Электронный научно-практический журнал «Современная техника и технологии» » трубопровод

Применение систем технического зрения при диагностике состояния магистральных газопроводов

Котелева Наталья Ивановна — Fri, 30 May 2014 10:05:46 +0000

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.

Актуальность применения радиоизотопного излучения в транспортной системе полезных ископаемых

Коптева Александра Владимировна — Mon, 27 Apr 2015 14:02:11 +0000

В области добычи и переработки минерально-сырьевых и энергетических ресурсов остро стоит проблема диагностики и контроля целостности и состояния трубопроводных систем (жидкости, газ, пульпы), а также контроль фазового и компонентного состава потоков (жидких, газообразных, сыпучих), причем включения могут быть в виде малых концентраций (динамический объем газа в нефти – до 2% отн., пустая порода в потоке угля – до 8% отн., жидкости в потоке газа – 0,2% отн. и т.п.).

Наиболее перспективными на сегодня являются волновые методы контроля потоков, т.к. они не искажают структуры потока [1]. Среди прочих, особое место занимают радиоизотопные измерительные системы (РИИС), которые успешно прошли испытания, метрологические аттестации и внесены в реестр измерительных приборов для нефтяной промышленности – измеряют потоки на магистральных трубопроводах (расход, количество, фазовый и компонентный состав).

На базе Санкт-Петербургского Горного университета разработаны научно-обоснованные, подтвержденные расчетами и экспериментами, правила и способы безопасной эксплуатации РИИС (конструкции, расчеты, геометрии, алгоритмы эксплуатации). Все компоненты, работающие под высоким напряжением, полностью изолированы внутри системы измерений. Измерительный прибор содержит блок гамма-излучения с измерительными целями, остаточное излучение полностью отсутствует. Единственная возможность подвергнуться опасному уровню радиоактивности при использовании измерительной системы – это поверхностное облучение при пребывании вблизи источника радиации. Так, при перезарядке источника 137Cs активностью до 18,5·1010 Бк без защиты доза облучения персонала не превышает 1,3·10-6 Кл/кг, что полностью устраивает требования ОСПОРБ-99 [2]. Выброс продуктов, которые могли бы проникнуть внутрь организма, полностью исключен.

Применяя РИИС мы можем получить информацию о:

целостности трубопровода на значительной его протяженности;
техническом состоянии трубопровода;
содержании газа, воды и других компонентов в большом количестве нефти;
сорте транспортируемой нефти;
о содержании парафина, откладывающегося на внутренние стенки трубопровода и т.д.

Особо стоит отметить, что обнаружение парафиновых отложений позволит своевременно применить меры по их удалению до возникновения аварийной ситуации, приводящей к ежегодным многомиллионным потерям для предприятий и загрязнению окружающей среды.

Разрабатываемый метод является корелляционным и обеспечивает целостность трубопровода, а также осуществляет диагностику по всей протяженности трубопроводов, находящихся на поверхности. Последнее доказывают проведенные испытания, результаты которых в общем виде записываются как взаимнокорелляционная и автокорелляционная функция, причем частота измерений каждого нового состояния потока равна 0,2 с:

Приведенные формулы указывают на тот факт, что прибор анализирует весь поток, а это означает, что измерения осуществляются не в одной точке, а на большой протяженности и за значительное время, тем самым обеспечивая достоверность результатов при использовании предлагаемой методики РИИС [3].