Введение
Метод неразрушающего контроля
Утечка магнитного потока (технология TFI или инспекция поперечным полем) – это магнитный метод неразрушающего контроля для обнаружения коррозии и ям в стальных конструкциях, например, в трубопроводах и резервуарах хранения. Основной принцип заключается в том, что магнитное поле "вытекает" из стали в областях, где присутствует коррозия или отсутствует металл. Для намагничивания стали используется мощный магнит. В инструменте MFL (или Magnetic Flux Leakage) магнитный датчик располагается между полюсами магнита для обнаружения поля утечки. Специалисты анализируют записи поля утечки для выявления поврежденных участков и оценки глубины потери металла.
Введение в изучение трубопроводов
Существует множество методов оценки целостности трубопровода. Инструменты внутритрубной инспекции (ILI) предназначены для перемещения внутри трубопровода и сбора данных в процессе движения. Инструмент инспекции методом утечки магнитного потока (MFL ILI) используется для инспекции трубопроводов уже самое долгое время. MFL ILI обнаруживают и оценивают участки, где стенка трубы может быть повреждена коррозией. Более совершенные версии называют “высокого разрешения” из-за увеличенного количества датчиков. Высокоразрешающие MFL ILI обеспечивают более надежную и точную идентификацию аномалий в трубопроводе, тем самым снижая необходимость в дорогостоящих подтверждающих раскопках. Точная оценка аномалий трубопровода может улучшить процесс принятия решений в рамках программы управления целостностью, а программы раскопок могут быть сосредоточены на необходимом ремонте, а не на калибровке или разведочных раскопках. Использование информации, полученной при инспекции MFL ILI, не только экономически выгодно, но и может оказаться чрезвычайно ценным компонентом программы управления целостностью трубопровода. Надежное обеспечение и транспортировка продукта безопасным и экономически эффективным способом является основной целью большинства трубопроводных компаний; управление целостностью трубопровода имеет первостепенное значение для достижения этой цели. Программы внутритрубной инспекции – один из наиболее эффективных способов получения данных, которые могут служить основой для программы управления целостностью. Существует множество типов инструментов ILI, обнаруживающих различные дефекты трубопроводов. Однако инструменты MFL высокого разрешения становятся все более распространенными, поскольку область их применения превосходит первоначальные задачи. Изначально разработанный для обнаружения участков потери металла, современный инструмент MFL высокого разрешения способен точно оценивать степень коррозии, выявлять вмятины, складки, выпуклости и трещины.
Принцип МФО
По мере движения инструмента MFL по трубопроводу между стенкой трубы и инструментом создается магнитная цепь. Щетки обычно служат передатчиком магнитного потока от инструмента в стенку трубы, и поскольку магниты ориентированы в противоположных направлениях, создается поток в эллиптической форме. Инструменты MFL с высоким полем насыщают стенку трубы магнитным потоком до тех пор, пока стенка трубы не перестанет его удерживать. Оставшийся поток вытекает из стенки трубы, и стратегически расположенные трехосные датчики на эффекте Холла могут точно измерять трехмерный вектор поля утечки. Учитывая, что утечка магнитного потока является векторной величиной, а датчик Холла может измерять только в одном направлении, для точного измерения осевой, радиальной и окружной составляющих сигнала MFL необходимо ориентировать три датчика внутри датчика. Осевая составляющая векторного сигнала измеряется датчиком, установленным ортогонально оси трубы, а радиальный датчик предназначен для измерения силы потока, вытекающего из трубы. Окружная составляющая векторного сигнала может быть измерена путем установки датчика перпендикулярно этому полю. Более ранние инструменты MFL регистрировали только осевую составляющую, но инструменты с высоким разрешением обычно измеряют все три составляющие. Для определения, происходит ли потеря металла на внутренней или внешней поверхности трубы, используется отдельный датчик вихревых токов для определения местоположения аномалии на поверхности стенки. Единицей измерения сигнала MFL является гаусс или тесла, и, как правило, чем больше изменение обнаруженного магнитного поля, тем больше аномалия.
Анализ сигнала
Основная цель инструмента MFL – обнаружение коррозии в трубопроводе. Для более точного прогнозирования размеров (длина, ширина и глубина) коррозионного дефекта проводится обширное тестирование перед тем, как инструмент будет введен в действующий трубопровод. Используя известный набор измеренных дефектов, инструменты обучают и тестируют для точной интерпретации сигналов MFL. Дефекты могут быть смоделированы различными методами. Создание и, следовательно, знание фактических размеров дефекта позволяет относительно легко устанавливать простую взаимосвязь между сигналами и реальными аномалиями, обнаруженными в трубопроводе. Если сигналы, полученные при реальной инспекции трубопровода, имеют характеристики, схожие с сигналами, полученными в ходе тестирования, логично предположить, что и сами дефекты будут схожими. Алгоритмы и нейронные сети, предназначенные для расчета размеров коррозионного дефекта, сложны и часто являются тщательно охраняемой коммерческой тайной. Аномалия часто представляется в упрощенном виде как кубический объект с оценочной длиной, шириной и глубиной. Таким образом, эффективная площадь потери металла может быть рассчитана и использована в общепринятых формулах для прогнозирования расчетного давления разрушения трубы, вызванного обнаруженной аномалией. Важным фактором в постоянном совершенствовании алгоритмов определения размеров является обратная связь от клиентов поставщикам ILI. Каждая аномалия в трубопроводе уникальна, и невозможно воссоздать в лабораторных условиях все возможные ситуации, встречающиеся в полевых условиях. Обычно между инспекционными компаниями и операторами трубопроводов поддерживаются открытые каналы связи относительно того, что было зафиксировано в отчете и что было фактически визуально подтверждено при раскопках. После инспекции собранные данные загружаются и компилируются, чтобы аналитик мог точно интерпретировать полученные сигналы. Большинство компаний, занимающихся инспекцией трубопроводов, используют собственное программное обеспечение для просмотра данных, собранных их инструментами. Три компонента векторного поля MFL рассматриваются как по отдельности, так и в совокупности для выявления и классификации коррозионных дефектов. Дефекты потери металла имеют уникальные сигналы, которые аналитики обучены распознавать.
Оценка скорости роста коррозии
Приборы МФЛ с высоким разрешением собирают данные примерно каждые 2 мм вдоль оси трубы, и это превосходное разрешение позволяет проводить всесторонний анализ собранных сигналов. Программы управления целостностью трубопроводов предусматривают определенные интервалы для инспекции участков трубопровода, и использование приборов МФЛ с высоким разрешением позволяет проводить детальный анализ роста коррозии. Такой анализ оказывается чрезвычайно полезным для прогнозирования интервалов инспекции.
Другие признаки, которые может определить инструмент MFL
Хотя инструменты MFL в основном используются для обнаружения коррозии, они также могут применяться для выявления дефектов, не предусмотренных их первоначальной конструкцией. При встрече инструмента MFL с геометрической деформацией, такой как вмятина, складка или выпуклость, возникает отчетливый сигнал, обусловленный пластической деформацией стенки трубы.
Обнаружение трещин
Бывают случаи, когда в трубопроводе, проверенном инструментом магнитоиндукционного дефектоскопирования, обнаруживаются крупные неаксиальные трещины. Опытный аналитик данных магнитоиндукционного дефектоскопирования легко распознает вмятину по характерному сигналу в форме "подковы" в радиальной компоненте векторного поля. Однако, сигнатура трещины не так легко идентифицируется при использовании этого метода.