Применима ли бесконтактная магнитометрическая диагностика для обследования состояния изоляционных покрытий трубопроводов?

Вопрос:

Применима ли бесконтактная магнитометрическая диагностика для обследования состояния изоляционных покрытий трубопроводов?

Имеет ли метод магнитной томографии (МТМ) преимущества перед традиционными электрометрическими методами обследования состояния противокоррозионной защиты подземных или подводных трубопроводов?

Ответ:

Трубопроводы – практичный и надежный вид транспорта, исключительно широко применяемый в промышленности. Он используется для быстрой транспортировки больших объемов газообразных или жидких веществ, а также трехфазных смесей и даже раздробленного твердого сырья (шихты, пульты и т.п.). Основные преимущества: большой грузооборот, возможность непрерывной подачи и транспортировка продуктов в автоматическом режиме на огромные расстояния.

Трубопроводная транспортная система играет ключевую роль в нефтегазовом секторе. Например, более 96% нефти и нефтепродуктов транспортируются при помощи магистральных труб. Это является самым выгодным, так как позволяет максимально сэкономить финансовые ресурсы. Кроме того, использование подземной (подводной) трубопроводной инфраструктуры дает возможность максимально обезопасить продукцию от воздействия внешних факторов. Однако ее значительная протяженность создает определенные проблемы контроля техническ4ого состояния (диагностики), что создает риски, связанные с деградацией конструкции в условиях эксплуатационных нагрузок.

В связи с высокой экономической и энергетической значимостью, надежности и безопасности трубопроводов уделяется огромное внимание. Существует ряд нормативных документов, которые определяют основные требования к производству всех элементов, строительству, эксплуатации и утилизации отработавших свой срок трубопроводов. Благодаря соблюдению отечественных и международных норм удается достичь достаточно высокого уровня эффективности и надежности транспортной системы. Однако в цело проблема сохранения их надежности по мере старения конструкций по-прежнему актуальна во всем мире. Достаточно упомянуть, что на потери, связанные с одной лишь почвенной коррозией, приходится до 2 % ВВП даже в промышленно-развитых странах.

Противокоррозионная изоляция трубопровода: практическое значение

Трубопроводная трасса подвергается воздействию различных факторов окружающей среды. К ним относится влияние ультрафиолетовых лучей (при наземном прокладывании труб), постоянные колебания температур, влажность, различные механические действия, электрохимические процессы в грунта и металле труб (коррозия), явления деградации под комбинированным воздействием нагрузок и агрессивной среды – т.н. коррозионно-механические воздействия (коррозионное растрескивание под напряжением, КРН, сульфидное и водородное растрескивание, усталостное растрескивание), потеря устойчивости (коробление) и даже слом в результате оползней, сейсмической активности, нагрузок вследствие подводных течений и т.п..Кроме того, весьма важный вклад в процессы деградации как свойств металла, так и других компонентов трубопровода (изоляционных покрыти0 вносят процессы так называемой биокоррозии или микробиологической коррозии – Microbiological Induсed Corrosion (MIC) и биоповреждений.

Для полноценного функционирования системы необходимо снизить неблагоприятные воздействия среды до минимума. Оптимальный метод – создание пассивной защиты путем изоляции. В качестве изоляционных применяются различные материалы. Выбор того или иного типа сырья зависит от вида трубопровода и его предназначения.

К изоляционному покрытию выдвигается ряд требований:

·         Материал должен обладать диэлектрическими свойствами.

·         Он должен полностью укрывать трубы на всем протяжении соорудения.

·         Рекомендуется использовать только водонепроницаемый материал.

·         Необходимо применять материал с высокой механической прочностью.

·         Подобранный материал должен обладать устойчивостью к воздействию термических факторов и эластичностью.

·         Изоляционный материал также выполняет роль антикоррозийного покрытия.

Наиболее популярными материалами являются изоляторы на основе полиэтилена, поливинилхлорида и битума. В качестве дополнительного изоляционного слоя могут использоваться лакокрасочные вещества.

Диагностика (техническое диагностирование) – наиболее эффективный метод определения реального технического состояния и обеспечения надежности (целостности) трубопроводов

Эксплуатационные возможности металла трубопровода подвергаются изменениям (деградации – коррозионному и эрозионному износу, охрупчиванию и растрескиванию, старению, деформации под влиянием сверхпроектных нагрузок) и в ходе его активного использования. Это объясняется влиянием внешних и внутренних факторов, а также свойствами самого металла.

Как показывает практический опыт очень сложно учесть все действующие на трубопровод факторы сложной многофакторной системы и обеспечить защиту от коррозии на всем протяжении столь масштабных объектов. В связи с этим на отдельных участках трубопровода появляются различные дефекты металла. Часто они связаны с локальной деградацией изоляции – как нарушениями сплошности, так и отслаиванием (утратой т.н. адгезии). Результатом, в случае сквозного поражения (утратой герметичности) или растрескивания металла на подобных участках может стать аварийная ситуация с нарушением целостности трубопровода.

Для своевременного выявления потенциально опасного или предаварийного участка трубопровода необходимо регулярное проведение диагностических мероприятий. Проведение оценки состояния металла труб дает возможность вовремя провести ремонтные работы и предотвратить масштабную аварию, а обследование состояния покрытия – своевременно выявить потенциальные участки повышения коррзионной агрессивности по отношению к металлу.

Виды диагностики трубопроводов

Оценка технического состояния трубопровода может проводиться контактными или бесконтактными методами. Первый вариант преобладает в случае внутритрубных обследований магистральных трубопроводов, оборудованных камерами пуска-приема снарядов дефектоскопов. Однако для большинства трубопроводов, не подлежащих внутритрубной дефектоскопии (более 70% по общей протяженности) подобный вид контроля металла невозможен. В таких случаях металл контролируют выборочно – в отдельных точках доступа и удаления изоляционного покрытия, что позволяет оценить состояние металла лишь выборочно (не более 1 % по протяженности трубопровода в случае нормы – 2 шурфа/км). Инновационные дистанционные (бесконтактные) магнитные методы контроля металла сквозь землю или воду – без удаления изоляционных покрытий применяются для диагностики разных типов трубопроводов,, не подлежащих внутритрубной дефектоскопии.

Основные преимущества таких дистанционных методов:

·         Контроль технического состояния металла проводится без вмешательства в режим работы трубопровода, не требует прекращения функционирования системы для подготовки к обследованию.

·         Высокая производительность контроля – бригада операторов может двигаться при сканировании магнитного поля со скоростью до 20 км/сутки (в зависимости от условий трассы объекта).

·         Возможность оценки параметров надежности трубы в реальных условиях эксплуатации с учетом действующих механических напряжений.

·         Можно дополнительно использовать разные типы неразрушающего контроля для повышения точности прогноза параметров работоспособности трубопровода.

·         Обнаруживаются дефекты металла с ничтожными геометрическими размерами (например, усталостные микротрещины или внутренние трещины сварных соединений), не выявляемые. другими видами неразрушающего и разрушающего (гидроиспытания) контроля

·         Возможность выявления участков разрушения труб в условиях повышенных нагрузок – на участках провисов, прогибов, оползней, вечномерзлотных грунтов и грунтов со слабой несущей способностью, сейсмоактивных явлений и т.п.).

Существует несколько видов бесконтактного контроля трубопровода как сооружения в целом:

·         Видеонаблюдение (патрулирование) обычно применяется для определения вмешательства третьих лиц.

·         Ультразвуковая диагностика используется для оценки состояния сварных соединений. Основная сфера применения – трубопровод, который работает в условиях повышенного давления. При помощи этого способа удается достоверно определить надежность и стабильность шва. Огромное преимущество – полная безопасность для транспортируемого материала.НИ ОДНОГО ПРАВИЛЬНОГО ТЕЗИСА – ВСЕ НЕПРАВИЛЬНО ПОЛНОСТЬЮ – УЗК прежде всего КОНТАКТЕН, никогда не применяется «при транспортировке продукта» - только на новой пустой трубе (конечно – «безопасен для продукта – а какой метод «опасен для продукта? J. В условиях «повышенного давления работают ВСЕ трубопроводы. За исключением тех, где жидкость движется «самотеком» - под уклон J или под давлением из скважины J

·         Опрессовка повышенным давлением (гидроиспытания или стресс-тест) – проверенный временем метод, суть которого заключается в нагнетании в трубу, заполненную водой, воздуха под высоким давлением. После этого проводится регистрация давления и осмотр целостности объекта (выявление участков разрушения). При разрушении в местах дефектов стенки труб происходит утечка воды – те данный метод контроля – разрушающий.. Технология пользуется популярностью благодаря невысокой себестоимости.. Существенный недостаток – невозможность определения потенциально опасных участков, которые не приведут к разрушению в процессе гидроиспытаний... Визуализировать удается только явное нарушение целостности. В то же время подобные дополнительные нагрузки могут привести к стимулированию роста (страгиванию в рост) микротрещин, которые до этого не росли, что приведет к разрушению этих участков уже после гидроиспытаний.

·         Акустико-эмиссионное обследование и длинноволновый ультразвук – методы, требующие частого доступа к поверхности трубы для установки датчиков.

Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и применяется для выявления разных типов повреждений. Единственный, но существенный минус – невозможность оценки технического состояния там, где нет доступа к поверхности. Вместе с тем существует универсальный инновационный метод, который дает возможность бесконтактно и без доступа к поверхности металла выявить потенциально опасные участки трубы с любыми дефектами металла и даже участки повышенных нагрузок – метод магнитной томографии (МТМ).

МТМ – основа современной диагностики

Магнитная томография – современный метод, который основывается на оценке напряженно-деформированного состояния металла трубопровода на всем протяжении. Его главная задача – выявление участков трубопровода с повышенным риском разрушения металла и возникновения аварийной ситуации. Благодаря МТМ удается не только обнаружить участки с дефектами, но и вычислить параметры их работоспособности (надежности) – длительность срока безаварийной эксплуатации (гамма-процентный ресурс) и безопасное рабочее давление, а также коэффициент безопасной работы (расчетный ремонтный фактор)..

По параметрам изменения магнитного поля удается выявить концентраторы механических напряжений в той или иной части трубы и оценить степень этой концентрации (рассчитать коэффициент концентрации и величину локальных напряжений). При этом производится оценка степени опасности по критерию локальной нарузки.

Преимущество метода заключается в его высокой точности, отсутствии риска для трубопровода (метод не требует подготовки и присоединения к объекту, работая по принципу «пассивного приема). При помощи МТМ можно определить местонахождение и степень опасности таких дефектов, как:

·         Производственный брак (в том числе наличие неметаллических включений, пор, расслоений, закатов, плен).

·         Изменения геометрической формы (вмятины, гофры, волнистость стенки, овализация и коробления в результате потери устойчивости, которые появились в ходе эксплуатации).

·         Появление коррозии или эрозии, которое далеко не всегда связано с нарушением целостности изоляционного покрытия.

·         Трещиноподобные дефекты (риски, царапины, коррозионное растрескивание под напряжением - КРН) и трещины разного размера.

Этапы проведения обследования

Для выполнения всех необходимых стадий в брига достаточно трех человек (операторов). Диагностирование при помощи МТМ производится в несколько этапов:

·         Определение точного местоположения оси трубы. Для этого используется GPS или ГЛОНАСС система спутникого позиционирования, благодаря которой удается точно установить месторасположение всех наземных ориентиров: поворотов, кранов и задвижек, пересечений с другими коммуникациями, реками, дорогами,;маркеров, указателей и т.п.

·         Сканирование магнитного поля трубопровода. Выполняется с использованием программно-аппаратного комплекса - портативного магнитометра бесконтактного сканирующего. Вся записанная в память прибора информация позже переносится на ПК для программной обработки и расшифровки.

·         Предварительная обработка полученных данных, калибровка их по данным неразрушающего контроля в 1-2 точках доступа к поверхности металла (в шурфах) с дальнейшим проведением расчетов основных показателей.

·         После окончания полевых работ производится окончательный пересчет всех показателей (калибровка). На этом этапе определяется точное местоположение дефектных участков и степень риска возникновения аварийной ситуации с расчетными параметрами безопасности.

Функциональные возможности

МТМ обрел популярность в мире благодаря своей высокой практичности. Метод позволяет проводить диагностику практически на любой территории, в том числе для объектов, не подлежащих внутритрубной дефектоскопии.

Огромное преимущество метода – возможность оперативной диагностики без подготовки обследования. В среднем за один рабочий день удается провести диагностирование более до 5 км трубопровода. Кроме того, для проведения обследования требуется минимальное участие персонала и привлечения ресурсов владельца объекта.

При помощи МТМ удается не только выявить поврежденные участки, но и точно определить опасность дефектных участков с учетом их деформаций и нагрузок.

Магнитная томография дает возможность подобрать оптимальный путь планирования выборочного ремонта участков с рисками разрушения (перехода в предельное состояние). Благодаря высокой точности определения месторасположения и степени опасности удается рационально использовать ресурсы для проведения ремонтных работ – те МТМ является ресурсосберегающей технологией (Risk Based Inspection).

Диагностика МТМ: ограничения технологии

Метод магнитной томографии имеет некоторые ограничения:

·         Сигнал слабеет при удалении от основной оси трубы больше, чем на 15 диаметров трубопровода. Однако стандартная глубина заложения (заглубления в грунт) трубопроводов – 1,4 м и редко превышает величины 5-7 метров

·         При проведении диагностики намагниченного после производства или прохождения снарядов-дефектоскопов (MFL) участка трубопроводов может возникнуть «перебраковка» дефектов. Это связанно с высоким уровнем остаточной намагниченности металла.

·         При наличии больших магнитных масс (трубопроводов, постороннего металла или кабелей могут появиться помехи.

·         Минимальный диаметр труб составляет 100 мм (нормировано действующим нормативом).

Благодаря МТМ удается обеспечить надежность, безопасность эксплуатации и бесперебойность транспортирования продуктов по трубопроводной инфраструктуре, что очень выгодно в экономическом плане и гарантирует экологическую и энергетическую безопасность. Регулярное проведение магнитной томографии позволяет предотвратить возникновение масштабных аварийных ситуаций. Кроме того, метод возводит планирование ремонтно-восстановительных работ или мониторинга на новый уровень. На сегодняшний день большинство планов по ремонтным работам сводятся к проведению сплошного капитального или аварийного (на месте разрушения) ремонта. Оба варианта чрезвычайно затратны, а второй – еще и имеет крайне негативные социальные и экологические последствия. Использование МТМ дает возможность рационально перераспределить ресурсы (риск-ориентированный RBI-подход) и направить деятельность на проведение профилактических локальных ремонтных работ, тем самым обеспечивая надежность всей трубопроводной инфраструктуры.