УДК 004.932.2

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ СОСТОЯНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Котелева Наталья Ивановна
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кандидат технических наук, ассистент кафедры автоматизации технологических процессов и производств

Аннотация
Статья посвящена проблемам диагностики трубопроводов на предмет внутритрубных дефектов. Проведен сравнительный анализ существующих методов. Дана оценка положительных и отрицательных сторон каждого из методов и описана их область применения.

Ключевые слова: дефектоскопия, диагностика, методы бесконтактного контроля, система технического зрения, трубопровод


USING MACHINE VISION SYSTEMS FOR NATURAL GAS TRANSPORTATION SYSTEMS MONITORING

Koteleva Natalia Ivanovna
National mineral resources university
PhD in Engineering Sciences, assistant lecturer of Technological Process Automation and Production Department

Abstract
The paper contemplates problem of natural gas transportation systems monitoring. The comparative analysis of existing methods is carried out. The assessment of positive and negative sides of each of methods is given and their scope is described.

Keywords: defectoscopy, diagnostics, methods of contactless control, pipeline, system of machine vision


Библиографическая ссылка на статью:
Котелева Н.И. Применение систем технического зрения при диагностике состояния магистральных газопроводов // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3843 (дата обращения: 01.10.2017).

Поддержание газотранспортных систем в целостности имеет важнейшее значение, так как выход из строя магистрального трубопровода может повлечь за собой значительные экономические потери и человеческие жертвы. Дефекты в стенке трубы – основная причина выходов газопроводов из строя. Надежность и безопасность при транспортировании газа достигается систематической диагностикой магистральных трубопроводов. Среди существующих методов контроля наиболее востребованы и распространены неразрушающие методы, среди которых наиболее популярным является метод визуального контроля и анализа технического состояния газопровода.
Традиционный метод визуального анализа специально обученными экспертами занимает очень много времени и сил, а качество интерпретации зависит от уровня квалификации аналитика. Поэтому разработка методов автоматической диагностики является приоритетной задачей. Магистральные газопроводы состоят в основном из линейных участков, контроль которых производится с помощью снарядов-дефектоскопов, их перемещение внутри трубопровода осуществляется под действием давления перекачиваемого природного газа с запорной арматурой.
Однако обвязка компрессорных станций намного сложнее в геометрическом плане: технологические коммуникации компрессорных станций включают в себя трубопроводы обвязки газоперекачивающих агрегатов, подземные трубопроводы промплощадки компрессорного цеха, трубопроводы шлейфов входа-выхода и узла подключения компрессорных станций – что значительно усложняет процесс проведения диагностики и дефектоскопии труб, что требует применения более совершенных методов, например, основанных на методе рассеянии магнитного потока.
В настоящее время измерение глубины оптически открытых дефектов производится с использованием лазерного зонда, установленного на камере. Лазерный зонд представляет собой лазерно-голографический проектор, проецирующий на контролируемую поверхность пучок параллельных лазерных линий (Рисунок 1). Проекции этих линий изменяют свою форму в зависимости от рельефа поверхности и позволяют проводить замер дефекта после обработки отснятых изображений с помощью специализированного программного обеспечения на базе систем технического зрения.

Изображение непровара в корне сварного шва
Изображение типичного годного шва (для сравнения)
Снимок телевизионной камерой
Снимок телевизионной камерой
Снимок с лазерно-голографической сеткой
Снимок с лазерно-голографической сеткой
Рисунок 1 – Сравнительные результаты телевизионно-оптического контроля сварного шва с дефектом и бездефектного шва

В процессе контроля телевизионная камера с лазерным зондом перемещается вдоль контролируемой поверхности (сварного шва) с шагом 7…12 град с записью отснятых кадров в цифровом виде в базу данных контроля. При обследовании сварных стыков контролируется как сам стык, так и околошовная зона (зона термического влияния) шириной от 20 до 25 мм по обе стороны от шва в зависимости от толщины стенки свариваемых элементов. Минимальный размер выявляемого дефекта – не менее 0,5 мм.
Выявление отклонений может происходит на стадии анализа результатов контроля путем просмотра накопленного архива снимков, так и в режиме реального времени. Таким образом, возможна работа в двух режимах – ручном (контролер) и автоматическом (программмное обеспечение).
Выявление отклонений контролером при проведении визуального и измерительного контроля – поиск поверхностных отклонений (непроваров, трещин, раковин, задиров, царапин, коррозионных язв и т.д.) осуществляется путем просмотра на мониторе последовательности телевизионных изображений, полученных в результате записи массива элементов разложения в процессе контроля. Если на изображении выявлено отклонение, контролер приостанавливает просмотр и отмечает кадр с выявленным отклонением. Измерив размер выявленного отклонения и произведя идентификацию дефекта, контролер записывает информацию об обнаруженном отклонении в протокол контроля. Далее выбирается следующий раздел архива и повторяются предыдущие операции. При необходимости возможен повторный выход на выявленные отклонения для детального анализа. Результаты обработки результатов заносятся на электронный носитель информации. 
В автоматическом режиме системы технического зрения измерение геометрических размеров выявленных отклонений производится с помощью математических и программных алгоритмов. Измерение геометрических размеров в плоскости XY производится по изображениям, записанным телевизионной камерой, измерение глубины – по изображениям, записанным с использованием лазерно-голографического зонда в статическом режиме контроля (Рисунок 2).

Рисунок 2 – Изображения дефектов, полученных в ходе визуально-измерительного контроля, с измеренными геометрическими размерами (слева – линейными, справа – глубиной).

Дефекты в трубах порождают уникальные сигналы, поэтому задача обнаружения полезных сигналов сводится к применению следующих методов применяемых при обработки изображения:
1. Бинаризация – перевод полноцветного или в градациях серого изображения в монохромное, где присутствуют только два типа пикселей – темные и светлые, которые соответствуют фону и объекту;
2. Разметка связных областей; 
3. Спектральный анализ контуров; 
4. Низкочастотная и пороговая фильтрация;
5. Нормализация спектра.
Как и в любой другой системе технического зрения, большое внимание стоит уделить проблеме шумовых сигналов, к которым можно отнести:
1. Аномалии продольного шва – это шумовой сигнал, возникающий из-за ошибки измерения магнитного поля по причине отхода датчиков от стенки трубы на продольных сварных швах.
2. Аппаратный сбой, связанный с нарушениями в работе бортового оборудования.
3. Изменение толщины стенки трубы.
4. Магнитная аномалия – неоднородная магнитная проницаемость, обусловленная технологией ее производства.
5. Программная ошибка.
В данной статье был рассмотрен ряд методов бесконтактного контроля дефектов трубопроводов. Дана характеристика существующих методов и рекомендации по области применения каждого из них.



Все статьи автора «Котелева Наталья Ивановна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: