RU2156455C1 - Способ диагностики состояния магистральных трубопроводов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может применяться при диагностике состояния магистральных трубопроводов в процессе их эксплуатации. Оптимизация режима инспекции трубопроводов и повышение достоверности выявления всех типов дефектов достигается за счет того, что внутри трубопровода перемещают снаряд-дефектоскоп, производят ультразвуковой контроль стенки трубопровода с передачей через транспортируемый по трубопроводу продукт зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний в стенку трубопровода, возбуждают в ней ультразвуковые волны, регистрируют отраженные от неоднородностей материала стенки трубопровода сигналы, по параметрам которых судят о характере, размерах и местоположении дефектов в стенке трубопровода. В стенке трубопровода возбуждают ультразвуковые волны Лэмба и одновременно с ультразвуковым контролем дополнительно регистрируют уровень радиоактивного излучения накопившихся на стенке трубопровода или/и в прилегающем к внешней поверхности трубопровода грунте природных радионуклидов, содержащихся в транспортируемом продукте, и продуктов их распада. Выделяют участки поверхности трубопровода с повышенным уровнем излучения и подвергают указанные участки дополнительному ультразвуковому контролю с передачей в стенку трубопровода дополнительных зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний с иной частотой, чем у основных зондирующих импульсов, и возбуждением в стенке трубопровода ультразвуковых волн Лэмба другой моды. 9 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может найти применение при диагностике состояния магистральных трубопроводов (нефте- и газопроводов) в процессе их эксплуатации, включая обнаружение утечек транспортируемого продукта, образование трещин на внутренней и внешней поверхностях стенки трубопровода, дефектов сварных швов и коррозию стенки трубопровода.

Для магистральных трубопроводов характерны дефекты в виде неглубоких трещин на их внешней поверхности. В связи с испытываемой трубопроводом растягивающей нагрузкой трещины, как привило, имеют продольную ориентацию. Другим характерным дефектом магистральных трубопроводов является коррозия стенки трубопровода, проявляющаяся как в виде химической коррозии, так и в виде стресс-коррозии. Стресс-коррозионные дефекты представляют собой нарушения сплошности металла различных форм и размеров, появляющиеся, в основном, на границах кристаллических зерен.

Для диагностики состояния магистральных трубопроводов используют, в основном, ультразвуковой контроль с передачей в стенку трубопровода зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний. Проблемами, возникающими при использовании ультразвукового зондирования для внутритрубной инспекции магистральных трубопроводов, являются:
- возбуждение ультразвуковых колебаний в стенке трубопровода и прием отраженных от дефектов стенки трубопровода сигналов при размещении электроакустических преобразователей на движущемся снаряде-дефектоскопе;
- обеспечение зондирования по всей длине окружности стенки трубопровода в каждом его сечении;
- достоверное выявление продольно ориентированных дефектов и стресс-коррозии;
- большие объемы информации, поступающей от многочисленных ультразвуковых преобразователей, требуют наличия на снаряде-дефектоскопе достаточного количества блоков памяти для регистрации этой информации вне зависимости от ее значимости и затрудняют дальнейшую обработку информации при идентификации дефекта, так как приходится обрабатывать весь объем записанной информации и разрабатывать программное обеспечение для выделения значимой информации из всего записанного массива.

В современных внутритрубных снарядах-дефектоскопах используют как контактное, так и бесконтактное возбуждение ультразвуковых волн в стенке трубопровода.

Известны способы диагностики состояния магистральных трубопроводов, включающие непрерывное перемещение вдоль стенки трубопровода снаряда-дефектоскопа с электроакустическими преобразователями, размещенными внутри колесных датчиков, контактирующих с внутренней поверхностью стенки трубопровода, генерирование электроакустическими преобразователями импульсов ультразвуковых колебаний, контактную передачу указанных импульсов в стенку трубопровода и возбуждение в стенке трубопровода полигармонических ультразвуковых волн с последующей регистрацией колесными датчиками сигналов, отраженных внешней поверхностью стенки трубопровода. При наличии в стенке трубопровода дефекта появляется дополнительный отраженный сигнал, вид которого определяется типом дефекта. Отраженные от дефекта сигналы записываются аппаратурой снаряда-дефектоскопа и по результатам измерений определяют характер, размеры и местоположение дефектов в стенке трубопровода (см., например, патент Российской Федерации N 2089896, кл. G 01 N 29/10, F 17 D 5/06, 10.09.1997). Существенной проблемой данного способа, как и всех способов, использующих датчики, контактирующие с внутренней стенкой трубопровода, является повышенный шумовой фон, связанный с перемещением колесных датчиков по стенке трубопровода, и сложность обеспечения надежного контакта колесного датчика со стенкой трубопровода при движении снаряда-дефектоскопа вдоль трубопровода. Использование для зондирования стенки трубопровода полигармонических ультразвуковых колебаний приводит к появлению полигармонического отраженного сигнала, при этом амплитудно-частотная характеристика отраженного сигнала будет определяться не только структурой дефекта, но и наложившимися шумами, и для определения характера и размеров дефекта необходимо записывать полигармонический отраженный сигнал в течение всей инспекции трубопровода, что требует большого количества блоков памяти на снаряде-дефектоскопе и многократной обработки записанного сигнала для отделения шумов и выделения значимой информации из всего записанного массива. В целом это приводит к существенному удорожанию инспекции трубопровода.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ диагностики состояния магистральных трубопроводов, реализованный в устройстве, защищенном патентом Российской Федерации N 2042946, кл. G 01 N 29/04, 27.08.1995. Известный способ включает перемещение внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа и ультразвуковой контроль стенки трубопровода с передачей через транспортируемый по трубопроводу продукт зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний в стенку трубопровода, возбуждением в ней ультразвуковых волн и регистрацией отраженных от неоднородностей материала стенки трубопровода сигналов, по параметрам которых судят о характере, размерах и местоположении дефектов в стенке трубопровода. В данном способе реализован многопучковый ввод ультразвуковых колебаний в одну зону на внутренней поверхности стенки трубопровода с вводом каждого пучка под различным углом к указанной поверхности, что позволяет выявить дефекты в стенке трубопровода с различной пространственной ориентацией, в том числе продольно ориентированные дефекты. Данный способ имеет уменьшенный шумовой фон, что упрощает обработку результатов измерений при определении характера, размеров и местоположения дефектов в стенке трубопровода. В известном способе в стенке трубопровода возбуждают поперечные ультразвуковые волны, что приводит к ограниченности зоны ультразвукового контроля, связанной с быстрым затуханием отраженных поперечных ультразвуковых волн вдоль стенки трубопровода. Обеспечение ультразвукового зондирования по всей длине окружности стенки трубопровода и достоверная регистрация продольно ориентированных дефектов достигаются в известном изобретении применением большого массива электроакустических преобразователей, что существенно увеличивает объем записываемой информации, так как приходится записывать сигналы с каждого электроакустического преобразователя. Объем записываемой информации быстро возрастает с увеличением диаметра инспектируемого трубопровода, в частности, при диаметре трубопровода более 1 м потребуется более 100 электроакустических преобразователей. Соответственно возрастает количество блоков памяти и усложняется обработка результатов измерений после проведения инспекции трубопровода.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа диагностики состояния магистральных трубопроводов, позволяющего оптимизировать режим инспекции трубопроводов и достоверно выявить все типы дефектов, в том числе стресс-коррозию и продольно ориентированные трещины как на внешней, так и на внутренней поверхности стенки трубопровода, при меньшем объеме обрабатываемой информации. Дополнительной задачей изобретения является разработка способа диагностики состояния магистральных трубопроводов, реализация которого позволит уменьшить затраты на проведение инспекции трубопроводов.

Поставленные технические задачи решаются тем, что в известном способе диагностики состояния магистральных трубопроводов, включающем перемещение внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа и ультразвуковой контроль стенки трубопровода с передачей через транспортируемый по трубопроводу продукт зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний в стенку трубопровода, возбуждением в ней ультразвуковых волн и регистрацией отраженных от неоднородностей материала стенки трубопровода сигналов, по параметрам которых судят о характере, размерах и местоположении дефектов в стенке трубопровода, согласно изобретению в стенке трубопровода возбуждают ультразвуковые волны Лэмба и одновременно с ультразвуковым контролем дополнительно регистрируют уровень радиоактивного излучения накопившихся на стенке трубопровода или/и в прилегающем к внешней поверхности трубопровода грунте природных радионуклидов, содержащихся в транспортируемом продукте, и продуктов их распада, выделяют участки поверхности трубопровода с повышенным уровнем излучения и подвергают указанные участки дополнительному ультразвуковому контролю с передачей в стенку трубопровода дополнительных зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний с иной частотой, чем у основных зондирующих импульсов, и возбуждением в стенке трубопровода ультразвуковых волн Лэмба другой моды.

Кроме того, основными зондирующими импульсами ультразвуковых колебаний возбуждают в стенке трубопровода симметричную моду ультразвуковых волн Лэмба, а дополнительными - антисимметричную моду, либо основными зондирующими импульсами ультразвуковых колебаний возбуждают в стенке трубопровода антисимметричную моду ультразвуковых волн Лэмба, а дополнительными - симметричную моду.

При этом в основном зондирующем импульсе в твердотельный волновод и в стенку трубопровода передают ультразвуковые колебания с частотой, совпадающей с собственной частотой возбуждаемой в стенке трубопровода основной моды ультразвуковой волны Лэмба, а в дополнительном зондирующем импульсе в твердотельный волновод и в стенку трубопровода передают ультразвуковые колебания с частотой, превышающей собственную частоту возбуждаемой в стенке трубопровода дополнительной моды ультразвуковой волны Лэмба на 15...50%.

Кроме того, дополнительные зондирующие импульсы ультразвуковых колебаний передают в стенку трубопровода одновременно с основными зондирующими импульсами, либо чередуют с основными зондирующими импульсами.

Для бесконтактной передачи в стенку трубопровода зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний и приема отраженных сигналов целесообразно использовать твердотельный волновод, акустические характеристики которого совпадают с акустическими характеристиками стенки трубопровода, сформировать из твердотельного волновода и стенки трубопровода согласованную акустическую систему из двух синхронно связанных волноводов и возбуждать в твердотельном волноводе и стенке трубопровода синхронизированные ультразвуковые волны Лэмба с подобными амплитудно-частотными характеристиками.

Кроме того, внутреннюю поверхность трубопровода разделяют в тангенциальном направлении на отдельные контрольные секторы и диагностику состояния стенки трубопровода ведут для каждого контрольного сектора автономно.

Кроме того, перед перемещением внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа внутреннюю поверхность трубопровода обрабатывают технологической средой, маркированной индикаторным радиоактивным изотопом с малым периодом полураспада, с последующей промывкой стенки трубопровода транспортируемым продуктом, и регистрируют суммарный уровень излучения природных радионуклидов, продуктов их распада и индикаторного радиоактивного изотопа, накопившихся на стенке трубопровода или/и грунте, прилегающем к внешней поверхности трубопровода, а в качестве маркируемой технологической среды используют транспортируемый по трубопроводу продукт.

Предлагаемый способ диагностики состояния магистральных трубопроводов базируется на согласовании режимов ультразвукового контроля стенки трубопровода в зависимости от характера распределения дефектов по толщине стенки трубопровода, в частности, в зависимости от наличия дефектов только на внешней поверхности трубопровода, или наличия дефектов и на внешней и на внутренней поверхностях. В качестве критерия изменения характера распределения дефектов по толщине стенки трубопровода используют накопление природных радионуклидов, содержащихся в транспортируемом продукте, и продуктов их распада на несквозных дефектах внутренней поверхности стенки трубопровода: микротрещины, пористость, коррозия и т.п., а при наличии сквозных дефектов - и в прилегающем к внешней поверхности стенки трубопровода грунте, что приводит к повышенному уровню радиоактивного излучения стенки трубопровода. Регистрируя при проведении ультразвукового контроля уровень радиоактивного излучения стенки трубопровода, выделяют участки поверхности трубопровода с повышенным уровнем излучения. Участки поверхности трубопровода, на которых уровень излучения соответствует фоновому излучению стенки трубопровода, подвергают ультразвуковому контролю с бесконтактным возбуждением в стенке трубопровода через транспортируемый продукт одной из мод ультразвуковых волн Лэмба. Участки трубопровода с повышенным уровнем радиоактивного излучения подвергают ультразвуковому контролю с передачей в стенку трубопровода зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний с двумя частотами и возбуждают в стенке трубопровода две разные моды ультразвуковых волн Лэмба, одна из которых совпадает с модой волны Лэмба на бездефектных участках стенки трубопровода. Таким образом, участки трубопровода, на которых стенка может иметь внешние и внутренние дефекты, подвергаются усиленному ультразвуковому контролю. Регистрация отраженных сигналов двух разных мод волн Лэмба позволяет определить находится ли дефект только на внутренней поверхности стенки трубопровода или на контролируемом участке дефекты имеются на ее внутренней и внешней поверхностях, а также определить размеры и характер дефектов как на внутренней, так и на внешней поверхностях трубопровода. Это дает возможность получить полную информацию о стресс-коррозионных дефектах на внешней поверхности трубопровода по всей его длине, в том числе на участках трубопровода, имеющих дефекты на его внутренней поверхности. Объем записываемой информации получается минимальным, так как на большей части инспектируемого трубопровода регистрируются отраженные сигналы только одной из мод ультразвуковых волн Лэмба. Использование волн Лэмба дает дополнительное преимущество, так как позволяет обойтись меньшим количеством электроакустических преобразователей и соответственно меньшим количеством регистрирующих каналов.

Возбуждение в стенке трубопровода на участках с усиленным ультразвуковым контролем основными и дополнительными зондирующими импульсами ультразвуковых колебаний симметричной и антисимметричной мод ультразвуковых волн Лэмба упрощает расшифровку отраженных сигналов и позволяет более точно определить параметры дефектов на внутренней и внешней поверхностях стенки трубопровода.

Если частоты возбуждаемых в стенке трубопровода симметричной и антисимметричной мод ультразвуковых волн Лэмба существенно разнятся между собой, то можно основной и дополнительный зондирующие импульсы ультразвуковых колебаний передавать в стенку трубопровода одновременно, так как при существенной разнице частот можно разделить отраженные сигналы каждой из волн Лэмба и записать их на отдельные каналы.

Качество диагностики стенки трубопровода повышается, если в основном зондирующем импульсе в твердотельный волновод и в стенку трубопровода передают ультразвуковые колебания с частотой, совпадающей с собственной частотой возбуждаемой в стенке трубопровода основной моды ультразвуковой волны Лэмба, что приводит к возбуждению в стенке трубопровода ультразвуковых колебаний, равномерно распределенных по толщине стенки трубопровода. Передача в стенку трубопровода в дополнительном зондирующем импульсе ультразвуковых колебаний с частотой, превышающей собственную частоту возбуждаемой в стенке трубопровода дополнительной моды ультразвуковой волны Лэмба на 15...50%, приводит к повышению амплитуды ультразвуковых колебаний в поверхностном слое стенки трубопровода, обращенном к твердотельному волноводу, и появлению усиленного отраженного сигнала от дефекта, выходящего на внутреннюю поверхность стенки трубопровода, что облегчает выделение из отраженного сигнала особенностей, связанных с дефектами, находящимися на внутренней поверхности стенки трубопровода.

Если частоты возбуждаемых в стенке трубопровода симметричной и антисимметричной мод ультразвуковых волн Лэмба близки друг к другу, то дополнительные зондирующие импульсы ультразвуковых колебаний следует передавать в стенку трубопровода, чередуя с основными зондирующими импульсами, и записывать отраженные сигналы каждой из волн Лэмба на отдельные каналы.

Использование для бесконтактной передачи в стенку трубопровода зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний и приема отраженных сигналов твердотельного волновода, акустические характеристики которого совпадают с акустическими характеристиками стенки трубопровода, формирование из твердотельного волновода и стенки трубопровода согласованной акустической системы из двух синхронно связанных волноводов и возбуждение в твердотельном волноводе и стенке трубопровода синхронизированных ультразвуковых волны Лэмба с подобными амплитудно-частотными характеристиками позволяет сформировать в стенке трубопровода ориентированный вдоль твердотельного волновода узконаправленный пучок ультразвуковой волны Лэмба, что повышает качество диагностики состояния трубопровода, так как отражение пучка ультразвуковой волны Лэмба чувствительно к геометрии дефекта. При этом сокращается количество электроакустических преобразователей, так как увеличивается дальность зондирования стенки трубопровода в направлении распространения пучка ультразвуковых волн Лэмба.

Разделение внутренней поверхности трубопровода в тангенциальном направлении на отдельные контрольные секторы и автономная диагностика состояния стенки трубопровода для каждого контрольного сектора дают возможность конкретизировать положение и размеры дефекта на стенке трубопровода.

Обработка перед перемещением внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа внутренней поверхности трубопровода технологической средой, маркированной индикаторным радиоактивным изотопом с малым периодом полураспада, с последующей промывкой стенки трубопровода транспортируемым продуктом позволяет провести инспекцию трубопровода при низком уровне радиоактивного излучения от накопившихся природных радионуклидов и продуктов их распада, например, в начальный период эксплуатации магистрального трубопровода. При этом регистрируют суммарный уровень излучения природных радионуклидов, продуктов их распада и индикаторного радиоактивного изотопа, что позволяет уменьшить количество индикаторного радиоактивного изотопа и снизить экологическую нагрузку при инспекции трубопровода.

Использование в качестве маркируемой технологической среды транспортируемого по трубопроводу продукта позволяет проводить инспекцию без снижения продуктивности магистрального трубопровода.

Предлагаемый способ диагностики состояния магистральных трубопроводов реализуется следующим образом.

В магистральный трубопровод, например, газопровод диаметром 1400 мм с толщиной стенки 10 мм, вводится снаряд-дефектоскоп с размещенным на нем диагностическим оборудованием, включающим расположенные эквидистантно внутренней поверхности стенки трубопровода твердотельные волноводы, каждый из которых выполнен в виде металлической полосы, имеющей толщину, равную толщине стенки трубопровода, элекроакустические преобразователи, детекторы гамма-излучения и блоки первичной обработки и записи отраженных сигналов. Стенка трубопровода разделена в тангенциальном направлении на отдельные секторы и для диагностики каждого сектора используют свой твердотельный волновод, с присоединенными к нему одним или несколькими электроакустическими преобразователями, и детектор гамма-излучения, показания которых записываются на автономные каналы регистрации. Снаряд-дефектоскоп движется с постоянной скоростью внутри трубопровода. Пройденное расстояние регистрируется с помощью любых известных средств. Диагностика каждого сектора стенки трубопровода ведется автономно.

Детектор гамма-излучения измеряет уровень радиоактивного излучения накопившихся на стенке диагностируемого сектора природных радионуклидов и продуктов их распада. На бездефектных участках стенки трубопровода суммарный уровень гамма-излучения в диапазоне энергий гамма-квантов от 20 кэВ до 2,5 МэВ составляет 1550. ..1750 имп./сек (15...17мкР/час). Электроакустическим преобразователем генерируют импульс ультразвуковых колебаний и возбуждают в твердотельном волноводе симметричную моду S1 ультразвуковой волны Лэмба и синхронизированную с ней симметричную моду S1 ультразвуковой волны Лэмба в стенке трубопровода, распространяющуюся в ней узконаправленным лучом, ориентированным вдоль твердотельного волновода. Наиболее приемлемой является ориентация луча под углом 70...90^o к продольной образующей стенки трубопровода. Частота ультразвуковых колебаний для возбуждения в стенке трубопровода симметричной моды S1 ультразвуковой волны Лэмба зависит от материала стенки трубопровода и его толщины. Для магистрального газопровода, имеющего стальную стенку, эта частота может быть определена из соотношения f • h = 6,85 мГц • мм, где f - частота, мГц, a h - толщина стенки, мм. При толщине стенки трубопровода 10 мм указанная частота равна 685 кГц. При наличии в стенке трубопровода дефекта отраженный от него сигнал сканируется твердотельным волноводом. В твердотельном волноводе генерируется собственный сигнал, синхронизированный с отраженным сигналом и имеющий подобную отраженному сигналу амплитудно-частотную характеристику. Сигнал с твердотельного волновода регистрируется электроакустическим датчиком и поступает в блок первичной обработки и записи отраженных сигналов.

При наличии на внутренней поверхности стенки трубопровода дефекта суммарный уровень гамма-излучения возрастает и в зависимости от характера дефекта составляет 3000...10000 имп./сек (30...100 мкР/час). При поступлении сигнала о повышении уровня гамма-излучения диагностируемый участок стенки трубопровода подвергают усиленному ультразвуковому контролю с передачей в твердотельный волновод и стенку трубопровода основного и дополнительного импульсов ультразвуковых колебаний разной частоты и возбуждением в стенке трубопровода двух различных мод ультразвуковых волн Лэмба. С помощью основного импульса ультразвуковых колебаний частотой 685 кГц возбуждают в твердотельном волноводе и соответственно в стенке трубопровода симметричную моду S1 ультразвуковой волны Лэмба. С помощью дополнительного импульса ультразвуковых колебаний возбуждают в твердотельном волноводе и соответственно в стенке трубопровода антисимметричную моду A1 ультразвуковой волны Лэмба. Частота ультразвуковых колебаний для возбуждения в стенке трубопровода антисимметричной моды A1 ультразвуковой волны Лэмба также зависит от материала стенки трубопровода и его толщины. Для магистрального газопровода, имеющего стальную стенку, эта частота может быть определена из соотношения f • h = 4,56 мГц • мм. При толщине стенки трубопровода 10 мм указанная частота равна 456 кГц. Поскольку выбранные частоты ультразвуковых колебаний существенно разнятся между собой, то основной и дополнительный импульсы ультразвуковых колебаний подают в твердотельный волновод одновременно и соответственно в твердотельном волноводе и стенке трубопровода одновременно возбуждают симметричную и антисимметричную моды ультразвуковых волн Лэмба. При наличии в стенке трубопровода дефекта отраженный от него суммарный сигнал сканируется твердотельным волноводом, в котором генерируется собственный суммарный сигнал, синхронизированный с отраженным сигналом и имеющий подобную отраженному сигналу амплитудно-частотную характеристику. Суммарный сигнал с волновода регистрируется электроакустическими датчиками и, используя любой известный фильтр, из суммарного сигнала выделяют отраженные сигналы каждой из мод ультразвуковых волн Лэмба, которые в дальнейшем поступают в блок первичной обработки и записи отраженных сигналов.

Записанная информация расшифровывается с использованием методов обработки сигналов, применяемых в линейной дифференциальной и нелинейной акустической томографии, а также в звуковидении, с определением характера, размеров и местоположения дефекта в стенке трубопровода. Для бортовой обработки результатов измерений используют современные двухпроцессорные комплексы для цифровой обработки сигналов.

Сравнение амплитуд прямого и обратного импульсов как при одномодовом, так и при двухмодовом зондировании стенки трубопровода, позволяет определить абсолютную величину коэффициента отражения и путем сравнения с эталонными данными - размер дефекта по толщине стенки трубопровода. Указанные эталонные данные могут быть получены в результате численных расчетов и экспериментальных исследований. Длительность отраженного импульса дает информацию о характере дефекта - одиночная трещина или элемент разветвленной сети трещин. Сравнение амплитудно-частотных характеристик отраженных сигналов двух мод ультразвуковых волн Лэмба позволяет уточнить поперечные и продольные размеры дефектов на внутренней и внешней поверхностях стенки трубопровода. Местоположение дефекта по окружности стенки трубопровода определяется по времени прихода отраженного импульса. Местоположение дефекта по длине трубопровода определяется по показаниям одометра или другого измерительного средства.

По окончании инспекции магистрального участка трубопровода данные из блоков первичной обработки и записи отраженных сигналов передаются в наземную электронно-вычислительную машину, где обрабатываются и хранятся в постоянном запоминающем устройстве.

При инспекции магистрального трубопровода, например, газопровода диаметром 1400 мм с толщиной стенки 16 мм применена другая процедура диагностики. Для возбуждения в стенке данного трубопровода симметричной моды S2 ультразвуковой волны Лэмба с равномерной интенсивностью ультразвуковой волны по толщине стенки трубопровода частота возбуждающих ультразвуковых колебаний определяется из соотношения f • h = 11,42 мГц • мм и равна 714 кГц. Для антисимметричной моды A2 частота возбуждающих ультразвуковых колебаний определяется из соотношения f • h = 9,13 мГц • мм и равна 570 кГц. Частота возбуждения симметричной моды S2 превышает частоту возбуждения антисимметричной моды A2 в 1,25 раза, что может привести к взаимному влиянию данных частот и делает невозможным одновременное возбуждение указанных мод в стенке трубопровода. При диагностике данного трубопровода при выявлении участка стенки с повышенным суммарным уровнем гамма-излучения (3000....10000 имп./сек) используют иную схему усиленного ультразвукового контроля стенки трубопровода. Дополнительные импульсы ультразвуковых колебаний передают в твердотельный волновод в промежутках между основными импульсами, чередуя основной и дополнительный импульсы ультразвуковых колебаний. При этом увеличивают частоту ультразвуковых колебаний при возбуждении антисимметричной моды A2 до 650 кГц, смещая ее в область более высоких частот. Также чередуются возбуждаемые в твердотельном волноводе и соответственно в стенке трубопровода пакеты симметричной S2 и антисимметричной A2 мод ультразвуковых волн Лэмба. С помощью основных импульсов ультразвуковых колебаний частотой 714 кГц возбуждают в твердотельном волноводе и соответственно в стенке трубопровода симметричную моду S2 ультразвуковых волн Лэмба, а с помощью дополнительных импульсов ультразвуковых колебаний частотой 650 кГц - антисимметричную моду A2. Возбуждение в стенке трубопровода антисимметричной моды A2 ультразвуковой волны Лэмба на частоте 650 кГц приведет к повышению амплитуды ультразвуковых колебаний в поверхностном слое стенки трубопровода, обращенном к твердотельному волноводу, и появлению усиленного отраженного сигнала от дефекта, выходящего на внутреннюю поверхность стенки трубопровода. Это позволит повысить качество диагностики стенки трубопровода. Регистрация и обработка отраженных сигналов проводится аналогично ранее приведенному примеру реализации способа.

На первой стадии эксплуатации магистральных трубопроводов, например газопроводов, уровень гамма-излучения от стенки трубопровода может оказаться ниже 100 имп. /сек, что затрудняет выявление участков стенки трубопровода, имеющей дефекты на внутренней поверхности. В этом случае перед запуском снаряда-дефектоскопа внутреннюю поверхность трубопровода обрабатывают технологической средой, представляющей собой смесь транспортируемого по трубопроводу газа с индикаторным радиоактивным изотопом, например криптоном-85 или ксеноном-133, что приводит к повышению уровня гамма-излучения от внутренней поверхности стенки трубопровода, имеющей дефекты, и делает возможным достоверное выделение указанных участков, чтобы подвергнуть их процедуре усиленного ультразвукового контроля.

Для осуществления заявленного способа диагностики состояния магистральных трубопроводов можно использовать освоенные промышленностью электроакустические преобразователи, детекторы радиоактивного излучения и регистрирующую аппаратуру.

Claims (10)

1. Способ диагностики состояния магистральных трубопроводов, включающий перемещение внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа и ультразвуковой контроль стенки трубопровода с передачей через транспортируемый по трубопроводу продукт зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний в стенку трубопровода, возбуждением в ней ультразвуковых волн и регистрацией отраженных от неоднородностей материала стенки трубопровода сигналов, по параметрам которых судят о характере, размерах и местоположении дефектов в стенке трубопровода, отличающийся тем, что в стенке трубопровода возбуждают ультразвуковые волны Лэмба и одновременно с ультразвуковым контролем дополнительно регистрируют уровень радиоактивного излучения накопившихся на стенке трубопровода или/и в прилегающем к внешней поверхности трубопровода грунте природных радионуклидов, содержащихся в транспортируемом продукте, и продуктов их распада, выделяют участки поверхности трубопровода с повышенным уровнем излучения, и подвергают указанные участки дополнительному ультразвуковому контролю с передачей в стенку трубопровода дополнительных зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний с иной частотой, чем у основных зондирующих импульсов, и возбуждением в стенке трубопровода ультразвуковых волн Лэмба другой моды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основными зондирующими импульсами ультразвуковых колебаний возбуждают в стенке трубопровода симметричную моду ультразвуковых волн Лэмба, а дополнительными - антисимметричную моду.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что основными зондирующими импульсами ультразвуковых колебаний возбуждают в стенке трубопровода антисимметричную моду ультразвуковых волн Лэмба, а дополнительными - симметричную моду.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в основном зондирующем импульсе в твердотельный волновод и в стенку трубопровода передают ультразвуковые колебания с частотой, совпадающей с собственной частотой возбуждаемой в стенке трубопровода основной моды ультразвуковой волны Лэмба, а в дополнительном зондирующем импульсе в твердотельный волновод и в стенку трубопровода передают ультразвуковые колебания с частотой, превышающей собственную частоту возбуждаемой в стенке трубопровода дополнительной моды ультразвуковой волны Лэмба на 15 ... 50%.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что дополнительные зондирующие импульсы ультразвуковых колебаний передают в стенку трубопровода одновременно с основными зондирующими импульсами.

6. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что дополнительные зондирующие импульсы ультразвуковых колебаний чередуют с основными зондирующими импульсами.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что для бесконтактной передачи в стенку трубопровода зондирующих импульсов ультразвуковых колебаний и приема отраженных сигналов используют твердотельный волновод, акустические характеристики которого совпадают с акустическими характеристиками стенки трубопровода, формируют из твердотельного волновода и стенки трубопровода согласованную акустическую систему из двух синхронно связанных волноводов, и возбуждают в твердотельном волноводе и стенке трубопровода синхронизированные ультразвуковые волны Лэмба с подобными амплитудно-частотными характеристиками.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что внутреннюю поверхность трубопровода разделяют в тангенциальном направлении на отдельные контрольные секторы, и диагностику состояния стенки трубопровода ведут для каждого контрольного сектора автономно.

9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что перед перемещением внутри трубопровода снаряда-дефектоскопа внутреннюю поверхность трубопровода обрабатывают технологической средой, маркированной индикаторным радиоактивным изотопом с малым периодом полураспада, с последующей промывкой стенки трубопровода транспортируемым продуктом, и регистрируют суммарный уровень излучения природных радионуклидов, продуктов их распада и индикаторного радиоактивного изотопа, накопившихся на стенке трубопровода или/и грунте, прилегающем к внешней поверхности трубопровода.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве маркируемой технологической среды используют транспортируемый по трубопроводу продукт.