1.3. Методика эксперимента
Внутритрубный профилемер (рис. 1.2) состоит из двух секций – стальных герметичных корпусов, связанных между собой карданным соединением.
В передней и задней частях первой секции установлены манжеты, предназначенные для центрирования и приведения в движение прибора в трубопроводе.
Рис. 1.2. Внутритрубный профилемер
Коническая манжета, установленная на передней секции, предназначена для предотвращения застревания прибора в трубах, имеющих тройное разветвление – «тройниках», не оборудованных предохранительными 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.
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, 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.
Одноканальный профилемер. 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 (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Одноканальный 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.
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 (рис. 1.4).
Рис. 1.4 Многоканальный профилемер
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.
Таким образом, диагностическое обследование профилемером предоставляет высококачественную информацию о проходном сечении трубопровода, наличия и размерах дефектов геометрии, а также конструктивных особенностях трубопровода.
1.4. Результаты эксперимента
В отчете необходимо изложить основы теории контроля геометрии трубопровода при внутритрубной диагностике, привести схему и описание принципов работы внутритрубного профилемера, описать основные компоненты одноканального и многоканального профилемера и сделать выводы.
1.5. Контрольные вопросы
Что такое геометрии трубопровода? Причины ее контроля.
Способы получения геометрической информации о трубопроводе.
Конструкция внутритрубного профилемера.
Принцип работы одноканального профилемера.
Принцип работы многоканального профилемера.
Лабораторная работа № 2. Ультразвуковая внутритрубная дефектоскопия
2.1. Цель работы
Изучение основных физических принципов ультразвуковой дефектоскопии и датчиков, используемых при внутритрубной диагностике. Знакомство с основными ультразвуковыми снарядами для внутритрубной дефектоскопии, а также с областями их применения и обнаруживаемыми ими дефектами.
2.2. Пояснения к работе
Физической основой ультразвуковой дефектоскопии является свойство ультразвуковых волн отражаться от несплошностей. Действие приборов ультразвукового контроля основано на посылке ультразвуковых импульсов и регистрации отраженных акустических эхо-сигналов или ослабленных сигналов. Посылка ультразвуковых импульсов и прием ультразвуковых сигналов производится пьезоэлементами, преобразующими переменное электрическое поле в акустическое поле и наоборот.
Чтобы ввести ультразвуковые волны в контролируемое изделие, между пьезопреобразователем-искателем и изделием необходимо обеспечить акустический контакт. Существуют два метода обеспечения такого контакта: контактный и погружной (иммерсионный). При контактном методе поверхность изделия смазывают минеральным маслом, глицерином, солидолом, специальной магнитной жидкостью, водой, гелем, и т.д. При иммерсионном методе контролируемое изделие и преобразователи находятся в среде или потоке жидкости. При проведении контроля в технологическом процессе в качестве иммерсионной жидкости обычно используется вода, при проведении внутритрубного контроля нефтепродуктопроводов перекачиваемый продукт, в газопроводах – жидкостная пробка.
В зависимости от типа дефекта ввод ультразвуковых волн осуществляется по нормали или под определенным углом к поверхности изделия. Во внутритрубных дефектоскопах преобразователи устанавливаются в гибком носителе, обеспечивающем фиксированный отступ между излучающей поверхностью преобразователя и внутренней поверхностью трубопровода.
Маркерная система дефектоскопа и система определения местной вертикали построены аналогично системам внутритрубного профилемера. Внешние маркерные передатчики располагаются в точно определенных местах вдоль трассы нефтепровода, благодаря чему точность определения координат дефектов достигает ± (20 - 25) см.
Данные, непрерывно поступающие от ультразвуковых датчиков, записываются одновременно с информацией одометрических колес, местной вертикали, временными метками и поступающими сигналами маркеров, благодаря чему при обработке данных осуществляется привязка информации к местности и окружности трубы.