Способ диагностики технического состояния трубопроводов и устройство для его осуществления

Способ диагностики технического состояния трубопроводов и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для диагностики технического состояния трубопроводов и других стальных пустотелых сооружений.

Известен способ и устройство для диагностики технического состояния трубопровода, заключающийся в том, что внутри трубопровода перемещают источник ультразвука и приемником принимают сигнал, по которому определяют дефекты трубопровода (Патент РФ №2149394 от 07.09.99).

Недостатком способа и устройства является незначительная точность определения дефектов трубопровода.

Известен способ определения дефекта трубопровода и устройство для его осуществления. Способ заключается в том, что по трубопроводу потоком жидкости или газа перекатывают тор и за тором измеряют давление потока. По изменению давления в потоке определяют местонахождение свища. Устройство выполнено из тора, датчиков измерения давления в потоке и расстояния, которое прошел тор (Патент РФ №2164321 от 16.03.99).

Недостатком этих способа и устройства является то, что их можно использовать только для определения местонахождения свищей.

Известен способ и устройство для диагностики технического состояния трубопровода методом магнитной томографии, заключающийся в том, что на поверхности Земли параллельно трубопроводу перемещают источник магнитного поля с механизмом определения изменения магнитного поля, по которому определяют дефекты в стенке трубопровода. Устройство состоит из портативного источника магнитного поля и приемника сигнала (Патенты РФ №2132904, №2290765 от 27.12.2001 г., №2042946).

Недостатком этих способа и устройства является недостаточная чувствительность.

Задачей изобретения является повышение чувствительности диагностирования трубопроводов.

Поставленная задача решается совокупным применением группы изобретений.

Дополнительное перемещение внутри трубопровода источника магнитного поля с одновременным воздействием на стенку трубопровода механической силой позволяет повысить чувствительность и находить более мелкие дефекты.

Перемещение источника магнитного поля и механизма воздействия на стенку трубопровода потоком жидкости или газа путем перекатывания тора упрощает способ и конструкцию устройства.

Заполнение тора текучим агентом повышает чувствительность.

Установка в трубопроводе источника магнитного поля с возможностью его перемещения повышает чувствительность.

Выполнение источника магнитного поля и механизма воздействия на стенку трубопровода в виде тора упрощает конструкцию.

Выполнение источника магнитного поля из магнитной жидкости или постоянных магнитов повышает чувствительность.

Выполнение диаметра тора большим, чем диаметр трубопровода, в котором он перекатывается, позволяет повысить чувствительность.

На представленных чертежах изображено:

на фиг.1 - устройство в трубопроводе;

на фиг.2 - устройство тора, заполненного магнитной жидкостью;

на фиг.3 - тор с магнитами;

на фиг.4 - тор с магнитами, размещенными в магнитной жидкости;

на фиг.5 - схема устройства.

Устройство, изображенное на фиг.1, выполнено из трубопровода 1, в котором установлен тор 2, с источником 3 магнитного поля.

Устройство, изображенное на фиг.2, выполнено из тора 2, который заполнен магнитной жидкостью 4. В данном случае источник 3 магнитного поля выполнен из магнитной жидкости 4.

Устройство, изображенное на фиг.3, выполнено из тора 2, в котором закреплены бесконечные ленты 5 с установленными на них постоянными магнитами 6. Top 2 заполнен текучим агентом 7 (жидкость, газ).

Устройство, изображенное на фиг.4, выполнено из тора 2, заполненного магнитной жидкостью 4. На внутренней поверхности тора 2 закреплены бесконечные ленты 5 с постоянными магнитами 6.

Устройство, изображенное на фиг.5, выполнено из тора 2 с источником 3 магнитного поля. Тор 2 установлен в трубопроводе 1. Над трубопроводом 1 размещен автономный приемник 8 создания и приема магнитного поля, например механизм диагностирования трубопровода 1 методом магнитной томографии.

Устройство, изображенное на фиг.1-5, работает следующим образом. Синхронно перемещают в трубопроводе 1 тор 2 с источником 3 магнитного поля, а над трубопроводом 1 перемещают автономный приемник 8 создания и приема магнитного поля.

Когда тор 2 перекатывается в трубопроводе, то источник магнитного поля 3 создает вращающееся магнитное поле, которое проходит через стальную стенку трубопровода 1. Дефекты в стенке трубопровода искажают магнитное поле.

Коллоидные частицы ферро или ферримагнетика обладают постоянным по величине магнитным моментом. Внешнее магнитное поле упорядочивает направление магнитных моментов, что ведет к появлению макроскопической намагниченности. Существуют два механизма дезориентации магнитных моментов коллоидных частиц. В твердой одноосной частице происходит тепловой «переброс» магнитного момента между двумя противоположными направлениями оси легкого намагничивания кристалла. Второй механизм обусловлен броуновским (тепловым) вращением частиц относительно жидкой основы.

В средних по величине магнитных полях тепловое движение препятствует выстраиванию магнитных моментов вдоль поля. В очень сильном поле все магнитные моменты ориентированы полем, и намагниченность достигает состояния насыщения. В равновесном состоянии намагниченность жидкости зависит от объемной концентрации магнитного материала, величины магнитного момента частицы, приложенного поля и энергии разупорядочивающего теплового движения.

Установлено, что вращение тора практически ликвидирует энергию разупорядочивающего теплового движения.

Концентрация твердой фазы вблизи оболочки тора возрастает почти на порядок. Эта концентрация зависит от скорости вращения тора.

В магнитных жидкостях существует определенная полидисперсность твердой фазы. Кривые намагничивания показывают сильное влияние размера частиц магнетита на магнитную восприимчивость и магнитный момент. В основе так называемого магнитогранулометрического метода определения размера малых магнитных частиц лежит сопоставление экспериментальных кривых.

С вращением тора это влияние практически исчезает, мелкие частицы располагаются между крупными частицами.

Тем не менее, существует оптимальный размер магнитных частиц. Этот эффективный диаметр частицы магнетита составил 11,7 нм.

Отношение намагниченности и плотности содержания твердой фазы оказывает существенное влияние на магнитные свойства жидкости.

Магнитные частицы при вращении тора ориентируются так, что значительно повышают реальный момент частиц магнетита.

Установлено, что резкое повышение концентрации частиц магнетита в области оболочки практически не меняет общую вязкость всего объема магнитной жидкости. Поэтому усилие, необходимое для перекатывания тора, практически не изменяется.

Тор обеспечивает агрегатирование частиц магнетита, которые образуют дополнительную оболочку, построенную из агрегатированных частиц.

При вращении тора магнитная жидкость становится неизотропной: в ней происходит ориентация отдельных магнитных моментов и, следовательно, самих частиц, если существует связь между моментом частицы и ее кристаллографической осью. Эта связь вызвана собственной анизотропией частиц, которая обусловлена кристаллографической магнитной анизотропией и несферичностью частиц. Полагая первую причину основной, напомним, что энергия магнитной анизотропии характеризуется работой, которую необходимо затратить, чтобы изменить выделенное направление магнитного момента вдоль оси легкого намагничивания. Степень связи магнитного момента с осью, следовательно, определяется энергией магнитной анизотропии по сравнению с энергией теплового движения.

Возникновение в жидкости упорядоченных агрегатов с возрастанием концентрации приводит к отклонению зависимости намагничивания от линейной.

Это обеспечивает то, что создается в стенке трубопровода более сильное магнитное поле, которое позволяет выявлять более мелкие дефекты.

Выявлению дефектов также способствует давление тора на стенку трубопровода 1, так как деформация трубопровода от внутренней нагрузки сильнее искажает магнитное поле.

Появление в магнитной жидкости агрегатов из магнитных частиц, как и увеличение диаметра монодисперсных частиц, должно качественно влиять на кривую намагничивания.

Пример

Проводили диагностику стального трубопровода, подающего питьевую воду. Диаметр трубопровода 800 мм, толщина стенки 14 мм.

В трубопроводе образовались отложения толщиной 50-100 мм. Длина трубопровода равна 12 км. Первоначально очистили трубопровод от отложений очистными устройствами по патенту RU 2358186.

Во время очистки на поверхности трубопровода образовали химическое покрытие путем подачи в воду, идущую для очистки полифосфата натрия с дозой 100 мг/л по P₂O₅. После очистки в трубопровод 1 установили тор, диаметр которого был на 10 мм больше, чем внутренний диаметр трубопровода 1, длина тора 1500 мм. В тор 2 закачали магнитную жидкость под давлением 0,4 МПа.

Тор 2 установили в трубопровод 1. Давлением сжатого воздуха, равного 0,2 МПа, переместили до конца трубопровода со скоростью 4 километра в час.

Синхронно над трубопроводом перемещали томограф, выпущенный ООО Научно-Технический центр «Транскор-К». Перемещение томографа производили вручную.

Были выявлены следующие дефекты трубопровода:

- два сквозных свища ⌀4 мм;

- по всей протяженности трубопровода были выявлены язвы глубиной 1-5 мм.

Решено было на внутреннюю поверхность трубопровода нанести слой фибробетона толщиной 4 мм по всей протяженности трубопровода.

Использование изобретения позволяет повысить точность определения дефектов трубопровода.

1. Устройство диагностики технического состояния трубопровода, включающее источник магнитного поля и приемник для принятия сигнала, размещенные вне трубопровода с возможностью их перемещения, при этом в трубопроводе установлен дополнительный источник магнитного поля с возможностью его перемещения, отличающееся тем, что дополнительный источник магнитного поля с возможностью его перемещения выполнен из тора с источником магнитного поля, который заполнен жидкостью или газом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тор заполнен магнитной жидкостью.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри тора закреплены бесконечные ленты с установленными на них постоянными магнитами.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тор выполнен большего диаметра, чем внутренний диаметр трубопровода, по которому он перемещается.