На правах рукописи

ЛЮБЧИК Анна Николаевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО

МЕТОДА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ СВАРНЫХ ШВОВ И

НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЙ ПОДЗЕМНОГО

СТАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Авторе ферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минеральносырьевой университет «Горный»

Научный руководитель – доктор геолого-минералогических наук, профессор Крапивский Евгений Исаакович

Официальные оппоненты:

Поляков Вадим Алексеевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина», кафедра проектирования и эксплуатации газонефтепроводов, профессор Вишневская Надежда Семеновна, кандидат технических наук, ФГБОУ ВНО «Ухтинский государственный технический университете», кафедра проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов, доцент Ведущее предприятие – ОАО «Гипрогазцентр»

Защита состоится 27 июня 2014 г. в 18 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный»

по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд.

№ 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный»

и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 25 апреля 2014г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ФОКИН

диссертационного совета Андрей Сергеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований Диагностирование подземных нефте - и газопроводов с целью определения его состояния является важной задачей. Во все более возрастающих объемах в России, с этой целью, применяется внутритрубная магнитная диагностика. Однако более 50% трубопроводов не могут быть обследованы этим методом из-за неравнопроходного сечения, отсутствия камер приема и запуска внутритрубных приборов. Кроме того практически не решена задача контроля напряженных состояний трубопроводов с помощью внутритрубной магнитной диагностики. Поэтому дистанционная магнитная диагностика подземного трубопровода является важным направлением. Основное внимание в диссертации уделено повышению эффективности магнитометрического дистанционного определения напряженных состояний и местоположения сварных швов трубопроводов с использованием разработанной аппаратуры, методики и программного обеспечения.

Степень разработанность В области дистанционного контроля необходимо отметить работы ученых и специалистов: Агиней Р.В., Александров Ю.В., Власов В.Т., Гуськов С.С., Дубов А.А., Загидуллин Р.В., Клюев В.В., Коршак А.А., Крапивский Е.И., Кулеев В.Г., Ломаев Г.В., Лопатин В.В., Максимов И.Л., Михеев М.И., Мужицкий В.Ф., Некучаев В.О., Ригмант М.Б., Семенов В.В., Субботин С.С., Тухбатулин Ф.Г., Шур Я.С., Щербинин В.Е. и многие другие.

Однако в большинстве предшествующих работ повышению достоверности определения местоположения сварных швов и напряженных состояний стальных магистральных трубопроводов не уделено, по нашему мнению, достаточного внимания.

Для диагностики магистральных трубопроводов наиболее перспективным является магнитометрический метод дистанционной градиентометрии, позволяющий устанавливать зависимость между напряженностью магнитного поля стального подземного трубопровода и его местоположением в плане и в разрезе, напряженным состоянием и местоположением поперечных сварных швов. Разработка многодетекторной магнитометрической градиентометрии, методики исследований дистанционного контроля состояния подземных трубопроводов для обеспечения безаварийной эксплуатации, является актуальными.

Цель работы: обоснование способа совершенствования дистанционного контроля, местоположения напряженных состояний и поперечных сварных швов стального подземного трубопровода.

Идея работы: применение многодетекторной системы, состоящей, по меньшей мере, из трех пар трехкомпонентных феррозондов постоянного магнитного поля, расположенных ортогонально друг относительно друга и трехкомпонентного акселерометра, позволяет дистанционно определять местоположение напряженных состояний и поперечных сварных швов стального подземного трубопровода.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи исследования:

1. Провести анализ существующих дистанционных методов состояния магистральных трубопроводов и приборов для их осуществления. Дана оценка эффективности их применения для подземных магистральных трубопроводов;

2. Разработать методику магнитометрического метода контроля состояния подземного магистрального трубопровода, на основе применения многодетекторной системы, состоящей из трех пар трехкомпонентных феррозондов постоянного магнитного поля, расположенных ортогонально друг относительно друга и трехкомпонентного акселерометра;

3. На основании полученных в лабораторных и полевых условиях исследовании магнитных полей трубопроводов и теоретических исследований провести модернизацию магнитометрической аппаратуры для контроля местоположения напряженных состояний и поперечных сварных швов стального подземного трубопровода;

4. Разработать новый тип магнитометра градиентометра для исследования магнитных полей трубопроводов;

5. Провести расчеты аномальных магнитных полей стального трубопровода в среде ANSYS 13.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что для эффективного исследования и анализа магнитных полей напряженных состояний, необходимо использовать многодетекторную магнитометрическую систему, в которой трехкомпонентные датчики магнитной индукции расположены в различных точках пространства относительно трубопровода;

2. Получены новые зависимости взаимно ортогональных составляющих вектора напряженности постоянного магнитного поля от местоположения сварных швов и напряженного состояния линейной части подземного трубопровода.

3. Исследована форма аномалии магнитной индукции в зависимости от остаточной намагниченности и напряженного состояния трубопровода.

Защищаемые положения:

1. Применение многодетекторной магнитометрической системы, содержащей не менее трех пар взаимно перпендикулярных феррозондов, расположенных на различном расстоянии от трубопровода, и трехкомпонентный акселерометр, позволяет определять местоположения напряженно-деформированных состояний и сварных швов линейной части стального подземного трубопровода с точностью до 0,1 м.

2. Для установления местоположения поперечных сварных швов трубопровода необходимо определить направление намагниченности его смежных секций на расстоянии более 1 метра от сварного шва и форму магнитной аномалии.

3. Экспериментально подтверждено, что напряженнодеформированные состояния трубопроводов проявляются в магнитном поле в виде знакопеременных аномалий его составляющих.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовался комплексный метод исследований, включающий:

анализ и обобщение научных работ в области магнитометрии и магнитного дистанционного контроля стальных изделий, экспериментальных исследований. В работе использовались экспериментально-аналитические методы исследований: расчеты методом конечных элементов в лицензионной программе ANSYS 13, теория планирования эксперимента, статистической обработки результатов измерений, теория погрешностей.

Обоснованность и достоверность выводов и рекомендаций Достоверность защищаемых положений и основных выводов обеспечиваются значительным объемом экспериментального материала, хорошей сходимостью результатов параллельных опытов, близостью результатов полевого эксперимента и лабораторного моделирования, положительным результатом диагностирования на действующей линейной части трубы.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Создан аппаратурно-методический комплекс, включающий:

три магнитометра, разработанные по техническому заданию (ТЗ) научного руководителя и автора работы, устройство намагничивания, устройство размагничивания и трубу с дефектами.

2. Экспериментально доказана адекватность использования математической модели горизонтального кругового цилиндра для расчета магнитного поля трубопровода конечной длины.

3. Предложен способ диагностики технического состояния трубопровода (заявка на изобретение №2013130749 от 04.07.2013).

Реализация выводов и рекомендаций работы Разработанная методика магнитометрического дистанционного контроля местоположения напряженных состояний и поперечных сварных швов стального подземного трубопровода, интерпретации его результатов может быть использована инженерно-техническими работниками при проведении магнитной дистанционной диагностики трубопровода, на предприятиях, эксплуатирующих подземные магистральные трубопроводы, а так же использовано аспирантами при исследовании магнитного поля трубопровода с дефектами.

Личный вклад автора: состоит в постановке цели и задач исследований, участие в составление ТЗ, разработке методики полевых и лабораторных исследований и их проведении, разработке и обосновании технологии дистанционного магнитометрического метода на базе разработанных и изготовленных устройств.

Экспериментальные работы выполнены автором либо при его непосредственном участии.

Апробация работы. Основные положения, результаты экспериментальных исследований, выводы и рекомендации работы докладывались и получили положительную оценку на: 5-я Международная научная школа молодых ученых и специалистов.

«Проблемы освоения недр XXI веке глазами молодых» (г. Москва, ИПКОН РАН, 2008г.); 10-я Международная научная школа молодых ученых и специалистов. «Проблемы освоения недр XXI веке глазами молодых» (г. Москва, ИПКОН РАН, 2013г.); Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы рационального природопользования»

(г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2008-2010гг.); Международной конференции «New developments in Geoscience, Geoengineering, Metallurgy and Mining Economics» (Германия, г. Фрайберг, 2009г.);

14-ой и 15-ой Международной конференции «Transport and Sendimentation of Solid Particles» (Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2008-2009гг.); 6-ой и 7-ой Межрегиональной научно-практический конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера» (г. Воркута, ВГИ (филиала СПГГИ (ТУ)), 2008-2009гг.); X Международной молодёжной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2009»

(г.Ухта, УГТУ, 2009г.); Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в науке о Земле и горном деле» (г.

Новый Афон, КБГУ и ИГД СО РАН, 2013).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 в рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в список рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 151 странице.

Содержит 91 рисунок, 4 таблицы и список литературы из наименований.

диссертационной работы, актуальность исследований, сформулирована идея работы, определены цели и основные задачи исследования, научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе проведен анализ состояния теоретических и экспериментальных исследований в области дистанционной магнитной диагностики подземных трубопроводов по отечественным и зарубежным источникам, позволивший определить основные направления и современный уровень развития средств и методов дистанционного контроля трубопроводов, что позволило осуществить постановку задачи и определить основные направления исследований.

многодетекторной магнитометрической системы, а также приборов созданных по ТЗ научного руководителя и автора работы, используемых в лабораторных и полевых исследованиях магнитных полей стальных магистральных подземных трубопроводов.

В третьей главе проведен анализ теоретических исследований магнитных полей стальных подземных трубопроводов, доказывающий необходимость лабораторных исследований и их численного моделирования. В среде ANSYS 13 проведено математическое моделирование магнитного поля трубопровода конечной длины с дефектами, в результате чего получены графики составляющих индукции магнитного поля и модуля полного вектора при изменении условий измерения.

экспериментальных исследований сборок постоянных магнитов и модели трубопровода. Полученные результаты подтвердили адекватность математической и физической моделей.

В пятой главе описана методика интерпретации исследования и проанализированы результаты полевых исследований магнитных полей подземных магистральных трубопроводов.

В заключении представлены обобщенные выводы и рекомендации по результатам исследований в соответствии с целью и поставленными задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Использование многодетекторной магнитометрической системы, содержащей не менее трех пар взаимно перпендикулярных феррозондов, расположенных на различном расстоянии от трубопровода, и трехкомпонентный акселерометр, позволяет определять местоположения напряженнодеформированных состояний и сварных швов линейной части подземных стальных трубопроводов с точностью до 0,1 м.

Проведенный анализ теоретических исследований в области магнитной диагностики подземных трубопроводов, выявил необходимость доработки существующих методов диагностирования, путем совершенствования устройств используемых для его реализации.

В 2008 году компанией ООО «НПО ЭНТ» был создан магнитометр-градиентометр, включающий два трехкомпонентных датчика индукции магнитного поля и акселерометр (рисунок 1).

Аппаратура испытана в лаборатории диагностики Горного университета и в ОАО «Севергазпром» автором диссертационной работы под руководством Крапивского Е.И.

Рисунок 1 - Общий вид магнитометра – градиентометра В 2009 году были созданы: комплекс электромагнитной диагностики КЭМДТ, который включает в себя четыре трехкомпонентных датчика индукции постоянного и низкочастотного переменного магнитного поля и три однокомпонентных датчика индукции переменного магнитного поля (индукционные антенны) (рисунок 2) и аппаратура для магнитометрического и электрометрического обследования трубопроводов в движении АЭМД.

Рисунок 2 - Общий вид магнитометра-градиентометра КЭМДТ с оператором: 1, 2, 3 – преобразователи индукции переменного магнитного поля (индукционные антенны); 4, 5 – преобразователи индукции магнитного поля трехкомпонентные феррозонды; 6 – несущий каркас измерительного блока, 7 – жгут кабелей; 9 – На основе созданных в период с 2008 по 2010 гг., по ТЗ научного руководителя и автора работы, устройств дистанционного контроля местоположения напряженных состояний и поперечных сварных швов стального подземного трубопровода, была предложена многодетекторная магнитометрическая система, состоящая из трех пар феррозондов постоянного магнитного поля, расположенных ортогонально друг относительно друга и акселерометра (рисунок 3).

Основные технические характеристики магнитометрической системы, представлены в таблице 1.

магнитометрической системы Кол-во трехкомпонентных датчиков индукции постоянного магнитного поля, шт.

Рабочий диапазон индукции постоянного магнитного поля, мкТл ± Разрешающая способность индукции постоянного магнитного поля, мкТл Рабочий диапазон градиента (разности) индукции постоянного магнитного поля, мкТл Разрешающая способность градиента (разности) индукции постоянного магнитного поля, мкТл Предел основной погрешности измерения индукции постоянного магнитного поля Продолжение таблицы 1 - Основные технические характеристик магнитометрической системы Предел основной погрешности измерения градиента (разности) индукции постоянного магнитного поля Количество однокомпонентных датчиков индукции переменного магнитного поля, шт.

Рабочий диапазон индукции переменного магнитного поля, нТл Разрешающая способность индукции переменного магнитного поля, нТл Предел основной погрешности измерения индукции переменного магнитного поля Длительность непрерывной работы без подзарядки аккумулятора, Не менее Экспериментально установлено, что для повышения точности проводимых измерений индукции постоянного магнитного поля с помощью магнитометрического аппаратуры, необходимо учитывать погрешности и вводить поправочные коэффициенты.

Воспроизводимость результатов измерений служит интегральной оценкой погрешности. Погрешность магнитного метода определяется по формуле (1):

где i - составляющие общей погрешности.

Можно выделить следующие составляющие:

1. в - погрешность воспроизводимости. Определяется при постоянном положении прибора и связано с аппаратурной погрешностью. Зависит от величины поля и от местоположения датчика (фон, аномалия над трубопроводом).

Для использованного магнитометра - градиентометра при измерении градиента по разностной схеме среднеквадратическая погрешность воспроизводимости составляет около 0,01 мк Тл для фоновых значений магнитного поля и достигает 0,1 мк Тл при измерениях над трубопроводом.

При высокоточных наблюдениях необходимо записывать расстояние магниточувствительного элемента до земной поверхности и глубину залегания трубопровода, определенную методом исследования магнитных составляющих поля трубопровода.

Погрешность воспроизводимости исследовалась, как при лабораторных измерениях, так и при работах на магистральном трубопроводе. Вычислялась оценка погрешности воспроизводимости, результаты приведены в таблице 2.

2. – угловая погрешность измерений. Условно можно разделить на две части: погрешность девиации и погрешность акселерометра.

2.1. Погрешность девиации. Первая часть угловой погрешности зависит от ориентации датчика в магнитном поле, которая может быть уменьшена путем постоянной ориентации датчика относительно магнитного поля Земли и/или трубопровода.

Девиация, обусловленная изменением курса носителя, называется курсовой девиацией и выражается зависимостью, установленной Арчибальдом Смитом (1862 г.) где К магнитный курс носителя; А - постоянное угловое отклонение, поскольку определяемая им величина не зависит от курса; В и С – коэффициенты полукруговой девиации (соответствующая им девиация меняет знак через 180о); D и E – коэффициенты четвертной девиации (меняющей знак через 90о).

Погрешность параллельности компенсируется третьим вспомогательным зондом, установленным перпендикулярно измерительной оси градиентометра и имеющим возможность вращения, совпадающую по направлению с этой осью.

2.2. Погрешность акселерометра. Вторая часть угловой погрешности зависит от отклонения датчика от вертикали и может быть уменьшена путем введения поправок на показания акселерометра. Согласно теоретическим расчетам эта погрешность минимальная для Z-составляющей магнитного поля и Z-градиента и может достигать 0,1 мк Тл для Х и Y составляющих магнитного поля.

В лабораторных условиях для определения поправок на показания акселерометра были проведены измерения составляющих постоянного магнитного поля в зависимости от изменения угла наклона датчика (рисунок 4).

Рисунок 4 - Зависимость коэффициентов поправок магнитного поля от поворота датчиков аппаратуры вокруг оси Экспериментально установлено, что введения поправок на:

наклон датчика в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси; поворот датчика в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, позволяет повысить точность измерений индукции постоянного магнитного поля. Значение компонент магнитного поля с учетом поправки рассчитывается по формуле:

где Z –величина индукции вертикальной составляющей магнитного поля с учетом поправки, Z0 – величина индукции вертикальной составляющей магнитного поля, без учета поправки;

– угол поворота датчика аппаратуры в горизонтальной плоскости; Kкоэффициент поправки на поворот датчиков аппаратуры в горизонтальной плоскости; С – постоянная величина.

Курсовая погрешность максимальная для составляющей перпендикулярной оси трубопровода, может достигать 1 мкТл в аномальных полях, что делает необходимым введение поправок, экспериментальных условиях, на рисунке 5 показано влияние введения поправок на точность получения данных.

3. х – погрешность отклонения оси прибора от оси трубопровода. Эта погрешность зависит, как от расстояния до оси трубопровода, так и от его диаметра и различна для различных составляющих феррозондовых датчиков. Данная погрешность может быть сведена к минимуму за счет использования индукционных антенн (рисунки 6, 7).

Рисунок 5 - Составляющие постоянного магнитного поля Х, Y,Z, измеренные вдоль трех секций трубопровода 2. Для установления местоположения сварных швов трубопровода необходимо определить направление намагниченности его смежных секций на расстоянии более метра от сварного шва и форму магнитной аномалии.

Существует три вида стыков между звеньями трубопровода:

вектора намагниченности сходятся, расходятся или коллениарны (имеют одинаковое направление).

В результате двумерного моделирования (рисунок 8) установлено следующее:

1. Большие минимумы соответствуют местам стыковки звеньев, у которых вектора намагниченности сходятся.

2. Большие максимумы соответствуют местам стыковки звеньев, у которых вектора намагниченности расходятся.

3. Небольшие пики на кривой соответствуют местам стыковки звеньев с коллинеарными векторами намагниченности. В последнем случае на картине магнитного поля проявляются зоны сварки (швы) между соседними звеньями. Так как в процессе сварки некоторая часть соседних звеньев нагревается выше точки Кюри, шов приобретает отличную от звеньев намагниченность. Это позволяет нам выделять такого вида стыки.

Рисунок 8 - Модели трубопроводов, содержащие три вида стыков между звеньями трубопровода, J- вектор полной намагниченности Важным результатом является то, что для некоторых секций труб выявлена пониженная намагниченность. Причиной пониженной намагниченности могут быть конструктивные особенности труб, три типа: 1) с одним продольным швом; 2) с двумя продольными швами; 3) ленточные.

Рисунок 9 – Значение вектора полной намагниченности J вдоль оси участка трубопровода, содержащего звено с пониженной В случае второго типа, когда два полуцилиндра трубы соединены продольными швами так, что векторы намагниченности направлены навстречу друг другу, суммарная намагниченность снижается. Более сложным распределением намагниченности характеризуется третий тип труб. Ленточные трубы, оказываясь наиболее дешевыми в производстве, наименее надежны в эксплуатации. Обнаружение в трубопроводе таких наименее надежных по конструкции секций позволит установить за ними постоянный контроль. Описанные выше возможные варианты стыков между звеньями трубопровода представлены на рисунке 9.

Рисунок 10 - а) Составляющие магнитного поля четырех магнитов соединенных одинаковыми полюсами; б) сборка перевернута вниз Данная теория была проверена на сборке постоянных магнитов для разных последовательностей, на рисунке 10 представлены графики составляющих магнитного поля для четырех магнитов соединенных одинаковыми полюсами.

При изучении составляющих постоянного магнитного поля на модели трубопровода, представляющей собой три звена труб диаметром 10 см и длинной 50 см практически исследован тот факт, что при переходе от одного звена к другому изменяется форма магнитной аномалии, т.е. наблюдается резкий максимум (как в случае с вертикальной составляющей Z), минимум или изменение знака поля (рисунок 5).

3. Экспериментально подтверждено напряженнодеформированные состояния трубопроводов проявляются в магнитном поле, в виде знакопеременной аномалии его составляющих.

Исследования магнитных полей подземных магистральных трубопроводов проводились на газопроводах Ухта-Торжок, магистральном нефтепроводе в районе г. Ухты. Измерение магнитного поля трубопроводов Ухта-Торжок подтвердило вывод о сложном характере магнитного поля трубопроводов, обусловленным, главным образом, остаточной намагниченностью и влиянием сварных швов.

Рисунок 12 - Составляющие X, Y, Z постоянного магнитного поля на аномальном участке (коррозия 25 %) газопровода “Ухта-Торжок-3”, 40,5 км. А. Высота датчика 0 м, В. Высота датчика 1 м Коррозионные участки трубопровода, выделенные по данным внутритрубной магнитной дефектоскопии, выделяются аномалиями Z и Y-составляющих магнитного поля и, особенно, их градиента (рисунок 12).

Напряженно-деформированные состояния (НДС), обусловленные разрушением опор (подвесов) трубопровода, коррозией, сказываются на всех трех составляющих магнитного поля как - знакопеременные аномалии (рисунок 13). Поле Z высоко градиентное, поэтому, для определения стыков нужно измерять изменение его значений. Поле Y (направлено вдоль трубы) больше связано с фактором размагничения и с остаточной намагниченностью, поэтому напряженно-деформированные состояния в вертикальном направлении оказывают на него влиять.

Поле Х (перпендикулярно трубе) связано с остаточной намагниченностью и напряженно-деформированные состояния, оказывают на него сильное влияние. Так же НДС можно определять по графику отношения разности Х к разности Y (или наоборот).

По полученным результатам исследования магнитных полей трубопроводов, сформулированы следующие выводы:

1. Магнитное поле на высоте 1 м менее контрастно, чем при максимальном приближении к трубопроводу (рисунок 14).

приблизительно соответствует длине секции трубы (рисунок 5). С большей четкостью она проявляется по X-составляющей (параллельной трубопроводу) По этой составляющей в большинстве случаев отмечаются стыки различных секций труб. Наиболее информативна Z-составляющая (вертикальная).

- - - - - - - - Рисунок 14 - Составляющие Х,Y,Z постоянного магнитного поля вдоль нефтепровода при различной высоте магниточувствительного 3. В нормальном магнитном поле Z-составляющая, как и следовало ожидать, практически не зависит от ориентации антенны.

Минимальное и максимальное значения магнитной индукции для X и Y составляющих соответствует их ориентации на магнитный север (юг), причем при погрешности ориентации 3о около положения точки максимума и минимума погрешность в величине магнитной индукции не превышает 0,30 мкТл. Даже существенная погрешность в ориентации магнитной антенны (на север -вдоль трубопровода) не приводит к большой погрешности измерений (более 1,5 мкТл) X и Y-составляющих.

4. При пересечении трубопровода составляющая Z (вертикальная) магнитного поля переходит через максимум, который смещен относительно проекции оси трубопровода на земную поверхность в соответствии с направлением намагничения магнитным полем Земли, составляющая Y (перпендикулярная трубопроводу) переходит через 0, а составляющая X (параллельная трубопроводу) практически не изменяется.

5. Максимальное отрицательное значение вертикальной составляющей Z магнитного поля в районе трубопровода достигает – 120 000 нТл, т.е. в два раза превышает значение Z в нормальном поле. Это свидетельствует о том, что остаточное магнитное поле, возникшее при охлаждении трубопровода ниже точки Кюри на трубном заводе, превышает по величине намагниченность, возникающую в поле Земли.

6. Напряженно-деформированные состояния трубопроводов проявляются в магнитном поле его составляющих в виде знакопеременной аномалии (рисунок 14).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной научнотехнической задачи по повышению точности и информативности магнитометрического метода дистанционного контроля состояния подземных трубопроводов.

магнитометрической системы, состоящей из трех феррозондов постоянного магнитного поля, расположенных ортогонально друг относительно друга, и трехкомпонентного акселерометра, которая позволяет измерять градиент взаимно перпендикулярных составляющих магнитного поля вдоль, поперек и перпендикулярно оси трубопровода, необходимый для исследования напряженных состояний и сварных швов подземного трубопровода.

2. Разработаны три типа магнитометров-градиентометров для исследования магнитных полей в лабораторных и полевых условиях.

3. Определены погрешности измерений магнитных полей стального трубопровода (влияние угла поворота и наклона магнитометрической системы, глубины залегания, девиации) и разработаны методы их уменьшения, основанные на введение поправочных коэффициентов в получаемые значения составляющих постоянного магнитного поля, позволяющие определять пространственное местоположение сварных швов и напряженных участков линейной части трубопровода с точностью до 0,1 м.

4. Проведены экспериментальные исследования магнитная индукция физической модели трубопровода, представляющей собой сборку из постоянных магнитов, и доказана адекватность предложенной модели.

5. В результате математического моделирование составляющих магнитного поля трубопровода в среде ANSYS 13, получены графики магнитного поля от полых цилиндров конечной длины, имитирующих секцию трубопровода дефектами.

6. По результатам проведенных полевых исследований, определены формы аномалии постоянного магнитного поля трубопровода на магистральных трубопроводах Ухта – Торжок и Ухта – Вой-Вож.

рекомендованных изданиях ВАК, следующие работы:

1. Крапивский, Е.И. Многодетекторная магнитометри-ческая градиентометрия дистанционного контроля напряженных состояний трубопроводов /Е.И. Крапивский, А.Н. Любчик// Горный Информационно-аналитический бюллетень, М.: МГГУ, -2014.- №3. С. 259-263.

2. Крапивский, Е.И.. Математическое моделирование магнитного поля трубопровода с дефектами /Е.И. Крапивский, А.Н. Любчик// Горный Информационно-аналитический бюллетень, М.: МГГУ, С. 256-259.

3. Любчик, А.Н. Современные магнитные методы контроля и прогноза технического состояния инженерных сооружений// Записки Горного Института. -2010. -Том 186. -С. 124-128.

4. Крапивский, Е.И. Прогнозирование технического состояния магистральных трубопроводов на основе анализа аварийных ситуаций /Е.И. Крапивский, О.М. Большунова, А.Н. Любчик// Записки Горного Института. -2011.- Том 192. -С. 153-157.

Рисунок 3 - Схема дистанционного магнитометрического контроля подземного трубопровода, диаметром - D и расстояние между центральной осью трубопровода 1,2,3 – преобразователи индукции переменного магнитного поля однокомпонентный (индукционные - антенны) НВ0809; 4 – преобразователь индукции постоянного магнитного поля трехкомпонентной разностной (феррозонд) НВ0709-800 (вертикальное положение); 5 – преобразователи индукции магнитного поля трехкомпонентной разностной (феррозонд) НВ0709-600 (горизонтальное положение); – трехкомпонентный акселерометр; 7,8,9,10,11,12 – трехкомпонентные феррозонды; 13 – металлический трубопровод; 14 – феррозондовая антенна; 15 – поверхность грунта; 16 – центральная ось трубопровода;

Рисунок 6 - Зависимости абсолютной и относительной погрешностей определения Рисунок 13 - Влияние напряженных состояний трубопровода на магнитное поле пространственного положения трубопровода от горизонтального смещения