Способ контроля протяженных цилиндрических металлопроводов

Способ контроля протяженных цилиндрических металлопроводов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано при бесконтактных электромагнитных обследованиях коррозионного состояния металлических протяженных цилиндрических металлопроводов. Способ обеспечивает измерение токов, проте кающих по металлопроводу, и воспроиэ-, ведение диаграммы их распределения вдоль контролируемой магистрали для оценки состояния изоляционного покрытия и обнаружения мест коррозии. Целью изобретения является повьшение точности контроля, что достигается путем измерения постоянного тока металлопроводов при исключении влияния естественного магнитного поля Земли, его вариаций и вторичного поля металлопровода в поле Земпи. Реализация способа позволяет получить данные для планирования и производства выборочного ремонта магистральных трубопроводов , их изоляции или для корректировки средств электрохимзащиты. Это дает возможность повысить надежность и увеличить сроки эксплуатации дорогостоящих подземных сооружений. 1 ИЛо § СО 00 05 ОО о оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 01 R 19 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, ; (21) 4037594/24-21 (22) 20.02.86 (46) 30.12.87. Бюл. Р 48 (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (72) P.N.Äæàëà (53) 621.3.17.44(088.8) (56) Григорович К.К. Бесконтактный метод измерения токов в подземных трубопроводах. — Коррозия и защита в нефтегазовой промьппленности, M., ВНИИОЭНГ, 1982, Ф 2, с. 16-18. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ЦИ ЛИНДРИЧЕСКИХ ИЕТАЛЛОПРОВОДОВ (57) Изобретение может быть использовано при бесконтактных электромагнит. ных обследованиях коррозионного состояния металлических протяженных цилиндрических металлопроводов. Способ обеспечивает измерение токов, проте„„SU„„363080 А1 кающих по металлопроводу, и воспроиз-, ведение диаграммы их распределения вдоль контролируемой магистрали для оценки состояния изоляционного покрытия и обнаружения мест коррозии.

Целью изобретения является повышение точности контроля, что достигается путем измерения постоянного тока металлопроводов при исключении влияния естественного магнитного поля Земли, его вариаций и вторичного поля металлопровода в поле Земпи. Реализация способа позволяет получить данные для планирования и производства выборочного ремонта магистральных трубопроводов, Нх изоляции HJIH для Кор ректировки средств электрохимзащиты.

Это дает возможность повысить надежность и увеличить сроки эксплуатации дорогостоящих подземных сооружений.

1 ил.

1 136

Изобретение относится к электроизмерениям и предназначено для использования при бесконтактных элек тромагнитных обследованиях коррозионного состояния металлических протяженных цилиндрических металлопроводов; в частности при измерении протекающих по цилиндрическому металлопроводу токов и воспроизведении диаграммы их распределения вдоль контролируемой магистрали для оценки состояния изоляционного покрытия и обнаружения мест коррозии.

Целью изобретения является повышение точности контроля состояния путем измерения постоянного тока металлопроводов при исключении влияния естественного магнитного поля Земли, его вариаций и вторичного поля металлопронода в поле Земли, Согласно данному способу бесконтактного измерения токов, основанно.му на измерении азимутальных (относительно оси металлопровода) компонент напряженности переменного магнитного поля, создаваемого протекающим по метаплопроводу переменным током, в двух точках, расположенных на фиксированном взаимном удалении (базе) с на прямой, являющейся продолжением радиуса металлопровода, и определении по измереннь!м значениям согласно формулам

f 2ttRÉ

К d g-— --— - (2)

Н2

rv где Й, и Н вЂ” .азимутальные относи.тельно оси металлопровода компоненты переменного магнитного, поля в двух точках, расположенных на фиксированном расстоянии d вдоль прямой, являющийся продолжением радиуса металлопровода, величин переменного тока 3 в металлопроводе и расстояния бт его оси до точки наблюдения, дополнительно измеряют разность величин напряженностей постоянного магнитного поли в тех же точках наблюдения ВНН „-Н2, а величину постоянного тока определяют по формуле

I = littd — — — - - Н (3)

Й, и (й,-5,)

Кроме того, по настоящему способу точки наблюдения дополнительно рас2Î

Земли Н, вторичного магнктного поля металлопронода Н< и поле Н измеряемого тока.

Измерение токов в подземном метал.,лопроводе 1 осуществляют, например, следующим образом.

Датчики поля 2 и 3 и измеритель

4, которые представляют собой магии=тометр, пригодный для измерений компонент напряженности переменного магнитного полн в двух точках наблюденни и разности напряженностей пос- . тоянного магнитного голи н этих же точках, сначала настраивают на частоту протекающего вдоль трубопровода переменного тока (например, на гармонику пульсирующего тока станции катодной защиты или на частоту специально подключаемого к трубопроводу генератора переменного тока). Путем перемещения датчика переменного магнитного поля над трубопроводом 1 по известной методике уточняют положение оси трубопровода н вдоль радиальной (относительно трубопровода) прямой располагают базу с магнитометрическими датчиками 2 и 3. Затеи, сохраняя радиальной ориентацию базы„ дополнительно совмещают ее с направлением ортогональной трубопроводу .составляющей поля Земли. Для этого сперва определяют отклонение оси трубопровода от магнитного меридиана, используя карту (план) трассы, или с помощью компаса, расположенного иа таком удалении от трубы, где ее вторнчное поле не заметно,например, на удалении больше 20 и oò трубопровода диаметром 1020 мм). Потом устанавливают угол отклонения базы датчиков

3080 полагают на прямой, совпадающей с напряжением компоненты естественного магнитного поля Земли, перпендикулярной оси металлопровода, измеряют разность аэимутальных компонент напряженностей постоянного магнитного по-ля ЮН и дополнительно цо ее знаку определяют направление движения постоянного тока.

На чертеже представлена схема осуществления данного способа.

На схеме изображены подземный металлопронод 1, ближний 2 и дальний 3 от металлопронода датчики магнитного поля, расположенные на расстоянии о" друг от друга, и измеритель 4. Линии со стрелками представляют конфигурацию естестненного магнитного поля! 363080 от вертикальной пЛоскости, содержащей ось трубопровода, который определяют по предварительно рассчитанным табличным (или графическим) з ависимостям этого угла от отклонения оси трубопровода от магнитного меридиана в заданном регионе измерений (с конкретными значениями отношения вертикальной и горизонтальных компонент магнитного поля Земли).

Измерение напряженности переменного магнитного поля, создаваемого протекающим в металлопроводе переменным током, позволяет определить геометрические (пространственные) параметры системы, в частности расстояние от точек наблюдения до оси металлопровода °

При коррозионных обследованиях недостаточно ограничиться измерением только переменного тока, поскольку он не дает прямой информации о наличии анодных зон (мест коррозии трубы), создаваемых постоянным током в местах вытекания его в среду.

Необходимость работы с постоянным током вызвана тем, что плотность тока утечки с поверхности металла является величиной, характеризующей опасность коррозии, через плотность коррозионного тока можно выразить скорость электрохимической коррозии.

Плотность токов утечки нетрудно опре. делить с помощью диаграммы распределения постоянного тока, которая воспроизводится по результатам измерения токов по данному способу.

Таким образом, при бесконтактных обследованиях основную информацию о местах коррозии содержит распределение постоянного тока (реально существующего в трубе), и его в основном необходимо измерять.

Для уменьшения погрешностей измерения постоянного тока, обусловленных наличием вторичного магнитного поля, которое создано массивным металлопроводом, находящимся во внешнем (первичном) однородном (в области измерений) естественном магнитном поле Земли, базу датчиков дополнительно ориентируют вдоль направления возбуждающего первичного поля., т.е. точки наблюдения располагают на прямой, проходящей через ось металлопровода и дополнителЬно являющейся проекцией вектора напряженности маг.нитного поля Земли (в области измерений) на плоскость, ортогональную оси металлопровода, при этом измеряюазимутальные относительно оси компо5 ненты постоянного магнитного поля (точнее — их разность в указанных точках наблюдения).

Составляющая внешнего магнитного поля, параллельная оси вторичного магнитного поля, не возбуждает, а вдоль указанной выше прямой вторичное поле имеет единственную отличную от нуля компоненту. Поэтому измерение азимутальных компонент (их раэ15 ности dH) в точках наблюдения, расположенных на радиальной относительно металлопровода прямой, которая совпадает по направлению с перпенди.— куЛярной металлопроводу состав. -нюшей р0 магнитно го поля Земли исклю-! а(" т влияние вторичного поля на рез ° ьтат измерения тока.

Направление вектора напряженности магнитного поля Земли в районе обр5 следований трассы определяют по гео магнитным картам или с помощью компонентного магнитометра. Сопоставляя направления магнитного поля и оси металлопровода, выделяют направ— ление ортогональной металлопроводу компоненты поля, вдоль которо;о и ориентируют базу датчиков, 3 частности, для металлопроводов, расположенных в направлении север †(вдоль

35 магнитного меридиана), базу датчиков располагают в вертикальной плоскости, содержащей ось металлопровода. Для остальных направлений расположения металлопровода базу датчиков откла4О няют от указанной плоскости на угол, величина которого равна арктангенсу отношения горизонтальной компоненты геомагнитного поля, ортогональной металлопроводу. к компоненте, кото-45 рая ортогональна к металлопроводу и указанной горизонтальной компоненте поля. Как известно, на большинстве поверхности Земли (за исключением лишь экваториальной зоны) вертикаль50 ная составляющая геомагнитного поля преобладает над горизонтальной, поэтому положение базы датчиков при измерении постоянного тока в металлопроводе по предложенному способу чаще близко к вертикальному.

Необходимость ориентации базы датчиков относительно первичного геомаг-нитного поля и степень точности этой ориентации возрастают с увеличением

1363080 требуемой точности измерения постоянного тока, а также с увеличением вторичного поля (по сравнению с полем тока), которое происходит при увели5 чении толщины стенки металлопровода, его радиуса, магнитной проницаемости материала, из которого он изготовлен, а также с приближением точки наблюдения. 10

Изменение величины постоянного тока во времени однозначно связано с изменением измеряемой разности напря. женностей поля d H. Аналогично, при передвижении вдоль однородного линейного металлопровода с сохренением постоянства ориентации и расстояний датчиков относительно оси, изменения величины 8Н пропорциональны изменениям величины постоянного тока и не зависят от временных вариаций однородного (в области измерения) магнитного поля Земли.

Физической основой предложенного способа являются известные законо2р мерности распределения магнитного поля, создаваемого током, протекающим вдоль цилиндрического металлопровода, а также вторичного поля ферромагнитного цилиндра в локально одно- Зр родном (в пределах области измерений) естественном магнитном поле Земли.

Ток, протекающий вдоль цилиндрического металлопровода, ввиду его высокой электропроводности создает в окружаюо 35 щем пространстве магнитное поле, которое практически эквивалентно полю ,линейного тока, т.е. обладает единственной, не равной нулю азимутальной (относительно оси трубы) компонентойв 4р

Поскольку магнитная проницаемость большинства грунтов близка к единице, то они существенно не изменяют концентрического осесимметричного характера распределения магнитного поля тока, протекающего вдоль металлопровода. Вторичное поле металлопровода в поперечном сечении имеет дипольный характер, т.е. вдоль линии, вроходящей через ось металлопровода и

50 совпадающей с направлением.перпендикулярной оси трубы составляющей первичного квазипостоянного поля Земли, обладает только радиальной компонентои, а азимутальная компонента вто55 ричного поля вдоль этой линии отсутствует. Переменное магнитное поле протекающего по.металлопроводу переменного тока, постоянное поле постоянного тока и естественное магни:— ное поле Земли независимы между собой (не влияют друг на друга) в силу принципа суперпозиции, что позволяет в предложенном способе рассматривать их раздельно.

При измерениях постоянного тока, протекающего в линейном проводнике, расположенном в однородном внешнем поле, согласно предложенному способу по формуле (3) допустимо измерять как разность аэимутальных компонент, так и разность модулей векторов напряженности постоянного магнитного поля в точках наблюдения. Это дает воэможность расширить класс магнитометров, пригодных при реализации пред— ложенного способа для измерения постоянного тока в случае малого вторич= ного поля (тонкие трубопроводы, ка— бели и т.п.), т.е. допустимо исполь-. зование как компонентных, так и модульных магнитометров (магнитных градиентометров).

Для индикации направления тока надо регистрировать направление создаваемого им поля. Это осуществляют следующим образом.

Поскольку для выбранных ближней и дальней от оси металлопровода точек наблюдения векторы напряженности магнитного поля удовлетворяют неравенству Й „(7 Й 1, то знак измеряемой разности его аэимутальных компонент 1Н = Н вЂ” Н . совпадает со зна1 2 ком самих компонент поля, который и характеризует направление вектора напряженности поля в выбранной системе координат (свяэанной с датчиками поля). Отсюда направление тока в металлопроводе определяют на основе известной связи (закон Био-Савара-Лапласа, правило буравчика) направлений вектора электрического тока и вектора создаваемого им магнитного поля .

Измерения силы и напряжения тока,, текущего по метаплопроводу, позволяют определить степень коррозионной опасности, выбрать тип защитной установки и прогнозировать возможное место выхода тока из металлопровода в землю для устройства точки дренажа.

Ре;" изация данйого способа позволяет получить сведения для планирования и производства выборочного ремонта магистральных трубопроводов их

136 изоляции нлн для корректировки средств злектрохиизащнты что в ео нечнои итоге дает возможность повысить надежность и увеличить сроки зксплуатации дорогостоящих подземн;.х сооружений.

Формула изобретения

I. Способ контроля протяженных цилиндрических иетаплопроводов,,основанный на измерении азимутальных компонент напряженности переменного магнитного поля в двух точках, расположенных на фиксированном (постоян" нои в процессе измерений) взаимном удалении вдоль прямой, являющейся продолжением радиуса изделия, и опре= делении по измеренным значениям величийи переменного тока в изделии и расстояния От изделия до точки набыб деиияФ о т л и ч а ю щ и и .с я теиф что, с целью повышения точности конт= роля„ дополнительно. измеряют разность

3080 8 величин напряженностей постоянного магнитного поля в тех же точках, а значение постоянного тока I определяют по формуле

Х 2РФ" H

Й Й;

Я ) ю

i где Н,, и Ч - напряженности перемен36 ного магнитно "o поля, создаваемого протеките щим в изделии переменным током в ближней и дальней от его.оси .точ16 ках соответственно; .ЗН вЂ” разность напряженнос" тей постоянного поля в тех же точках; с" — расстояние между n»""

26 каин о

2. Способ по п.l, о т л и ч, шийся тем, что точки располагают иа прямой, совпадающей с направ" лениеи компоненты магнитного поля р-", Земли, перпендикулярной оси изделия

1363080

Составитель 0.Рае окая

Техред Л.Сердюкова .

Корректор М.Максииишинец

Редактор Я.Швыдкая

Заказ 6399/34 Тираж 730 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/"»«4

Производственно-полиграфическое предприя ие, r. Ужгород, ул:, Проек íàÿ,,4