Ответы на вопросы. Учебнометодическое пособие для выполнения лабораторных работ по дисциплине Техническая диагностика объектов транспорта и хранения углеводородов
 Скачать 5.85 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра «Транспорт и хранение нефти и газа» ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Техническая диагностика объектов транспорта и хранения углеводородов» Уфа 2018 2 Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся по направлению подготовки 21.04.01 Нефтегазовое дело, магистерские программы: «Проектирование и эксплуатация объектов трубопроводного транспорта углеводородов», «Морские сооружения транспорта и хранения нефти и газа», изучающих дисциплину «Техническая диагностика объектов транспорта и хранения углеводородов». Пособие содержит материал для проведения лабораторных работ, включая краткую теорию по рассматриваемым вопросам и описание приборов и установок, используемых для диагностики объектов транспорта и хранения нефти и газа, контрольные вопросы и список рекомендуемых литературных источников. Публикуется в авторской редакции. Составители: Хасанов И.И., доц., канд. техн. наук Гимаева А.Р., доц., канд. техн. наук Каримов Р.Р., ассистент Рецензенты: Дмитриева Т.В., к.т.н., доц. каф. ТХНГ Муратова В.И., к.т.н., доц. каф. ТХНГ ©ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», 2018 3 Содержание Лабораторная работа №1:«Профилеметрия трубопроводов» ........................................ 5 1.1 Общие положения ......................................................................................................... 5 1.2 Одноканальный профилемер ....................................................................................... 9 1.3 Многоканальный профилемер ПРН .......................................................................... 11 1.4 Скребок-калибр ........................................................................................................... 12 1.5 Снаряд – шаблон СШН ............................................................................................... 17 1.6 Навигационный снаряд ............................................................................................... 18 Лабораторная работа №2: «Ультразвуковые внутритрубные дефектоскопы» ........... 22 2.1 Общие положения ....................................................................................................... 22 2.2 Ультразвуковой внутритрубный дефектоскоп для прямого высокоточного измерения толщины стенки трубы (WM) ....................................................................... 23 2.3 Ультразвуковой внутритрубный дефектоскоп для прямого высокоточного обнаружения трещин на ранней стадии (CD) ................................................................. 32 2.4 Ультразвуковой внутритрубный комбинированный дефектоскоп для прямого высокоточного измерения толщины стенки трубы и обнаружения трещин на ранней стадии (WM&CD) .............................................................................................................. 38 Лабораторная работа №3:«Магнитные внутритрубные дефектоскопы» .................... 41 3.1 Общие сведения ........................................................................................................... 41 3.2 Магнитный дефектоскоп высокого и сверхвысокого разрешения с продольным намагничиванием (MFL) ................................................................................................... 45 3.3 Магнитный дефектоскоп высокого и сверхвысокого разрешения с поперечным намагничиванием (TFI) ..................................................................................................... 50 3.4 Комбинированный магнитный дефектоскоп сверхвысокого разрешения с продольным и поперечным намагничиванием ............................................................... 52 3.5 Применение регулятора скорости ............................................................................. 53 4 Лабораторная работа №4: «Акустико-эмиссионный контроль» .................................. 55 4.1 Общие положения ....................................................................................................... 55 4.2 Акустико-эмиссионный контроль резервуаров ....................................................... 60 4.3 Аппаратура АЭ контроля............................................................................................ 61 Лабораторная работа №5: «Вибрационный метод контроля» ...................................... 66 5.1 Общие положения ....................................................................................................... 66 5.2 Технические средства вибрационной диагностики машин .................................... 71 5.3 Системы непрерывного контроля вибрации ............................................................ 75 Контрольные вопросы……………………………………………………………….......80 Список рекомендуемой литературы ................................................................................ 82 5 Лабораторная работа №1: «Профилеметрия трубопроводов» Цель работы. Знакомства с приборами для контроля геометрии трубопровода при внутритрубной диагностике. Изучение принципов работы оборудования и приборов контроля, установленных на используемых диагностических снарядах. Обзор существующих внутритрубных инспекционных снарядов, используемых при проведении профилеметрии. 1.1Общие положения При проведении комплексного обследования трубопровода перед пропуском дефектоскопов необходимо убедиться, что проходное сечение по всей протяженности отвечает требованиям, как очистных скребков, так и дефектоскопов высокого и сверхвысокого разрешения (ультразвуковых, магнитных, ЭМА и комбинированных) по проходимости. Эту задачу должен решать снаряд, имеющий сверхвысокую проходимость и определяющий реальное проходное сечение. Именно для решения такой задачи предназначен профилемер. Для обнаружения дефектов геометрии трубопровода – вмятин, гофр, овальностей поперечного сечения используется электронно-механический способ измерений, реализованный в приборах – внутритрубных профилемерах. Прогрессивные схемотехнические решения, базирующиеся на элементной базе с микропотреблением; оптимальные алгоритмы сбора данных, продуманность компоновки обеспечивают требуемые габариты и проходимость. Механическая система сенсоров, непосредственно контактирующих с внутренней поверхностью стенки трубопровода, позволяет с высокой точностью выполнять оценку реального проходного сечения по всей протяженности диагностируемого участка. Для получения геометрической информации о трубопроводе используются механические устройства с множеством щупов, которые касаются внутренней поверхности трубы, отслеживая геометрию (рисунок1.1). 6 В одноканальной системе перемещения всех щупов суммируются механическим устройством и датчик (например, потенциометр) преобразует их в электрический сигнал, который после обработки регистрируется в запоминающем устройстве. В многоканальной системе перемещения одного или нескольких щупов преобразуются датчиком в электрический сигнал и затем регистрируются, при этом количество датчиков соответствует количеству каналов. Для определения положения геометрической особенности по окружности трубы, в приборе предусматривается устройство для определения местной вертикали (обычно в виде механического маятника с датчиком угла поворота), электрический сигнал которого также регистрируется в запоминающем устройстве прибора. α – нормальное положение рычага; β – угол отклонения рычага Рисунок 1.1 – Принцип измерения внутренней геометрии трубопровода профилемером Для измерения радиусов поворота внутритрубный профилемер чаще всего выполняют двухсекционным, при этом механическое устройство для измерения угла между осями секций (по типу кулачкового механизма, соединенного с датчиком угла поворота) встраивают в карданный шарнир. 7 Примером реализации этого метода получения геометрической информации о трубопроводе является внутритрубный профилемер «Калипер», который применяется на трубопроводах, эксплуатируемых ПАО «Транснефть». Внутритрубный профилемер (рисунок 1.2) состоит из двух секций – стальных герметичных корпусов, связанных между собой карданным соединением. Рисунок 1.2 – Внутритрубный профилемер В передней и задней частях первой секции установлены манжеты, предназначенные для центрирования и приведения в движение прибора в трубопроводе. Коническая манжета, установленная на передней секции, предназначена для предотвращения застревания прибора в трубах, имеющих тройное разветвление – «тройниках», не оборудованных предохранительными 8 решетками. В носовой части первой секции установлен бампер, под которым находится антенна приемопередатчика в защитном кожухе, а на задней части, на подпружиненных рычагах, одометрические колеса, предназначенные для измерения пройденного расстояния. На второй секции установлены манжеты и измерительная система, состоящая из множества рычагов с колесами (так называемый «спайдер») для измерения проходного сечения и других геометрических особенностей трубы. Колеса спайдера прижимаются к внутренней поверхности трубы и при движении профилемера перекатываются через препятствия, встречающиеся на их пути (поперечные сварные швы, вмятины, выступы и впадины конструктивных элементов трубопровода и т.п.), перемещая конец рычага, на котором установлены. Это движение через тяги передается на качающийся диск, к центру которого через шарниры и тягу соединен движок потенциометра. Перемещение движка потенциометра вызывает изменение сигнала, который затем преобразуется в цифровую форму и записывается в память профилемера. На карданном соединении смонтирована система измерения угла поворота, состоящая из неподвижного «грибка» на передней секции и находящегося с ним в контакте подвижного подпружиненного щупа на второй секции, соединенного с потенциометром. При повороте секций относительно друг друга «грибок», благодаря своему профилю, сдвигает щуп пропорционально углу поворота, а потенциометр преобразует это перемещение в электрический сигнал. Минимальное проходное сечение трубопровода, необходимое для пропуска профилемера, составляет 70%. Чувствительность измерительной системы прибора составляет + 2 мм. Точность измерения высоты вмятин на прямых участках трубопровода составляет (0,4 - 0,6)% относительно внешнего диаметра трубы. Минимальный радиус отвода, преодолеваемого прибором (цельнотянутого колена) 1,5 Dн при повороте на 90°. Внутренний локаторный блок, который защищен бампером, передает электромагнитные сигналы, позволяющие обнаружить прибор с поверхности земли при помощи переносного локаторного приемника. В дополнение к этому данный блок принимает электромагнитные сигналы от внешнего маркерного передатчика, 9 которые записываются вместе с текущими измерениями диаметра. Эти маркерные сигналы служат для поправки одометрической информации о пройденном расстоянии и привязки дефектов к контрольным точкам на местности, благодаря чему обеспечивают точность до 1-го метра относительно ближайшего поперечного сварного шва. Таким образом, в запоминающем устройстве происходит одновременная регистрация и хранение данных спайдера, угла поворота, сигналов одометра, сигналов маркерных передатчиков, а также временных отметок. Наличие дефектов и особенностей на трубопроводе, их геометрические параметры и места расположения определяются по распечатке данных профилеметрии после пропуска профилемера по трубопроводу. 1.2Одноканальный профилемер Принцип работы одноканального профилемера основывается на измерении взаимного расположения системы рычагов, связанных между собой через «качающийся» диск. Рычаги контактируют с внутренней поверхностью стенки трубопровода, обеспечивая практически полное перекрытие его поперечного сечения. При прохождении системой сенсоров аномалии геометрии трубопровода, изменяется положение «качающегося» диска относительно корпуса снаряда. Данный метод позволяет, регистрируя только один информационный канал, получать данные по полному проходному сечению. 10 Рисунок 1.3 – Принцип работы одноканального профилемера Кроме этого профилемер оборудован системой, позволяющей классифицировать пройденные во время диагностики отводы. Система измерения, пройденной профилемером дистанции, основана на одометрическом принципе и имеет два измерительных канала высокого разрешения. Данные по проходному сечению, показания системы классификации отводов и сигналы одометрической системы, в процессе обследования трубопровода, записываются на бортовой накопитель данных. Минимальное количество измерительных каналов и оптимальная упаковка записываемых данных позволяют минимизировать необходимую емкость бортового запоминающего устройства. Также, для повышения надежности и достоверности результатов, в процессе обследования фиксируются дополнительные параметры, позволяющие контролировать исправность и работоспособность измерительных систем. После выполнения диагностического обследования данные с бортового накопителя передаются на внешний компьютер для обработки и интерпретации. 11 1.3 Многоканальный профилемер ПРН Полное перекрытие измерительными сенсорами поперечного сечения трубопровода, высокая продольная разрешающая способность (локализация особенностей по протяженности трубопровода), фиксация пространственного расположения особенностей (относительно поперечного сечения трубы) и высокая чувствительность к изменениям геометрии делают многоканальный прфилемер незаменимым, мощным и надежным инструментом обследования трубопроводов. Принцип работы многоканального профилемера основывается на измерении углового положения сенсоров (рычагов), равномерно распределенных по окружности инспекционного снаряда и имеющих непосредственный контакт с внутренней поверхностью стенки трубопровода. Количество сенсоров обеспечивает полное перекрытие поперечного сечения трубопровода. Каждый сенсор связан со своим датчиком углового положения, что позволяет проводить независимые измерения для каждого сенсора в отдельности. Специалисты по интерпретации данных обрабатывают данные, полученные во время пропуска профилемера, выдают заключение о необходимости подготовки трубопровода к дальнейшему пропуску очистных скребков и дефектоскопов высокого разрешения (ультразвуковых, магнитных и комбинированных) и создают 12 отчет, который обычно включает раскладку трубопровода, включая раскладку секций трубопровода и список особенностей трубопровода. Таким образом, диагностическое обследование профилемером предоставляет высококачественную информацию о проходном сечении трубопровода, наличия и размерах дефектов геометрии, а также конструктивных особенностях трубопровода. 1.4Скребок-калибр 13 Во многих случаях при обследовании трубопроводов первым в трубопровод запускается скребок-калибр (рисунок 1.4). Скребок-калибр это внутритрубный снаряд, способный проходить значительные сужения трубопровода, отводы с малым радиусом кривизны, задвижки и краны по тем или иным причинам не полностью открытые, и другие препятствия. Расположение препятствий по длине трубопровода регистрируется во внутренней памяти встроенного телеметрического модуля при контакте этих препятствий с мерными дисками. Двигаясь первым по трубопроводу, скребок-калибр собирает со стенок накопившиеся отложения и частично выносит их в приѐмную камеру. Одновременно с очисткой трубопровода скребок-калибр определяет положение препятствий, которые помешают проведению диагностики трубопровода дорогостоящими магнисканами или ультрасканами. 1 - мерные диски; 2 - чистящие манжеты; 3 - электромагнитный передатчик; 4– бампер; 5 - легкий корпус Рисунок 1.4 – Скребок-калибр 14 На своѐм корпусе скребок-калибр имеет мерные диски, которые деформируются при контакте с выступающими внутрь элементами конструкции трубопровода или при контакте с находящимися в трубопроводе посторонними предметами. Изучая, принятый в приѐмной камере после пропуска, скребок-калибр, специалисты делают очень важные для хода дальнейших работ оценки: - оценивается проходное сечение трубопровода - оценивается количество отложений на стенках трубопровода На базе этих оценок делается основной вывод о необходимости и возможности пропуска в трубопроводе очистных скребков. 15 Рисунок 1.5 – Деформация мерных дисков (калибровочных пластин) Когда деформация мерных дисков велика, что говорит о недостаточном проходном сечении трубопровода для пропуска очистных скребков, возникает необходимость устранения сужений трубопровода, вызвавших деформацию мерных дисков (рисунок 1.5). Для локализации мест сужений трубопровода делается пропуск диагностического снаряда-профилемера, который, производя замеры внутреннего сечения трубопровода, отмечает дистанцию сужений от камеры запуска. Надо заметить, что достоверность данных профилеметрии не всегда достаточна по многим причинам. Большое количество загрязнений в трубопроводе, препятствующих хорошему контакту измерительных рычагов профилемера со стенкой трубопровода, что приводит к регистрации ложных сужений. Сложный режим скорости движения профилемера (особенно в газопроводах), когда имеют место остановки на препятствиях и последующие рывки при преодолениях сужений, что приводит к отскокам измерительных рычагов от сварных швов и др. элементов трубопровода. Эти несанкционированные движения рычагов также приводят к регистрации ложных сужений. Большое количество загрязнений в трубопроводе приводит также к проскальзыванию или блокировке одометрических колѐс профилемера, что снижает достоверность определения дистанции сужений от пусковой камеры. Таким образом, когда начинаются работы по устранению сужений трубопровода, во многих случаях приходится выполнять многократные пропуски профилемера для уточнения расположения мест сужений. Для повышения информативности пропуска скребка-калибра и сокращения потребности в пропусках профилемера предлагается оснастить скребок-калибр телеметрическим модулем. Конструктивно совмещѐнный в одном корпусе с низкочастотным передатчиком, он не накладывает ограничений на конструкцию скребка-калибра. 16 Фиксируя во внутреннюю память моменты контакта мерных дисков с твѐрдыми элементами трубопровода, он позволяет после пропуска скребка-калибра установить моменты времени, когда деформировались мерные диски. С большой долей вероятности эти моменты времени соответствуют прохождению скребком- калибром сужений трубопровода. Так как при первом пропуске скребка-калибра велик риск его остановки, то по трассе трубопровода организуется, как правило, большое количество маркерных (контрольных) точек с регистраторами прохождения снаряда, для облегчения поиска и извлечения скребка в случае его застревания. Установив в маркерных точках, низкочастотные приѐмники-регистраторы с точными часами можно, после пропуска скребка-калибра, установить моменты прохождения им маркерных точек. Совместный анализ данных приѐмников-регистраторов и телеметрического модуля скребка-калибра после пропуска, позволяет локализовать на трассе места расположения сужений трубопровода, которые помешают прохождению диагностического снаряда. Телеметрический модуль воспринимает своими датчиками ускорений удары элементов конструкции скребка о стенки трубопровода. Встроенная программа анализирует амплитуду и длительность ускорений. Удары эластичных элементов скребка (опорных манжет или дисков, пластиковых деталей корпуса) вызывают ускорения меньшей амплитуды и большей длительности, чем удары от соприкосновений с элементами трубопровода металлических мерных дисков. 17 |