XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

ВВЕДЕНИЕ

Трубопроводы считаются критически важной инфраструктурой, используемой для транспортировки жизненно важных ресурсов, таких как нефть и газ на огромные расстояния. Надежность и безопасность этих трубопроводов имеют решающее значение для обеспечения их бесперебойной работы, с одной стороны, и для защиты окружающей среды и людей, с другой. Однако с ними также множество проблем, включая старение инфраструктуры, экологические риски и эксплуатационные риски. Эти риски могут привести к катастрофическим авариям или значительному ухудшению характеристик. В связи с этим мониторинг трубопроводов считается важной профилактической процедурой для предотвращения их поломок и их последствий. Потенциальные риски включают утечки, коррозию или повреждение конструкции. Игнорирование этих рисков может привести к отказу системы, что в конечном итоге повлечет за собой растрату ресурсов, загрязнение окружающей среды и экономические потери. Современные системы мониторинга включают в себя технологии, обеспечивающие сбор данных о трубопроводах в режиме реального времени. К таким технологиям относятся волоконно-оптические датчики, акустические устройства, индуктивные системы контроля [1].

В данной работе представлена основная информация по мониторингу трубопроводов из ферромагнитных материалов. Во-первых, перечислены ключевые факторы, которые необходимо учитывать при рассмотрении вопроса мониторинга трубопроводов.

Далее в работе рассматривается классификация широкого спектра технологий мониторинга трубопроводов из ферромагнитных материалов, некоторые из которых являются исследовательскими разработками, а другие уже внедрены на рынке. К этим технологиям относятся акустические датчики, гидрофоны, датчики давления, волоконно-оптические датчики, магнитопотоковая дефектоскопия, ультразвуковой контроль, интеллектуальная очистка трубопроводов, беспроводные сенсорные сети, дистанционное зондирование и робототехника.

1 Ключевые аспекты мониторинга трубопроводов

Мониторинг трубопроводов – важный процесс, который обеспечивает надежность. Безопасность и правильную работу трубопроводов. При создании и планировании системы мониторинга необходимо учитывать ряд ключевых условий. Говоря о мониторинге трубопроводов нефтегазовой отрасли необходимо учитывать воспламеняемость транспортируемого содержимого, также в связи с разнообразным характером местности и разнообразных условиях окружающей среды [2].

Контроль трубопроводов регламентируется рядом нормативных документов, обеспечивающих единый подход к диагностике и оценке дефектов. Основные стандарты[3 - 9]:

1. ГОСТ Р ИСО 17637 — визуальный контроль сварных соединений;

2. ГОСТ 18442 — капиллярный контроль;

3. ГОСТ 24507 — ультразвуковая дефектоскопия;

4. ГОСТ 21105 — магнитопорошковый контроль;

5. ПБ 03-585-03 — правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов;

6. международные стандарты ISO и API для нефтегазовой отрасли.

1.1 Географические и погодные условия

Трубопроводы в районах с суровыми погодными условиями более подвержены повреждениям, чем трубопроводы в обычных погодных условиях, что напрямую влияет на выбор датчика [10]. Некоторые исследования [11] показывает эффективность использования LiDAR (лазерного обнаружения и определения дальности) и радара в различных условиях. Системы мониторинга на основе LiDAR оказались надежным выбором в регионах с суровыми погодными условиями (например, во время снегопадов). Сканер LiDAR создает точное 3D-облако точек поверхности трубы. Программное обеспечение сравнивает полученную модель с эталонной и выявляет отклонения формы. Это позволяет обнаружить даже миллиметровые дефекты, которые в будущем могут привести к разрыву.

Также LiDAR можно эффективно применять для обнаружения утечек газов и жидких углеводородов. Прибор излучает два лазерных импульса разной длины волны – один поглощается газом, другой нет. Анализируя разницу в отраженном сигнале, система определяет концентрацию газа и его шлейф с точностью до нескольких метров. Такой лидар, установленный на дрон, эффективно находит микроутечки вдоль трассы трубопровода. Для обнаружения утечек нефтепродуктов используется лазер, который у молекул нефтепродуктов характерное свечение. Анализируя спектр этого свечения, прибор отличает нефтяное пятно от воды, почвы или растительности. Метод позволяет «видеть» загрязнения даже сквозь водную толщу или в сложных погодных условиях.

Однако, в условиях сильного холода или жары, такой системе необходимы дополнительные компоненты нагрева/охлаждения, поскольку при холоде могут трескаться линзы, а при горячем воздухе могут возникнуть искажение длин волн. Так, при работе в труднодоступных условиях может потребоваться использование дронов. Прибрежная местность характеризуется высокой влажностью, солевой коррозией и иногда нестабильностью грунта. Водонепроницаемость может быть важным фактором. Рекомендуется, чтобы разработчики систем учитывали подходящий уровень защиты от проникновения влаги и пыли (IP) при проектировании. Городские или промышленные зоны обычно страдают от электромагнитных помех (ЭМП), создаваемых различными источниками (например, вышки GSM, Wi-Fi, электронные устройства), а также от акустического шума из окружающей среды. Это требует больших усилий по проектированию для устранения ЭМП и фильтрации окружающего шума.

1.2 Технологии и методы мониторинга трубопроводов

Современные методы мониторинга трубопроводов можно условно разделить на внутритрубную и автономный инспекцию.

Внутритрубный контроль-это процесс оценки состояния трубопровода изнутри с использованием специализированных инструментов. К таким состояниям относятся внутренняя коррозия, трещины и засоры. Среди технологий обнаружения утечек можно упомянуть магнитопотоковый метод контроля, вихретоковый метод контроля, ультразвуковой метод контроля и электромагнитную акустику. Так, в 2023 году [12, 13] была предложена новая система, использующую электромагнитную индукцию и намагничивание с целью повышения эффективности обнаружения неисправностей. Предложенная система состоит из центральной магнитной кольцевой структуры (МКС), которая генерирует осевой магнитопоток и окружное однородное поле переменного тока. Эта система позволяет обнаруживать как поверхностные, так и глубокие дефекты в стенке трубопровода. Точность обнаружения может быть скорректирована путем изменения структуры магнита.

Автономный контроль - это процесс оценки состояния трубопровода (например, внутренней коррозии, трещин и засоров) в то время, когда он не находится в активной эксплуатации. Такой вид контроля необходим в ситуациях, когда трубопровод выведен из эксплуатации и требуется ручной контроль.

1.3 Эксплуатационные и технические расходы

1. Экономическая эффективность: это один из важнейших показателей при рассмотрении затрат. Его можно определить как компромисс между стоимостью установки и эксплуатации системы мониторинга и стоимостью возможных последствий отказа трубопровода.

2. Затраты на техническое обслуживание: Сюда входят профилактическое и корректирующее обслуживание, проводимое регулярно. Главная цель этого обслуживания — минимизировать более высокие затраты, которые могут возникнуть в результате полного или частичного выхода трубопровода из строя.

3. Эксплуатационные расходы: Использование некоторых методов мониторинга трубопроводов включают ингибиторы коррозии и неразрушающие методы контроля. Коррозия, особенно точечная коррозия, представляет собой серьезную угрозу, приводящую к выходам из строя трубопроводов и нанесению ущерба окружающей среде. Ингибиторы коррозии помогают замедлить процесс коррозии и, как следствие, продлить срок службы трубопровода. С другой стороны, неразрушающий контроль, такой как ультразвуковые методы, позволяет выявлять коррозию на ранней стадии, что, в свою очередь, влияет на эффективность мер защиты. Такой комплексный подход обеспечивает более безопасную и надежную эксплуатацию трубопроводов.

4. Реагирование и готовность к чрезвычайным ситуациям

Помимо выявления неисправностей в трубопроводах, равное внимание следует уделять эффективным системам мониторинга. Эффективные системы мониторинга включают методы оценки неисправности и меры по предотвращению «распространения» (например, предотвращению дальнейшего разрушения окружающей среды или потери продукции). Время реагирования определяется как период между обнаружением проблемы и началом корректирующих действий. Время реагирования включает сбор данных, передачу, обработку и реакцию оператора. Важно, чтобы соответствующие действия предпринимались в режиме реального времени при возникновении аномалий.

2. Технологии и методы мониторинга трубопроводов

Аномалии в трубопроводах могут возникать из-за воздействия окружающей среды, дефектов строительства, физических повреждений и других причин. К таким аномалиям относятся утечки, дефекты при монтаже и другие. Помимо причины возникновения аномалии, её появление серьёзно влияет на работу трубопроводов, что делает обнаружение аномалий важной задачей.

Системы мониторинга трубопроводов необходимы для обеспечения целостности и функционирования трубопроводов. Большинство используемых технологий основаны на масштабном сборе, обработке и передаче данных. Цели этого процесса, по сути, тройные: обнаружение и прогнозирование неисправностей, мониторинг производительности и обеспечение соответствия требованиям. Появление современных технологий позволило эффективно контролировать процессы на больших площадях, что и является актуальной задачей для трубопроводов. К таким современным технологиям относятся устройства сетевого взаимодействия, волоконно-оптические датчики и другие беспроводные технологии. На рисунке 1 показаны основные компоненты системы мониторинга.

Рисунок 1 – Этапы системы мониторинга состояния трубопровода

Далее рассмотрим ультразвуковые и акустические датчики, как часть системы мониторинга.

Акустические датчики весьма полезны для регистрации изменений звука или вибраций, которые обычно указывают на наличие утечек, трещин или других аномалий в трубопроводах. Вытекающая жидкость (газ, масло, вода) через трещину или отверстие в трубопроводе вызывает звуковой или вибрационный эффект. Здесь предлагается использовать сверхчувствительные широкополосные оптомеханические ультразвуковые датчики для обнаружения и анализа акустических сигналов, генерируемых сжатым азотом, выходящим из небольших шприцев. Полученные результаты подчеркивают способность датчика обнаруживать акустические излучения высоких частот, возникающие в результате утечек газа. Такие системы могут использоваться для бесконтактного раннего обнаружения утечек в системах со сжатой жидкостью. Это позволяет надежно обнаруживать утечки газа под высоким давлением, даже если оно находится вне оси или в неположенном положении [14].

Гидрофоны могут играть важную роль при работе с жидкостями. Это более простые акустические датчики, которые обычно называют «подводными микрофонами». Они используются в трубах, по которым текут жидкости, а также в подводных трубах. В работе [15] исследуется использование смешанных акустических и вибрационных датчиков для корреляционного анализа сигналов утечки из труб. Цель этой смешанной системы — сбалансировать чувствительность и шумостойкость. Комбинация обоих датчиков позволяет обнаруживать утечку и определять ее местоположение.

Другой метод [16] использование искажения акустического сигнала. В этом методе утечка в трубопроводе изменяет характер распространения звука внутри него. Такие искажения позволяют точно оценить размер утечки. В 2023 году был представлен новый метод, использующий сигналы акустической эмиссии, полученные из трубопроводов, и затем применяющий критерий Манна-Уитни в качестве индикатора состояния утечки в трубопроводе. Для локализации утечки этот метод использует метод отслеживания событий акустической эмиссии. Используемый метод применяет алгоритм расчета частоты ложных срабатываний, который вычисляет кратковременную энергию в пределах окон попадания и затем разделяет события с высокой энергией на банк событий.

Недавно методы распознавания образов, использующие алгоритмы машинного обучения, были применены для различения нормального шума трубопровода и шума утечки. Например, Улах и др. [16] представили платформу машинного обучения, использующую технологию акустической эмиссии (АЭ) с целью обнаружения и локализации утечек в трубопроводе. Из сигналов АЭ извлекаются несколько характеристик, затем обучаются модели машинного обучения с учителем. Эти модели включают нейронные сети, деревья решений, случайные леса и метод k-ближайших соседей. Система использует скользящее окно с адаптивным порогом, которое сохраняет как импульсные, так и непрерывные излучения и обеспечивает анализ в реальном времени. Для тестирования системы была создана база данных, представляющая воду и газ при различных давлениях и размерах микроотверстий, и тесты показали, что платформа достигла впечатляющей точности классификации в 99%. Недостатком системы является то, что она пока не может прогнозировать состояние трубопровода, давление или тип среды. Этот недостаток указывает на будущие возможности для усовершенствования. Такой подход подчеркивает потенциал технологии акустической эмиссии для практического обнаружения и локализации утечек в трубопроводах.

Мониторинг давления позволяет операторам выявлять определенные аномалии, например, утечки, засоры и структурные повреждения. Трубопровод имеет профиль давления, отражающий нормальный диапазон колебаний давления в исправно функционирующем трубопроводе. Этот профиль давления зависит от таких факторов, как расход, диаметр трубы, содержимое (например, вода или газ) и высота трассы трубопровода. Любое измерение, выходящее за пределы нормального диапазона профиля давления трубопровода, рассматривается как признак потенциальной аномалии в трубопроводе. Например, значительное падение давления может быть признаком утечки в трубопроводе, тогда как повышение давления может указывать на засор.

Существуют различные методы мониторинга давления в трубопроводах. Один из методов основан на измерении статического давления вдоль трубопровода в нормальных условиях эксплуатации. Таким образом, медленные изменения давления могут указывать на постепенные утечки. Среди этих методов мы называем метод отрицательных волн давления (NPW). При возникновении утечки генерируется волна давления, которая распространяется как вверх, так и вниз по течению. Место утечки можно определить, анализируя время прихода этих сгенерированных волн к датчикам, установленным вдоль трубопровода. Преимущества этого метода: экономичность и мониторинг в режиме, близком к реальному времени. Недостатки: работа с зашумленными данными, различение изменений давления, указывающих на утечки, от изменений, вызванных изменениями в работе (например, активностью насоса). Крайне важно понимать, как различать утечку и переходный процесс. Переходный процесс может происходить из-за закрытия клапанов или запуска/остановки насоса. Сгенерированная волна при утечке представляет собой резкое падение с медленным восстановлением, тогда как переходный процесс — внезапное падение с быстрым восстановлением. Утечка длится до тех пор, пока не будет устранена, в то время как переходное событие обычно кратковременно (например, от миллисекунд до секунд). Другой чувствительный к давлению метод был рассмотрен в работе [17, 18], где используется подход мониторинга дифференциального давления. Этот метод основан на определении разницы давлений между двумя точками вдоль трубопровода, что позволяет выявлять засоры или утечки. В этом методе используются двойные волоконно-оптические датчики Брэгга (FBG) и анализ методом конечных элементов. Датчики FBG — это оптические датчики, измеряющие различные физические параметры, такие как температура, деформация, давление и вибрация. Концепция метода заключается в следующем: внутри трубопровода встраивается волоконно-оптический кабель, и в его сердцевине выполняется периодическая модуляция показателя преломления. Анализируются изменения длины волны отраженного света через волоконно-оптический кабель. Предложенный метод выводит функцию скорости потока с помощью моделирования методом конечных элементов.

Дистанционное зондирование — это процесс обнаружения и измерения изменений физических характеристик как трубопроводов, так и окружающей среды. Этот процесс называется дистанционным, потому что он происходит на расстоянии, без прямого контакта с трубопроводом. Это может быть достигнуто с помощью спутников или БПЛА (беспилотных летательных аппаратов).

Беспилотные летательные аппараты приобрели важное значение благодаря своей способности контролировать труднодоступные для людей участки. Эти мини-аппараты оснащены камерами высокого разрешения. Во время полета вдоль трубопроводов они собирают подробные визуальные данные. Например, если эти БПЛА будут оснащены инфракрасными камерами, они смогут обнаруживать перепады температур, вызванные утечками. Известно, что утечка газа может создавать холодные зоны, а утечка масла — более теплые. В этом смысле тепловые изображения будут полезны для обнаружения утечек в режиме реального времени. Это позволяет выявлять несанкционированный доступ, незаконное врезное подключение или другие угрозы безопасности. В работе [10] представлен полуавтономный метод инспекции трубопроводов, использующий БПЛА, оснащенные инфракрасными термографическими устройствами для мониторинга трубопроводов. Метод использует автоматизированный полет, быстрый сбор данных, визуальное обнаружение и алгоритмы глубокого обучения. Вместе они гарантируют надежный анализ дефектов для обнаружения дефектов изоляции и утечек продукции с высокой точностью, что делает его хорошим выбором для процессов инспекции трубопроводов.

В работе [19] представлено использование БПЛА совместно с газовыми датчиками и лидаром (Light Detection And Ranging). В той же работе отмечается, что методы искусственных нейронных сетей (ИНС) превосходят методы регуляризованных машин опорных векторов (RSVM) по скорости и точности обнаружения утечек. По сравнению с ручными методами, БПЛА оказались быстрее и экономичнее. Для проверки предложенной системы были проведены эксперименты.

1.5 Применение методов неразрушающего контроля для трубопроводов из ферромагнитных материалов

1. Анализируя трубопроводы из ферромагнитных материалов (преимущественно углеродистых и низколегированных сталей), можно сделать вывод, что они эксплуатируются в сложных условиях: под воздействием высокого давления, перепадов температур, агрессивных сред и механических нагрузок. Это приводит к развитию различных дефектов, угрожающих целостности конструкции.

2. Основные типы дефектов таких трубопроводов:

   1. Трещины (усталостные, коррозионные, сварочные) — наиболее опасные дефекты, способные быстро развиваться под нагрузкой.

   2. Коррозионные повреждения:

      1. общая коррозия (равномерное утонение стенки);

      2. локальная коррозия (питтинги, язвы);

      3. межкристаллитная коррозия.

   3. Расслоения металла — нарушения сплошности внутри стенки трубы, часто возникающие из‑за дефектов производства.

   4. Поры и включения в сварных швах — результат нарушений технологии сварки.

   5. Несплошности сварных соединений:

      1. непровары;

      2. подрезы;

      3. свищи.

   6. Механические повреждения: вмятины, царапины, гофры.

   7. Изменения структуры металла под воздействием температуры или нагрузок.

2. Магнитные методы контроля ферромагнитных материалов

В современной промышленности методы магнитного контроля получили широкое распространение за счет высокой производительности, точность и возможности настройки автоматики. В общем виде данные методы основаны на взаимодействии магнитного поля с объектом контроля, в результате чего возникают его искажения. Это позволяет оценивать внутреннюю структуру изучаемых объектов без их разрушения.

В данном разделе будет выполнен анализ применяемых методов магнитного контроля с указанием их краткой характеристики, а также отраслей их эффективного применения. В конце раздела будет составлена сводная таблица рассмотренных методов.

2.1 Феррозондовый метод

Метод основан на регистрации специальным преобразователем феррозондом магнитных полей рассеяния, которые возникают над дефектом (трещиной, раковиной) в предварительно намагниченном изделии. Феррозонд преобразует напряженность магнитного поля в электрический сигнал, по которому судят о наличии и параметрах дефекта. Контроль может проводиться как в приложенном магнитном поле, так и после его снятия [18].

Стандарт ГОСТ Р 55680-2013 и ГОСТ 21104-75 регламентируют этот метод, устанавливая пять уровней чувствительности для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов. Метод позволяет обнаружить поверхностные дефекты с раскрытием от 0,1 мм и подповерхностные на глубине до 10 мм.

Производственные решения в нефтегазовоий отрасли. Контроль сварных швов трубопроводов различного диаметра, в том числе в условиях трассы. Феррозондовые дефектоскопы позволяют находить непровары, трещины и другие опасные дефекты сварки.

2.2 Магнитографический метод

Этот метод использует магнитную ленту для записи магнитного рельефа поверхности изделия. Ленту плотно прижимают к намагниченному объекту, и поля рассеяния от дефектов намагничивают ее. Затем ленту воспроизводят на дефектоскопе-считывателе, который преобразует записанный сигнал в изображение на экране или самописец [19].

Производственные кейсы применения данного метода для трубной промышленности состоит в контроле сварных швов прямошовных и спиральношовных труб большого диаметра, используемых в магистральных газо- и нефтепроводах. Метод позволяет документировать качество шва на всем его протяжении.

2.3 Метод с использованием эффекта Холла

Для выполнения данного вида контроля используется датчик Холла – полупроводниковая пластина, которая при помещении в магнитное поле генерирует напряжение, пропорциональное индукции этого поля. В дефектоскопии датчики Холла применяются для точного измерения полей рассеяния, а в толщинометрии – для измерения толщины немагнитных покрытий на магнитной основе [19, 20].

Производственные решения:

1. Современные сканирующие системы на основе высокочувствительных датчиков Холла (способны обнаруживать коррозию под слоем композитной оболочки и изоляции без её демонтажа. Время сканирования участка трубы может составлять несколько минут;

2. С помощью двух датчиков Холла, расположенных определенным образом, компенсируется влияние рельефа местности при измерении тока в трубе. Это позволяет точно определять места, утечек токаповреждения изоляционного покрытия;

2.4 Магнитная структуроскопия

В отличие от дефектоскопии, структуроскопия направлена не на поиск дефектов, а на оценку структуры и физико-механических свойств материала. Метод основан на существовании связи между магнитными характеристиками (коэрцитивная сила, магнитная проницаемость, остаточная индукция и др.) и такими параметрами, как твердость, предел прочности, глубина закаленного слоя, марка стали. Измеряя магнитные параметры, можно косвенно и неразрушающе судить о свойствах материала [19,20].

2.5 Сводная характеристика методов магнитного контроля

Для удобства работы с методами магнитного контроля была составлена сводная Таблица 1, отражающая основные особенности методов контроля, основные их достоинства и отрасли их применения.

Таблица 1 – Сводная характеристика магнитных методов неразрушающего контроля

Метод	Сущность	Типичные области применения	Ключевые преимущества
Феррозондовый	Измерение магнитных полей рассеяния над дефектами с помощью феррозондового преобразователя.	Контроль сварных швов, трубопроводов, деталей сложной формы в авиа- и машиностроении, вагонных осей на железной дороге.	Высокая чувствительность, возможность автоматизации, выявление подповерхностных дефектов.
Магнитографи-ческий	Фиксация магнитного рельефа (полей рассеяния) на магнитную ленту с последующим воспроизведением сигнала.	Контроль сварных соединений труб большого диаметра, проката, железнодорожных рельс.	Документирование результатов, возможность долговременного хранения данных.
С использованием эффекта Холла	Измерение напряженности магнитного поля полупроводниковым датчиком Холла.	Измерение толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании, контроль качества изделий после намагничивания.	Высокая точность измерений, широкий диапазон, компактность датчиков.
Магнитная структуроскопия	Установление корреляционных связей между магнитными характеристиками (коэрцитивная сила, остаточная индукция) и механическими свойствами/структурой материала.	Контроль качества термической и химико-термической обработки (глубина закалки, твердость), оценка прочностных свойств проката.	Оценка физико-механических свойств без разрушения, 100% контроль качества.

3. Методы автоматизированного контроля состояния ферромагнитных трубопроводов

Автоматизация контроля трубопроводов – одна из ключевых задач в нефтегазовой и энергетической отраслях. Из перечисленных методов для интеграции в автоматизированные системы диагностики магистральных и промысловых трубопроводов наиболее применимы феррозондовый, магнитографический и метод магнитной памяти металла (МПМ). Магнитопорошковый метод сложно автоматизировать из-за необходимости наносить порошок и визуально интерпретировать результат, а датчики Холла чаще используются в ручных толщиномерах или точечных измерениях.

В данном разделе будут рассмотрены методы, которые позволят внедрить контроль состояния трубопровода в автоматизированную систему. Будут описаны условия их применения, а также приведены примеры устройств, которые могут быть использованы для реализации рассматриваемых методов

3.1 Феррозондовый метод

Феррозондовые датчики устанавливаются на мобильные сканеры (тележки, роботы), которые перемещаются по трубе. Система автоматически намагничивает стенку трубы, регистрирует поля рассеяния и в реальном времени строит дефектограмму [21].

Пример применения:

Объект: Лупинги и подводные переходы магистральных нефтепроводов Западной Сибири.

Задача: Контроль сварных стыков после ремонта и выявление коррозионных язв на нижней образующей трубы.

Решение: Используются автоматизированные комплексы, сканирующие шов и прилегающие зоны с высокой скоростью. Система сама дифференцирует сигналы от трещин, непроваров и коррозии.

Устройство, которое может быть использовано для реализации данного метода – феррозондовый дефектоскоп A1550 IntroVisor (см. Рисунок 2).

Рисунок 2 – Феррозондовый дефектоскоп A1550 IntroVisor

Сканер оснащается матрицей феррозондовых преобразователей (до 32 каналов). Он автоматически перемещается по сварному шву трубы диаметром от 159 мм и более. Данный подход позволяет визуализировать магнитное поле над дефектом в режиме реального времени (B-сканы, C-сканы), автоматически определяет длину и глубину трещины. Широко применяется при контроле швов газопроводов высокого давления (например, «Сила Сибири»).

3.2 Магнитографический метод

Магнитная лента или блок магнитных головок встраиваются во внутритрубные инспекционные снаряды (ВИС), которые движутся внутри трубы по потоку продукта. Данный метод позволяет выполнять Сплошную диагностику стенки трубы по всей длине для выявления потери металла (коррозии), задиров, вмятин и продольных трещин [22].

ВИС прогоняется по трубе. Магнитная система намагничивает стенку, а датчики записывают картину полей рассеяния на носитель. После извлечения данные обрабатываются, и оператор получает карту дефектов с привязкой к координатам.

Объектом применения являются магистральные газо- и нефтепроводы («Дружба», Уренгой — Помары — Ужгород).

Устройство, которое может быть использовано для реализации данного метода – внутритрубный снаряд-дефектоскоп серии DM производства ООО «Спецнефтегаз» или НПО «Спектр» (см. Рисунок 3).

Рисунок 3 – Внутритрубный снаряд-дефектоскоп серии DM

Снаряды диаметром от 219 до 1420 мм оснащены высокочувствительными магнитными датчиками, часто на эффекте Холла, но принцип фиксации — магнитографический/магнитометрический.

Позволяют обнаруживать стресс-коррозионные трещины, которые являются одним из самых опасных видов дефектов газопроводов. Данные со снаряда интегрируются в GIS-системы для планирования ремонтов.

3.3 Метод магнитной памяти металла

В отличие от первых двух методов, МПМ не требует создания мощного внешнего поля. Автоматизированные сканеры на основе феррозондов или датчиков Холла перемещаются по поверхности трубы и регистрируют собственные поля рассеяния, вызванные рабочими нагрузками. Интеграция позволяет строить графики распределения коэффициента концентрации напряжений [23].

Автоматизированный сканер проезжает по размеченной трассе, накапливая данные. Программное обеспечение строит «паспорт напряжений» трубопровода и указывает зоны, требующие дополнительного ультразвукового контроля. Данный подход позволяет выполнить экспресс-диагностику для выявления наиболее напряженных участков, где наиболее вероятно зарождение усталостных трещин или интенсивная коррозия. Наиболее часто данный метод применяется на технологических трубопроводах компрессорных станций и тепловых сетях большого диаметра.

Устройство, которое может быть использовано для реализации данного метода – ИКН-3М производства ООО «Энергодиагностика» (см. Рисунок 4)

Рисунок 4 – Измеритель концентрации напряжений ИКН-3М

Устройство может работать в режиме автоматического сканирования с привязкой к координате. Широко используется на объектах ПАО «Газпром» и ПАО «Транснефть» для ранжирования участков трубопроводов по степени опасности. По результатам контроля МПМ часто принимается решение о внеочередной ревизии задвижек или вырезке катушек. Области применения - Сканирование металла трубопроводов, сварных соединений, зон тройников и изгибов.

3.4 Сравнительный анализ методов автоматизированного контроля

Сравнительный анализ методов автоматизированного контроля позволяет сделать следующие выводы:

1. Магнитографический метод (Внутритрубные снаряды) –лидер для глобальной диагностики магистралей. Является лучшим выбором, если нужно проверить сотни километров трубопровода изнутри, найти коррозию и получить эталонную карту дефектов

2. Феррозондовый метод – оптимальный выбор для локального и автоматизированного контроля, особенно сварных швов и зон термического влияния. Он хорошо ищет трещины, видит подповерхностные дефекты и может работать на сложном рельефе.

3. Метод магнитной памяти металла – специализированный инструмент для прогнозной диагностики. Он не столько ищет уже существующие дефекты, сколько указывает на потенциальные неисправности, что критически важно для экспертизы промышленной безопасности и оценки остаточного ресурса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был выполнен аналитический обзор методов обнаружения дефектов трубопроводов и оценена возможность их применения в различных условиях.

В первой главе были рассмотрены основные виды дефектов, которые могут возникать в ходе эксплуатации трубопроводов. Также были рассмотрены неразрушающие методы обнаружения возникающих дефектов как на внешней поверхности трубопроводов, так и во внутренней поверхности, а также дефекты, которые могут находиться внутри материала без видимых наружных признаков.

Во второй главе был выполнен анализ магнитных методов анализа состояния, как наиболее перспективных методов для ферромагнитных трубопроводов. Была составлена сравнительная таблица эффективности применения методов в различных условиях.

В третьей главе был рассмотрен вопрос организации автоматизированного контроля состояния трубопроводов. Были рассмотрены феррозондовый, магнитографический и метод магнитной памяти металла. Изучены приборы, которые могут быть использованы для реализации данных методов, а также сделаны выводы об оптимальных условиях применения того или иного метода.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Клюев, В.В. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник.—2003.— с. 10–15.

2. M.V. Biezma, M.A. Andrés, D. Agudo, E. Briz, TD. Barfoot Most fatal oil & gas pipeline accidents through history: A lessons learned approach Eng Fail Anal, 110 (2020), Article 104446, 10335, 10.1109/LRA.2022.3192885

3. ГОСТ Р ИСО 17637. Контроль неразрушающий. Визуальный контроль соединений, выполненных сваркой плавлением.

4. ГОСТ 18442. Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования.

5. ГОСТ 24507. Контроль неразрушающий. Методы ультразвуковые.

6. ГОСТ 21105. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод.

7. ПБ 03-585-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов.

8. ISO 17636. Non-destructive testing of welds — Radiographic testing.

9. API 1104. Standard for Welding Pipelines and Related Facilities.

10. Афанасьев, В.Б., Чернова Н.В. Современные методы неразрушающего контроля // Успехи современного естествознания.— 2011.— №  7 — с. 73–74

11. Ahmed AKL Mahmoud, Rasha Hasan, A Comprehensive Survey on Pipeline Monitoring Technologies: Advancements, Challenges, Market Opportunities and Future Directions, Journal of Pipeline Science and Engineering, 2025, 100353, ISSN 2667-1433,https://doi.org/10.1016/j.jpse.2025.100353.

12. M.V. Biezma, et al. Most fatal oil & gas pipeline accidents through history: A lessons learned approach Eng Fail Anal, 110 (2020), Article 104446, 10335, 10.1109/TIM.2023.3310083

13. Зацепин, Н.Н. Исследование магнитного поля вихревых токов над поверхностными дефектами. Дефектоскопия, 1969, №  4, с. 104–112.

14. K.G. Scheuer, RG. DeCorby All-Optical, Air-Coupled Ultrasonic Detection of Low-Pressure Gas Leaks and Observation of Jet Tones in the MHz Range Sensors, 23 (2023), p. 5665, 10.3390/s23125665

15. Ahmed AKL A Comprehensive Survey on Pipeline Monitoring Technologies: Advancements, Challenges, Market Opportunities and Future Directions 110 (2020), Article 104446, 10335, 10.1109/TIM.2023.3310083

16. K.G. Scheuer All-Optical, Air-Coupled Ultrasonic Detection of Low-Pressure Gas Leaks and Observation of Jet Tones in the MHz Range Sensors, 23 (2023), p. 5665, 10.1016/j.ymssp.2022.110067

17. N. Ullah, Z. Leakage Detection Using Acoustic Emission and Machine Learning Algorithms Sensors, 23 (2023), p. 3226, 10.3390/s2306322

18. C. Li A Non-Invasive Measurement Method of Pipeline Flow Rate Based on Dual FBG Sensors IEEE Sens J, 22 (2022)

19. Вихретоковый дефектоскоп (ВТД) [Электронный ресурс] //альфатест// URL:https://alfatest.ru/support/articles/vikhretokovyy-defektoskop/

20. Клюев В.В. (ред.). Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. Т. 6: Магнитные методы контроля. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 2006. — 840 с.

21. Покровский А.Д. Магнитные методы неразрушающего контроля: Учеб. пособие. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007. — 88 с.

22. Томограф ультразвуковой А1550 IntroVisor [Электронный ресурс]// GeoStandart// URL: https://geo-st.ru/catalogue/ultrazvukovye_defektoskopy/defektoskop_a1550_introvisor/

23. Снаряд-дефектоскоп для внутритрубной диагностики [Электронный ресурс]// Интрон // URL: https://www.intron.ru/ru/razrabotki/vnutritrubnaya-diagnostika-magistralnyix-truboprovodov.html?ysclid=mmv3om04bl289905481

24. ИКН-3М-12 измеритель концентрации напряжений [Электронный ресурс]// АналитПромПрибор // URL: https://analytprom.ru/izmeritel-koncentracii-napryazhenij-ikn-3m-12/?ysclid=mmv3wsporx735964857

Код для цитирования: Скопировать