минут;delayed recording time (time sufficient to install the instruments at selected points above the pipeline before recording) - from 10 to 120 minutes;
питание - 6 элементов типа АА;food - 6 elements of type AA;
ток потребления одним датчиком в режиме записи - 40 мА;current consumption by one sensor in recording mode - 40 mA;
допустимая температура окружающей среды от -15 до +40°C.permissible ambient temperature from -15 to + 40 ° C.
Основные характеристики датчиков:The main characteristics of the sensors:
количество координат - 3;number of coordinates - 3;
диапазон измерений ±200 МкТл;measuring range ± 200 MkTl;
разрешающая способность не меньше 0,05 мкТл;resolution not less than 0.05 μT;
погрешность измерения 0,01%.measurement error of 0.01%.
Настоящее изобретение не ограничивается только приведенными примерами и включает в себя все возможные случаи реализации устройства дистанционной магнитометрии для диагностики трубопроводов и способы его применения.The present invention is not limited to the above examples and includes all possible cases of the implementation of the remote magnetometry device for the diagnosis of pipelines and methods of its application.
Пример 7Example 7
Один из алгоритмов расчета значений блуждающего тока основан на изветном факте, что индукция магнитного поля, создаваемого прямолинейным бесконечным проводником с током, убывает обратно пропорционально расстоянию от проводника (см., например, Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Курс физики. Учебное пособие для подготовительных отделений вузов. М.: Высшая школа, 1973 - стр.284). В=µ0I/2πR, где µ0 - магнитная постоянная, I - сила тока, R - расстояние от проводника до точки измерения.One of the algorithms for calculating stray current values is based on the well-known fact that the induction of the magnetic field generated by a rectilinear infinite conductor with current decreases inversely with the distance from the conductor (see, for example, Evgrafova N.N., Kagan V.L. Physics course. Textbook for preparatory departments of universities. M: Higher school, 1973 - p. 284). B = µ 0 I / 2πR, where µ 0 is the magnetic constant, I is the current strength, R is the distance from the conductor to the measurement point.
При прохождении через трубопровод блуждающего тока происходит резкое изменение напряженности магнитного поля. Амплитуда, длительность и форма такого изменения существенно отличается от любых флуктуации естественного фона. Как уже отмечалось в описании к изобретению, величина блуждающих токов может достигать 400А, и изменение магнитного поля при этом будет на несколько порядков превышать величину индукции естественного поля Земли. В этом случае, определив максимальное и минимальное значение за время наблюдения индукции магнитного поля, можно определить величину тока, из-за протекания которого индукция магнитного поля изменилась от значения B1 до значения В2. I=2πR*(В1-В2)/µ0, где B1 - максимальное значение индукции магнитного поля, В2 - минимальное значение индукции магнитного поля. Если измерять индукцию магнитного поля в микротеслах, расстояние в метрах, то получим ток в амперах:When passing through the pipeline stray current, a sharp change in the magnetic field. The amplitude, duration and form of such a change is significantly different from any fluctuations in the natural background. As already noted in the description of the invention, the value of stray currents can reach 400A, and the change in the magnetic field will be several orders of magnitude higher than the magnitude of the induction of the Earth's natural field. In this case, having determined the maximum and minimum value during the observation of magnetic field induction, it is possible to determine the magnitude of the current, due to the flow of which the magnetic field induction has changed from B 1 to B 2 . I = 2πR * (B 1 -B 2 ) / µ 0 , where B 1 is the maximum value of the magnetic field induction, B 2 is the minimum value of the magnetic field induction. If we measure the magnetic field induction in microtesla, the distance in meters, then we get the current in amperes:
I=2πR*(B1-B2)/µ0=2πR*(B1-B2)10-6/4π*10-7=1/2R*(B1-B2)×10=5*R*(B1-B2)I = 2πR * (B 1 -B 2 ) / μ 0 = 2πR * (B 1 -B 2 ) 10 -6 / 4π * 10 -7 = 1 / 2R * (B 1 -B 2 ) × 10 = 5 * R * (B 1 -B 2 )
Для практических измерений магнитная проницаемость среды (грунта и воздуха) µ=1, поэтому можно говорить об измерении напряженности магнитного поля. Тогда, фиксируя значения напряженности магнитного поля, можно определить его изменение за время наблюдения, а, зная расстояние до проводника (в нашем случае - до оси трубопровода), можно рассчитать величину протекающего тока.For practical measurements, the magnetic permeability of the medium (soil and air) µ = 1, so we can talk about measuring the magnetic field strength. Then, fixing the values of the magnetic field strength, it is possible to determine its change during the observation time, and, knowing the distance to the conductor (in our case, to the axis of the pipeline), we can calculate the magnitude of the current flowing.
Для проведения работ были спроектированы и изготовлены пять одинаковых магнитометров с функцией отложенной записи и синхронного запуска и один пятиканальный магнитометр. Датчики магниторезистивные трехкоординатные HMR 2300 производства фирмы Honeywell (США): режимы - ручной, автоматический, отложенной записи; период записи - от 1 до 60 сек; отложенная запись - от 11 до 90 мин; время записи от 1 до 120 мин; количество файлов - до 32.To carry out the work, five identical magnetometers with the function of delayed recording and synchronous start-up and one five-channel magnetometer were designed and manufactured. Three-coordinate magnetoresistive sensors HMR 2300 manufactured by Honeywell (USA): modes - manual, automatic, delayed recording; recording period - from 1 to 60 seconds; deferred recording - from 11 to 90 minutes; recording time from 1 to 120 minutes; number of files - up to 32.
Ниже приведены результаты работы многоканального магнитометра с одновременным подключением пяти датчиков при проведении полевых испытаний.Below are the results of a multi-channel magnetometer with the simultaneous connection of five sensors during field trials.
На участке с блуждающими токами было выбрано пять точек над осью трубопровода для размещения датчиков с шагом пять метров. Все датчики установили однонаправлено, при этом ось Y каждого датчика расположили по касательной к окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, с центром на оси трубопровода. Координаты привязки датчиков относительно нулевой точки обследуемого участка были выбраны следующими: датчик №1 - 0 м, датчик №2 - 5 м, датчик №3 - 10 м, датчик №4 - 15 м, датчик №5 - 20 м.In the area with stray currents, five points were chosen above the axis of the pipeline to place sensors in increments of five meters. All sensors were installed unidirectionally, while the Y axis of each sensor was tangential to a circle lying in a plane perpendicular to the axis of the pipeline, centered on the axis of the pipeline. The coordinates of the sensors binding relative to the zero point of the surveyed area were selected as follows: sensor No. 1 - 0 m, sensor No. 2 - 5 m, sensor No. 3 - 10 m, sensor No. 4 - 15 m, sensor No. 5 - 20 m.
До начала измерений была определена глубина залегания трубы на исследуемом участке. Запись показаний всех датчиков в память магнитометра происходила в автоматическом режиме. Исходя из опыта и предварительных исследований интенсивности блуждающих токов, был установлен следующие параметры измерений: время записи - 20 мин, период записи усредненного сигнала -1 сек.Prior to the measurement, the depth of the pipe in the studied area was determined. The readings of all sensors were recorded in the magnetometer memory in automatic mode. Based on experience and preliminary studies of the intensity of stray currents, the following measurement parameters were established: recording time - 20 minutes, recording period of the averaged signal -1 sec.
Полученные данные обрабатывались посредством программных средств Microsoft Excel, по вышеприведенным формулам. На графике изменения напряженности от времени были выбраны интервалы максимального изменения напряженности. По опыту полевых и стендовых испытаний установлено, что достаточно выбрать 10-20 временных промежутков, чтобы сделать вывод о стекании блуждающего тока. Среднее значение блуждающего тока на каждом из датчиков составило: датчик №1 - 7,21 А, датчик №2 - 7,04 А, датчик №3 - 6,99 А, датчик №4 - 6,72 А, датчик №5 - 7,47 А. Наибольшие изменения значений тока произошло на участке между датчиками №3 и №5 (7,47 - 6,99=0,75А), что вызвано стеканием блуждающего тока с трубопровода.The obtained data were processed using Microsoft Excel software tools according to the above formulas. On the graph of the change in tension over time, intervals of the maximum change in tension were selected. According to the experience of field and bench tests, it was found that it is enough to choose 10-20 time intervals to conclude that the stray current is draining. The average value of the stray current on each of the sensors was: sensor No. 1 - 7.21 A, sensor No. 2 - 7.04 A, sensor No. 3 - 6.99 A, sensor No. 4 - 6.72 A, sensor No. 5 - 7.47 A. The largest changes in current values occurred in the area between sensors No. 3 and No. 5 (7.47 - 6.99 = 0.75A), which is caused by the stray current flowing off the pipeline.
На этом участке были проведены повторные измерения со смещением их положения на 2,5 м. Их координаты относительно точки привязки стали: датчик №1 - 2,5 м; №2 - 7,5 м; №3 - 12,5 м; №4 - 17,5 м; №5 - 22,5 м. На этот раз максимальное стекание обнаружили между датчиками датчиками №4 и №5. Было принято решение провести контрольное шурфования с длинной траншеи 7,5 м. В результате обследования металла трубопровода в шурфе была найдена коррозионное поражение размерами недопустимыми для дальнейшей эксплуатации трубопровода. Принято решение о замене этого участка трубопровода.Repeated measurements were taken at this site with a shift of their position by 2.5 m. Their coordinates relative to the steel anchor point: sensor No. 1 - 2.5 m; No. 2 - 7.5 m; No. 3 - 12.5 m; No. 4 - 17.5 m; No. 5 - 22.5 m. This time, maximum runoff was detected between the sensors by sensors No. 4 and No. 5. It was decided to carry out control drilling with a long trench of 7.5 m. As a result of the inspection of the pipeline metal in the hole, a corrosion damage was found with dimensions unacceptable for further operation of the pipeline. A decision was made to replace this section of the pipeline.
Настоящее изобретение не ограничивается только приведенными примерами и включает в себя все возможные случаи реализации устройства дистанционной магнитометрии для диагностики трубопроводов и способы его применения.The present invention is not limited to the above examples and includes all possible cases of the implementation of the remote magnetometry device for the diagnosis of pipelines and methods of its application.
Claims (12)
определение места и глубины залегания трубопровода на исследуемом участке;
установка вдоль оси трубопровода, по крайней мере, двух идентичных датчиков для измерения напряженности магнитного поля;
синхронная запись изменения напряженности магнитного поля, вызванного блуждающими токами; сравнительная обработка информации от всех датчиков; диагностическое заключение.6. A remote magnetometry method for piping diagnostics, comprising the following steps:
determination of the location and depth of the pipeline in the study area;
installation along the axis of the pipeline, at least two identical sensors for measuring magnetic field strength;
synchronous recording of changes in the magnetic field due to stray currents; comparative processing of information from all sensors; diagnostic conclusion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011147295/28A RU2506581C2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Method of remote magnetometry for diagnostics of pipelines and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011147295/28A RU2506581C2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Method of remote magnetometry for diagnostics of pipelines and device for its realisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011147295A RU2011147295A (en) | 2013-05-27 |
RU2506581C2 true RU2506581C2 (en) | 2014-02-10 |
Family
ID=48789093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011147295/28A RU2506581C2 (en) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Method of remote magnetometry for diagnostics of pipelines and device for its realisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2506581C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2642141C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-01-24 | Акционерное общество "Гипрогазцентр" | Method of route section protection against geomagnetically-induced ground current and device for its implementation |
RU2736143C1 (en) * | 2020-03-24 | 2020-11-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Строительная компания "ОХА" | Device for magnetometric diagnostics of ground pipelines and tanks without removal of insulating coating |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU815643A1 (en) * | 1976-03-29 | 1981-03-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Природных Газов | Method checking current distribution in an underground pipe line |
RU2264617C2 (en) * | 2001-05-23 | 2005-11-20 | Горошевский Валерий Павлович | Method for non-contact detection of position and type of defects of metallic structures and device for realization of said method |
RU2294482C1 (en) * | 2005-10-18 | 2007-02-27 | Талгат Галимзянович Сабирзянов | Mode of control and detection of defects in pipelines out of ferromagnetic materials |
US7421908B2 (en) * | 2005-03-11 | 2008-09-09 | Spirax Sarco, Inc. | Electromagnetic flow sensing apparatus and method |
RU2382270C1 (en) * | 2008-05-20 | 2010-02-20 | Виктор Сергеевич Аносов | Method for emergency diagnostics of trunk pipeline |
RU2009148562A (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-27 | Открытое акционерное общество "Газпром нефть" (RU) | METHOD FOR DIAGNOSTIC OF TECHNICAL CONDITION OF UNDERGROUND PIPELINES (OPTIONS) |
-
2011
- 2011-11-22 RU RU2011147295/28A patent/RU2506581C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU815643A1 (en) * | 1976-03-29 | 1981-03-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Природных Газов | Method checking current distribution in an underground pipe line |
RU2264617C2 (en) * | 2001-05-23 | 2005-11-20 | Горошевский Валерий Павлович | Method for non-contact detection of position and type of defects of metallic structures and device for realization of said method |
US7421908B2 (en) * | 2005-03-11 | 2008-09-09 | Spirax Sarco, Inc. | Electromagnetic flow sensing apparatus and method |
RU2294482C1 (en) * | 2005-10-18 | 2007-02-27 | Талгат Галимзянович Сабирзянов | Mode of control and detection of defects in pipelines out of ferromagnetic materials |
RU2382270C1 (en) * | 2008-05-20 | 2010-02-20 | Виктор Сергеевич Аносов | Method for emergency diagnostics of trunk pipeline |
RU2009148562A (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-27 | Открытое акционерное общество "Газпром нефть" (RU) | METHOD FOR DIAGNOSTIC OF TECHNICAL CONDITION OF UNDERGROUND PIPELINES (OPTIONS) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2642141C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-01-24 | Акционерное общество "Гипрогазцентр" | Method of route section protection against geomagnetically-induced ground current and device for its implementation |
RU2736143C1 (en) * | 2020-03-24 | 2020-11-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Строительная компания "ОХА" | Device for magnetometric diagnostics of ground pipelines and tanks without removal of insulating coating |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011147295A (en) | 2013-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9176096B2 (en) | Apparatus and method for metallic constructions assessment | |
US10330641B2 (en) | Metallic constructions monitoring and assessment in unstable zones of the earth's crust | |
EP2808677B1 (en) | Method for non-contact metallic constructions assessment | |
US8228078B2 (en) | Method and device for monitoring and detecting the coating defects of underground or underwater pipelines | |
CN103075641A (en) | Non-contact pipeline magnetic detection method | |
Usarek et al. | Inspection of gas pipelines using magnetic flux leakage technology | |
RU2662466C1 (en) | Underground pipeline section corrosive state evaluation method based on the corrosion surveys and in-pipe diagnostics data | |
CN106838630B (en) | Method for detecting leakage of large-scale drainage pipe culvert | |
RU2506581C2 (en) | Method of remote magnetometry for diagnostics of pipelines and device for its realisation | |
RU2614414C1 (en) | Method for integrated contactless ground technical diagnostics of underground pipelines | |
CN108732628B (en) | High-density electrical method pipeline detection observation method and system along pipeline trend | |
RU2294482C1 (en) | Mode of control and detection of defects in pipelines out of ferromagnetic materials | |
Kamaeva et al. | Remote inspection by the magnetic tomography method (MTM) to prevent the risks imposed by exploitation of Arctic offshore pipelines | |
RU2360230C1 (en) | Method of detecting pipe sections, prone to internal corrosion | |
CN104122323A (en) | Non-magnetization pipeline-interior detection method | |
McDonnell et al. | Oil and Gas Pipeline Technology Finds Uses in the Water and Wastewater Industry | |
CN112835109A (en) | Pipeline weak magnetic positioning method for detector in long-distance pipeline | |
CN101776211A (en) | Flexible device used for detecting and positioning benthal oil-gas pipeline | |
Kowalski | The close interval potential survey (CIS/CIPS) method for detecting corrosion in underground pipelines | |
McDonnell et al. | Identifying stress concentrations on buried steel pipelines using large standoff magnetometry technology | |
Fatakdawala | Guidelines for the Collection of Reliable and Practicable ECDA Indirect Inspection Data | |
McDonnell et al. | Improved Methodology for Identification of Buried Casings using Indirect Inspection Method | |
Onuoha et al. | Interpretation and Selection of Direct Examination Locations with Respect to ECDA Methodology | |
CN105020589A (en) | Synchronous detection method for multiple pipes of oil well gathering and transporting pipeline | |
Livingston et al. | A Comprehensive Condition Assessment of a Critical Water Main |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171123 |