Способ внутритрубного ультразвукового контроля
Изобретение относится к устройствам ультразвуковой дефектоскопии трубопроводов большой протяженности. Рассчитать объем накопителей данных в зависимости от дистанции трубопровода и избежать переполнения накопителей данных при замедленном движении снаряда возможно при том, что пропускают внутри трубопровода инспекционный снаряд с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, испускают в процессе пропуска зондирующие ультразвуковые импульсы и принимают отраженные импульсы, соответствующие указанным зондирующим импульсам, обрабатывают и хранят данные измерений. В процессе пропуска с периодом не менее периода следования зондирующих импульсов определяют скорость инспекционного снаряда. Период следования зондирующих импульсов устанавливают как функцию по крайней мере двух определенных в процессе пропуска значений скорости инспекционного снаряда. Определяют среднюю скорость инспекционного снаряда за некоторый промежуток времени, не превышающий период определения указанной средней скорости. Период определения скорости инспекционного снаряда составляет 200-2000 периодов следования зондирующих импульсов. Периоду следования зондирующих импульсов задают значение из ряда дискретных значений, число которых составляет не менее 3. 15 з.п.ф-лы, 6 ил., 2 табл.
Изобретение относится к способам ультразвуковой дефектоскопии трубопроводов большой протяженности путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, преобразования и записи данных измерений в накопитель цифровых данных в процессе пропуска и обработки полученных данных после выполнения пропуска с целью идентификации дефектов стенок трубопровода, определения параметров идентифицированных дефектов и их положения на трубопроводе.
Известен способ внутритрубного ультразвукового контроля [1]-[4] путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, путем испускания зондирующих ультразвуковых импульсов и приема отраженных ультразвуковых импульсов. Известен также способ внутритрубного ультразвукового контроля [5]-[9] методом толщинометрии путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, путем испускания зондирующих ультразвуковых импульсов и приема соответствующих ультразвуковых импульсов, отраженных от внутренней и внешней стенок трубопровода, измерения времени хода указанных импульсов. Период следования зондирующих ультразвуковых импульсов и скорость инспекционного снаряда внутри трубопровода определяют продольную разрешающую способность дефектоскопа. При заданном периоде сканирования (периоде следования зондирующих импульсов) шаг сканирования зависит от скорости снаряда: увеличивается при росте скорости и уменьшается при уменьшении скорости инспекционного снаряда. Скорость снаряда в нефтепроводе и нефтепродуктопроводе может быть до 2 м/с (неустановившееся значение до 6 м/с), в газопроводе - до 10 м/с (при условии обеспечения акустической связи ультразвуковых датчиков со стенкой трубопровода, например, с помощью жидкостной пробки). В процессе пропуска скорость снаряда меняется, и для обеспечения продольной разрешающей способности, не большей максимально допустимой, период следования зондирующих импульсов выбирается исходя из максимальной скорости инспекционного снаряда, которая возможна при обследовании конкретного трубопровода. В результате изменения скорости снаряда в процессе его пропуска на участках замедления снаряда при заданном периоде следования зондирующих импульсов происходит избыточное сканирование, которое приводит к увеличению объема измеренных данных на единицу длины трубопровода и, соответственно, нерациональному использованию накопителя данных. В заявленном способе выполняется динамическое сканирование, при котором режим сканирования зависит от скорости снаряда, а также от характера изменения скорости снаряда-дефектоскопа. Известен способ ультразвукового контроля тонкостенных труб теплообменников [10] путем пропуска внутри трубопровода установленного на трубке инспектирующего устройства с установленными на нем ультразвуковыми датчиками и средствами измерений, путем испускания в процессе пропуска зондирующих ультразвуковых импульсов и приема отраженных импульсов, соответствующих указанным зондирующим импульсам, обработки данных измерений. Указанный способ характеризуется тем, что период следования ультразвуковых импульсов устанавливают как функцию скорости снаряда внутри трубопровода, и он задается вращением зондовой головки. Недостатком такого способа является то, что кратковременное проскальзывание зондовой головки (или колеса одометра), характерное при контроле нефтепроводов, приводит к пропуску участков трубопровода из-за отсутствия зондирующих сигналов при отсутствии вращения головки (колеса одометра). Кроме того, описанный способ не может быть использован для контроля трубопроводов большой протяженности из-за неавтономности зондирующего устройства, используемого для реализации способа. Прототипом заявленного способа является способ ультразвукового контроля трубопроводов [11] путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, испускания в процессе пропуска зондирующих ультразвуковых импульсов и приема отраженных импульсов, соответствующих указанным зондирующим импульсам, обработки и хранения данных измерений. К основному недостатку указанного способа относится то, что на участках замедления снаряда при заданном периоде следования зондирующих импульсов происходит избыточное сканирование, которое приводит к увеличению объема измеренных данных на единицу длины трубопровода и, соответственно, нерациональному использованию накопителя данных. Заявленный способ внутритрубного ультразвукового контроля трубопроводов выполняют путем пропуска внутри трубопровода инспекционного снаряда с установленными на нем ультразвуковыми датчиками, средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, испускания в процессе пропуска зондирующих ультразвуковых импульсов и приема отраженных импульсов, соответствующих указанным зондирующим импульсам, обработки и хранения данных измерений. Заявленный способ отличается от способа по прототипу тем, что в процессе пропуска с периодом не менее периода следования зондирующих импульсов определяют скорость инспекционного снаряда, период следования зондирующих импульсов устанавливают как функцию, по крайней мере, двух определенных в процессе пропуска значений скорости инспекционного снаряда. Основной технический результат, достигаемый в результате реализации изобретения, состоит в том, что испускание зондирующих импульсов с периодом, зависящим от скорости снаряда в трубопроводе, позволяет рассчитывать объем накопителей данных в зависимости от дистанции трубопровода, подлежащей контролю, избежать переполнения накопителей данных при замедленном движении снаряда или его временном застревании в трубопроводе. Кроме того, изменение периода следования зондирующих импульсов в зависимости, по крайней мере, от двух определенных в процессе пропуска значений скорости инспекционного снаряда позволяет избежать неоправданного изменения указанного периода при кратковременном изменении скорости снаряда. В развитие изобретения в процессе пропуска с указанным ранее периодом (периодом определения скорости) определяют среднюю скорость инспекционного снаряда за некоторый промежуток времени, не превышающий период определения указанной средней скорости. Период следования зондирующих импульсов устанавливают как функцию определенной за указанный ранее промежуток времени средней скорости инспекционного снаряда и, по крайней мере, одного определенного за некоторый предшествующий промежуток времени значения средней скорости инспекционного снаряда. Вычисление средней скорости снаряда за небольшие промежутки времени (порядка 1-10 с) позволяет избежать влияние кратковременных изменений линейной скорости снаряда на оценку требуемого периода следования зондирующих импульсов. Период определения указанной ранее скорости инспекционного снаряда устанавливают как функцию указанного ранее периода следования зондирующих импульсов. Период определения указанной ранее скорости инспекционного снаряда составляет N указанных ранее периодов следования зондирующих импульсов, значение N составляет 200-2000. Поскольку период следования зондирующих импульсов устанавливают как функцию нескольких измеренных значений скорости снаряда из расчета поддержания стабильной разрешающей способности по длине трубопровода, то привязка момента определения скорости к периоду следования зондирующих импульсов позволяет производить измерения скорости в зависимости от времени, обеспечивая при этом равномерность измерений скорости по дистанции. При значении N, превышающем 2000, при больших периодах следования зондирующих импульсов (соответственно, при низкой скорости снаряда) при резком увеличении скорости информация об этом будет несвоевременной, что приведет к отсутствию ультразвуковой информации от соответствующего участка трубопровода. При малых значениях N и малых и большой скорости снаряда измеренные значения скорости будут искажены кратковременными ускорениями и вибрациями. Указанному ранее периоду следования зондирующих импульсов задают значение из ряда дискретных значений, число указанных дискретных значений составляет не менее 3. Каждому указанному дискретному значению периода соответствует диапазон указанной ранее скорости инспекционного снаряда. В развитие изобретения каждому указанному дискретному значению периода соответствует первый диапазон скорости, используемый для изменения периода следования зондирующих импульсов в сторону уменьшения (при увеличении скорости снаряда за некоторый промежуток времени), и второй диапазон скорости, используемый для изменения периода следования зондирующих импульсов в сторону увеличения (при уменьшении скорости снаряда за некоторый промежуток времени). Введение двух диапазонов скорости для каждого значения периода позволяет реализовать гистерезис в зависимости периода от скорости. Так, при превышении некоторого порогового значения скорости и соответствующего уменьшения периода следования зондирующих импульсов обратное увеличение периода произойдет только тогда, когда скорость уменьшится до значения, меньшего, чем указанный ранее порог. Это позволяет стабилизировать работу электроники, связанной с измерениями и преобразованиями измеренных данных, при достаточно равномерном движении снаряда со скоростью вблизи порога с незначительными отклонениями в скорости. Предпочтительно исполнение заявленного способа, в котором нижняя граница первого диапазона скорости больше нижней границы второго диапазона скорости; верхняя граница первого диапазона скорости больше верхней границы второго диапазона скорости; нижняя граница первого диапазона скорости меньше верхней границы второго диапазона скорости; разность между нижними границами первого и второго диапазонов скорости и/или между верхними границами первого и второго диапазонов скорости составляет не более 0,5 м/с. При уменьшении скорости инспекционного снаряда за некоторый промежуток времени, при котором значение скорости выходит за пределы соответствующего диапазона, изменение периода следования зондирующих импульсов производят с временной задержкой, длительность указанной задержки составляет 10-100 с. Выполнение указанного условия позволяет гарантировать достаточную разрешающую способность, если уменьшение скорости носит временный характер (время менее 10 с), тогда как увеличение периода следования зондирующих импульсов на период времени, следующий за моментом измерения (определения) скорости, при увеличении в этот период времени скорости снаряда привело бы к недопустимому увеличению разрешения. Указанную ранее среднюю скорость за некоторый промежуток времени определяют путем измерения пройденной внутри трубопровода дистанции за указанный промежуток времени, указанную дистанцию определяют с помощью одного или нескольких одометров. Указанную дистанцию определяют с помощью, по крайней мере, двух одометров, определяют изменение показаний каждого из одометров за указанный ранее промежуток времени, выбирают большее из двух указанных значений как пройденную дистанцию за указанный промежуток времени. Указанное большее значение записывают как приращение пройденной внутри трубопровода дистанции, в процессе указанного ранее определения средней скорости за некоторый промежуток времени используют указанное приращение дистанции. Использование указанного алгоритма определения скорости позволяет избежать негативных эффектов от проскальзывания одного из одометров и, соответственно, необоснованного изменения периода следования зондирующих импульсов. На фиг. 1 изображен внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп в одном из конструктивных исполнений; на фиг.2 изображена схема, иллюстрирующая ход зондирующих ультразвуковых импульсов на бездефектном участке трубы и на участке с дефектом типа "расслоение"; на фиг.3 изображена зависимость скорости снаряда внутри трубопровода от времени его движения для некоторого участка обследованного трубопровода; на фиг.4 изображена зависимость продольного линейного ускорения снаряда внутри трубопровода от времени его движения для некоторого участка обследованного трубопровода; на фиг.5 изображено графическое отображение измеренных данных о толщине стенки трубопровода для некоторого участка обследованного трубопровода, позволяющее идентифицировать сварные швы; на фиг.6 изображено графическое отображение измеренных данных о толщине стенки трубопровода для некоторого участка обследованного трубопровода, позволяющее идентифицировать коррозионные потери металла. В процессе исследований, направленных на поиск решений, позволяющих уменьшить объем данных измерений на единицу длины трубопровода при использовании разработанных и изготовленных внутритрубных ультразвуковых инспекционных снарядов для обследования трубопроводов номинальным диаметром от 10" до 56", был найден представленный способ ультразвукового контроля. Изготовленные в предпочтительном исполнении внутритрубные ультразвуковые дефектоскопы выдерживают давление среды до 80 атм, имеют проходимость около 85% номинального диаметра трубопровода, работают при температурах перекачиваемой среды от 0oС до +50oС, минимальный проходимый радиус поворота около 1,5 диаметра трубопровода. В снарядах реализованы виды взрывозащиты "Взрывонепроницаемая оболочка", "Специальный вид взрывозащиты" при токе потребления аппаратуры снарядов не более 9 А. Внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп для обследования трубопровода диаметром 38"-56" с толщиной стенки 4,0-23,5 мм в одном из предпочтительных конструктивных исполнений изображен на фиг.1 и включает в себя корпус 1, образующий взрывонепроницаемую оболочку, в которой располагаются источник питания и электронная аппаратура для измерений, обработки и хранения получаемых данных измерений на основе бортового компьютера, управляющего работой инспекционного снаряда в процессе его продвижения внутри трубопровода. В качестве источника питания устанавливаются аккумуляторные батареи или батареи гальванических элементов общей емкостью до 1000 А






1. Патент РФ 2018817, МПК: G 01 N 29/10, дата публикации 30.08.94. 2. Патент РФ 2042946, МПК: G 01 N 29/04, дата публикации 27.08.95. 3. Патент РФ 2108569, МПК: G 01 N 29/04, дата публикации 10.04.98. 4. Патент США 4162635, МПК: G 01 N 29/04, дата публикации 31.07.79. 5. Международная заявка 96/13720, МПК: G 01 N 29/10, дата публикации 09.05.96 (патентные документы-аналоги: US 5587534, СА 2179902, ЕР 0741866, AU 4234596, JP 3058352). 6. Европейский патент 0304053, МПК: G 01 N 29/00, дата публикации 15.03.95 (патентные документы-аналоги: US 4964059, СА 1292306, NO 304398, JP 1050903). 7. Европейский патент 0271670, МПК: G 01 N 29/04, дата публикации 13.12.95 (патентные документы-аналоги: US 4909091, СА 1303722, DE 3638936, NO 302322, JP 63221240). 8. Европейский патент 0616692, МПК: G 01 N 29/10, дата публикации 28.09.94 (патентные документы-аналоги: WO 9312420, US 5635645, СА 2125565, DE 4141123, JP 2695702). 9. Европейский патент 0561867, МПК: G 01 N 29/04, дата публикации 26.10.94 (патентные документы-аналоги: WO 9210746, US 5497661, СА 2098480, DE 4040190). 10. Патент США 5062300, МПК: G 01 N 29/06, дата публикации 05.11.91 (патентные документы-аналоги: СА 1301299, ЕР 0318387, DE 3864497, FR 2623626, JP 2002923). 11. Патент США 5460046, МПК: G 01 N 29/24, дата публикации 24.10.95 (патентные документы-аналоги: ЕР 0684446, JP 7318336).
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8