Магнитная измерительная система для дефектоскопа с продольным намагничиванием

Заявленная полезная модель относится к области неразрушающего контроля технического состояния нефте- газопроводов, нефтепродуктопроводов с помощью внутритрубных дефектоскопов и касается магнитной измерительной системы. Магнитная измерительная система для дефектоскопа с продольным намагничиванием, включает в себя два пояса магнитных полупроводниковых преобразователей, один из которых расположен между двумя поясами щеток из ферромагнитного материала, контактирующих с внутренней поверхностью трубопровода и установленных на двух поясах постоянных магнитов, противоположной полярности, соединенных с магнитопроводом и образующих магнитную систему дефектоскопа. Второй пояс магнитных полупроводниковых преобразователей, расположен на одной секции с магнитной системой, в области трубы, которая не находится в области насыщения хвостовым магнитным полем магнитной системы дефектоскопа. Магнитные полупроводниковых преобразователи второго пояса сгруппированы в блоки по три канала. В каждом блоке магнитные преобразователи располагаются на отдельных пластинах из магнитов NdFeB, расположенных со сдвигом по оси трубы «лесенкой» на максимально возможном расстоянии друг от друга (около 20 мм), поэтому каналы измерительной системы практически не оказывают влияния друг на друга. Ось намагничивания пластин и ось чувствительности магнитных преобразователей ориентирована в поперечном направлении трубы, что значительно уменьшает влияние хвостового поля магнитной системы. Изменение локального магнитного поля в каждом канале, вызванное дефектом, не влияет на магнитные потоки в других каналах. Поэтому искажение профиля регистрируется только тем каналом, где оно имеет место. Таким образом, при описанном расположении улучшается разрешающая способность датчиков измерительной системы. Принцип определения принадлежности дефектов к внутренней стороне стенки трубы основан на том, что материал трубы в области второго пояса преобразователей вышел из состояния насыщения и внутренняя поверхность трубы представляет собой эквипотенциальную поверхность. По этой причине магнитные преобразователи не чувствительны к дефектам на внешней поверхности трубы. Дефектоскопы, оборудованные описанной выше магнитной измерительной системой, эффективны при диагностике магистральных трубопроводов с типоразмерами 1020-1220 мм, при наличие сужений диаметра трубы до 85% и поворотов трубопровода с радиусом величиной до 3-х внешних диаметров трубы.

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля технического состояния нефте- газопроводов, нефтеродуктопровдов с помощью внутритрубных дефектоскопов и касается магнитной измерительной системы.

Известен внутритрубный снаряд-дефектоскоп с одометрами, патент RU 2306479 С2, магнитная измерительная система которого состоит из цилиндрического контейнера, являющимся магнитопроводом с закрепленными на нем в передней и задней частях полюса постоянного магнита, щетками-магнитопроводы, размещенные в радиальных направлениях между полюсами и трубопроводом, закрепленные на контейнере. Измерения дефектов осуществляются за счет датчиков измерения напряженности магнитного поля, которые герметично вмонтированы в концентрический ряд ласт пластинками-накладками. Недостатком данного дефектоскопа с магнитной измерительной системой является то, что она расположена в области сильного хвостового поля основной магнитной системы, что существенно ухудшает ее чувствительность к обнаружению дефектов.

Известен многосекционный внутритрубный дефектоскоп, патент RU 117186 U1, намагничивающая система которого выполнена в виде намагничивающихся поясов из радиально намагниченных постоянных магнитов, один полюс которых закреплен на корпусе, а на втором полюсе которых установлены щетки из магнитомягкого материала, контактирующие с внутренней поверхностью трубы и измерительная система, выполнена в виде измерительного пояса из датчиков магнитного поля, недостатком которой является именно то, что щетки, контактирующие с внутренней поверхностью трубы, выполнены из магнитомягкого материала, что влечет за собой быстрый износ щеток и, как следствие, увеличение погрешностей измерений.

Известен дефектоскоп-снаряд для внутритрубных обследований трубопроводов, патент RU 2102738 С1, у которого дефектоскопический блок с узлами намагничивания стенок трубопровода выполнен в виде двух разнесенных по оси трубопровода модулей, в одном из которых в качестве узла намагничивания использована одна из секций электромагнита тормозного устройства, обмотка которого подключена к блоку энергоснабжения обособленно от обмоток других секций электромагнита, подключенных к выходу блока управления, а во втором модуле дефектоскопического блока полюса магнитов (электромагнитов) разнесены по перечному периметру трубопровода, а магниты равномерно размещены в роторе. Между полюсами магнитов размещены многозвенные магниточувствительные преобразователи для фиксации магнитных потоков от дефектов в стенках трубопровода. Недостатком данной системы является то, что звенья дефектоскопического блока расположены с большими промежутками между собой, что влечет к пропуску дефектов внутренней стенки трубы.

Наиболее близким прототипом заявленной полезной модели являются:

Во-первых, метод неразрушающего контроля формы внутренней поверхности трубопровода из ферромагнитного материала и устройство для его осуществления (патент США 4468619, оп. 28.08.1984).

Метода заключается в том, что ненасыщающий источник магнитного поля создает радиальный локальный магнитный поток в непосредственной близости, но на небольшом удалении от внутренней поверхности стенки, при этом внутренняя поверхность трубопровода становится приблизительно магнитной эквипотенциальной поверхностью и силовые магнитные линии поля входят в поверхность в перпендикулярном направлении к профилю трубы. В процессе продольного осевого движения с помощью датчиков магнитного поля, расположенных между ненасыщающим источником магнитного поля и внутренней поверхностью трубопровода, последовательно измеряют компоненты магнитного поля в смежных точках, параллельных оси трубопровода. По изменениям магнитного поля судят о дефектах на внутренней поверхности трубопровода. Недостатком этого метода является невозможность его применения при наличии внешнего магнитного поля и малая эффективность применения в многоканальных системах с высоким разрешением из-за взаимовлияния источников магнитного поля (например, постоянных магнитов).

Во-вторых, внутритрубный магнитный дефектоскоп, патент RU 2176082 C1, включающий в себя два пояса установленных на магнитах щеток из ферромагнитного материала, контактирующих с внутренней поверхностью трубопровода. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля установлены между указанными поясами щеток в виде пояса многоэлементных полупроводниковых преобразователей магнитного поля, примыкающих к внутренней поверхности трубопровода по периметру в сечении трубопровода (основная измерительная система). В хвостовой области дефектоскопа (после указанных поясов щеток) на отдельной секции установлен второй пояс указанных многоэлементных полупроводниковых преобразователей магнитного поля (дополнительная измерительная система), которые предназначены для контроля формы внутренней поверхности трубы и определения принадлежности дефекта к внутренней поверхности (от этого существенно зависит алгоритм определения размеров дефекта при последующей обработке диагностических данных).

Щетки, магниты и магнитопровод, на котором они установлены, образуют магнитную систему дефектоскопа, обеспечивающую намагниченность участка трубы между щетками до состояния технического магнитного насыщения.

Недостатком данной магнитной измерительной системы является то, что дополнительная магнитная система (ДИС) должна располагается на довольно большом расстоянии от пояса щеток, в области, где напряженность магнитного поля в трубе близка к нулю (примерно 3-4 диаметра трубы). В противном случае хвостовое магнитное поле в стенке трубы существенно ухудшает чувствительность и избирательность ДИС к обнаружению внутренних дефектов. Для удовлетворения этого требования ДИС должна располагаться на отдельной секции дефектоскопа с использованием карданового соединения (иначе будет невозможно прохождение поворотов трубопровода малого радиуса).

Цель полезной модели - уменьшить погрешность измерения дефектов, сократить количество секций дефектоскопа и, следовательно, уменьшить его себестоимость. Устранить погрешности измерений, связанные с люфтом карданного соединения секций дефектоскопа.

Технический результат достигнут за счет того, что магнитные преобразователи (датчики) ДИС расположены на одной секции с магнитной системой, в области, которая не находится в состоянии насыщения хвостовым магнитным полем магнитной системы, то есть там, где напряженность магнитного поля магнитной системы менее 2,0 кА/м. (Практически для всех трубных сталей эта область соответствует квазилинейной части кривой намагничивания). Датчики сгруппированы в блоки по три канала в каждом. Они располагаются на отдельных пластинах из NdFeB, установленных со смещением по оси трубы «лесенкой», на максимально возможном расстоянии друг от друга (около 20 мм), поэтому каналы измерительной системы практически не оказывают влияния друг на друга. Изменение локального магнитного поля в каждом канале, вызванное дефектом, не влияет на магнитные потоки в других каналах. Поэтому искажение профиля регистрируется только тем каналом, где оно имеет место. Таким образом, при описанном расположении улучшается разрешающая способность измерительной системы.

Принцип определения принадлежности дефектов к внутренней стороне стенки трубы основан на том, что материал трубы в области ДИС вышел из состояния насыщения и внутренняя поверхность трубы представляет собой поверхность близкую к эквипотенциальной. По этой причине магнитные преобразователи не чувствительны к дефектам на внешней поверхности трубы - на деформацию силовых линий магнитного поля влияет только геометрия внутренней стенки трубы.

В процессе продольного осевого движения с помощью датчиков магнитного поля, расположенных на магнитных пластинах, измеряется компонента локального магнитного поля, перпендикулярная оси трубы. Изменения этой компоненты несут информацию о дефектах на внутренней поверхности трубопровода и ее геометрии. Дефектоскопы, оборудованные описанной выше магнитной измерительной системой, эффективны при диагностике магистральных трубопроводов типоразмеров 1020-1220 мм при поворотах трубопровода с радиусом величиной до 3-х внешних диаметров трубы

На фиг. 1 изображен дефектоскоп, оборудованный магнитной измерительной системой с двумя поясами полупроводниковых преобразователей, расположенными на одной секции.

На фиг. 2а изображен принцип построения и работы блоков датчиков второго пояса магнитной измерительной системы для варианта при значительном удалении пояса от магнитной системы (2-3 м, т.е на отдельной секции дефектоскопа).

На фиг. 2б изображена схема расположения датчиков и магнитных пластин для заявляемого варианта с расположением второго пояса на одной секции с магнитной системой.

На фиг. 2а приняты следующие обозначения:

1 - магнитная пластина из магнита NdFeB;

2 - магнитный полупроводниковый преобразователь;

3 - плата;

4 - стенка трубы.

На фиг. 2б приняты следующие обозначения:

1 - магнитная пластина из магнита NdFeB;

2 - магнитный полупроводниковый преобразователь;

3 - плата;

Для ослабления влияния магнитной системы ось «Hs» магнитной чувствительности полупроводниковых магнитных преобразователей 2 (фиг. 2б) ориентирована ортогонально магнитному полю магнитной системы «Нмс» Полупроводниковые магнитные преобразователи 2 (фиг. 2а и 2б) располагаются на отдельных магнитных пластинах, расположенных на максимально возможном расстоянии друг от друга (около 20 мм), поэтому каналы датчиков измерительной системы практически не оказывают влияния друг на друга.

Расчеты геометрии расположения элементов второго пояса датчиков производились методом конечным элементов с использованием программного комплекса «ANSYS».

1. Магнитная измерительная система для дефектоскопа с продольным намагничиванием, включающая в себя два пояса магнитных преобразователей, контактирующих со стенкой трубопровода и образующих основную и дополнительную измерительную систему дефектоскопа, причем основная измерительная система расположена между двумя поясами щеток из ферромагнитного материала, контактирующих с внутренней поверхностью трубопровода и установленных на двух поясах постоянных магнитов, противоположной полярности, соединенных с магнитопроводом и образующих магнитную систему дефектоскопа, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения числа секций дефектоскопа, уменьшения его габаритных размеров, увеличения надежности прохождения трубопроводов со сложной геометрией и уменьшения погрешности измерения дефектов, связанной со значительным расстоянием между измерительными системами, дополнительная измерительная система установлена на одной секции с магнитной системой дефектоскопа, в непосредственной близости от заднего пояса щеток.

2. Магнитная измерительная система для дефектоскопа с продольным намагничиванием по п.1, отличающаяся тем, что, с целью улучшения разрешения дефектов в поперечном направлении и уменьшения погрешности измерений, магнитные преобразователи дополнительной измерительной системы сгруппированы в блоки по три канала, причем в каждом канале магнитные преобразователи установлены на отдельных пластинах из магнитов NdFeB, причем пластины установлены со смещением в направлении оси трубы ("лесенкой"), исключающим их взаимовлияние.

3. Магнитная измерительная система для дефектоскопа с продольным намагничиванием по п.1, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности определения принадлежности дефекта к внутренней поверхности трубы дополнительной измерительной системой, ось намагниченности пластин из магнитов NdFeB и ось магнитной чувствительности полупроводниковых магнитных преобразователей дополнительной измерительной системы ориентирована перпендикулярно оси трубы, что значительно уменьшает влияние магнитного поля магнитной системы, являющейся мешающим фактором для дополнительной измерительной системы.