WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 17 |

Повышение эффективности магнитометрического метода дистанционного контроля технического состояния подземных магистральных трубопроводов

-- [ Страница 10 ] --

Приращение Т модуля полного вектора напряженности магнитного поля представляет собой разность между полным вектором напряженности Т и фоновым То. В свою очередь полный вектор содержит как фоновую, так и аномальную компоненты, входящие в него нелинейно. В результате приращение вектора Т отличается от величины вектора аномального поля Та и несет в себе информацию о полном поле Т. [66] 3.1.1 Магнитные свойства конструкционных материалов трубопроводов Магнитные свойства сталей определяются в основном наличием в них альфа-железа, обладающего ферромагнитными свойствами. Чем больше содержание углерода в стали, тем меньше магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость сталей, существенным образом, зависит от состава стали и изменяется в пределах 200-860 Гс/Э. Важным свойством сталей является остаточное намагничивание, которое также зависит от состава стали. Например, остаточное намагничивание стали, содержащей примесь кобальта, значительно больше, чем остаточное намагничивание углеродистой стали.

В некоторых современных трубных сталях установлено содержание хрома (0,06), никеля (0,06), меди(0,06), молибдена (0,15), свинца, цинка. По мере старения труб и коррозии наблюдается уменьшение содержания легирующих элементов, что приводит к изменению магнитных свойств стали. Установлено, что металл внутренней поверхности трубы содержит более высокие концентрации этих элементов, чем металл наружной, подверженной коррозии. Собственное магнитное поле трубопроводов значительно (в 102 103 раза) превосходит вызвавшее его внешнее магнитное поле.

В последние годы освоено производство труб повышенного класса прочности X70 и 80. Существенное изменение их состава, вероятно, изменило и их магнитные характеристики. Кроме того, увеличилась и толщина стенки труб.

Для последующего анализа приведем некоторые характеристики нового сортамента труб (таблице. 3.1). [90] Таблица 3.1 - Химический состав и механические свойства современных трубных сталей Содержание элементов, % Марка стали Содержание элементов, % Марка стали Для оценки возможных изменений намагниченности труб связанных с погрешностями их изготовления приведем некоторые технические требования к их изготовлению (таблица 3.2) [90].

Таблица 3.2 - Технические требования к геометрическим параметрам труб для нефтепроводов проекта ВСТО Предельные отклонения по наружному диаметру торцов труб, 1,5D Предельные отклонения по наружному диаметру тела труб, мм Овальность торцов труб Предельные отклонения по толщине стенки, мм Высота усиления наружного шва, мм Смещение осей наружного и внутреннего слоев сварного шва, 3T Отметим, что в ряде случаев толщина стенок трубопроводов высокого давления стала существенно выше, чем приведенная в таблице 3.2.

намагниченностью трубопровода при действии на него внешних нагрузок и при коррозионном растрескивании под напряжением, а также по какому закону возрастает намагниченность трубопровода при повторном пропуске снарядадефектоскопа и ряд других вопросов.

Основная кривая намагничивания ферромагнитных веществ позволяет вычислить магнитную восприимчивость или дифференциальную магнитную восприимчивость dJ / dH, как функцию намагничивающего поля H. Обе функции имеют максимумы, располагающиеся в области наибольшей интенсивности процессов намагничивания и в общем случае не совпадают.

Каждая из этих двух функций характеризуется двумя значениями: начальной магнитной восприимчивостью 0 или 0 при H 0 и соответственно максимальной магнитной восприимчивостью.

Суммарная намагниченность трубопровода является векторной суммой всех видов его намагниченности, что необходимо принимать во внимании при анализе магнитных аномалий.

Отметим, что ферромагнетиками являются и постоянные магниты, применяемые при внутритрубной магнитной дефектоскопии трубопроводов. Так, относительная магнитная проницаемость стали составляет около 2102, пермаллоя - 5104, никеля - 3102, алмазной стали - 1,5104. Сплавы, содержащие редкоземельные элементы (например, гадолиний) обладают относительной магнитной проницаемостью достигающей - 8105.

В связи с отсутствием в справочной литературе данных о магнитных свойствах трубных сталей, из общих соображений можно считать, что магнитные свойства современных трубных сталей приближаются к характеристикам стали и стали 5. В таблице 3.3 приведены характеристики постоянных магнитов, использованных при физическом моделировании.

Таблица 3.3 - Магнитные характеристики некоторых сталей Анализ приведенных данных позволяет сделать вывод, что погрешность измерения магнитного поля трубопроводов, связанная с различными магнитными характеристиками трубных сталей, а также погрешностями их изготовления и сварки может достигать нескольких десятков процентов, что существенно ограничивает возможность поиска коррозионных дефектов.

3.2 Теоретические основы дистанционного контроля технического состояния Теория наземной, скважинной и аэромагниторазведки развивалась в работах НПО «Рудгеофизика», МГУ, ЛГУ (СПГу) и др. [93-96]. Поэтому дальнейшее рассмотрение посвящено анализу этих работ с точки зрения применимости результатов к дистанционному магнитному контролю технического состояния подземных трубопроводов. Несмотря на многолетнее развитие теории магниторазведки, теоретические основы дистанционного контроля технического состояния подземных трубопроводов в настоящее время практически не созданы.

Можно указать лишь работы А.А Логачева, В.П. Захарова, В. А Комарова и др.

[97-98], в которой рассмотрены магнитные поля тел сфероидальной формы и эллипсоидов вращения. С некоторым приближением можно считать, что магнитное поле ферромагнитного эллипсоида вращения идентично магнитному полю цилиндра конечной длины.





Математическая теория намагниченных тел рассматривает решение двух основных задач:

1) определение магнитного поля, создаваемого намагниченным телом (телами) заданной формы, объема и характера намагничивания (прямая задача математической физики в магниторазведке);

2) определение формы, размеров, положения в пространстве и характера намагничивания тела (тел) по данным измерений магнитного поля, связанного с намагниченностью этого тела (тел) (обратная задача математической физики в магниторазведке).

Прямая задача в магниторазведке в силу известных свойств потенциала и его производных всегда имеет единственное и однозначное решение [99].

Решение прямой задачи в магниторазведке основывается на предположении, что любое намагниченное тело можно рассматривать как систему бесконечного числа магнитных диполей с упорядоченно расположенными осями магнитных моментов.

Обратная задача в общем случае однозначного решения не имеет, т.е.

теоретически можно найти множество различных распределений источников, создающих во внешнем пространстве одно и то же магнитное поле. В качестве примера можно назвать случаи полного совпадения полей различных по размеру концентрических шаров, совокупных эллипсоидов, концентрических круговых цилиндров и т.п. с равными магнитными моментами [99]. Для некоторых распределений возмущающих масс – выпуклых и звездообразных замкнутых объемов, с ограниченными по величине вариациями магнитных свойств – доказана теорема единственности решения обратной задачи. Для невыпуклых объемов и слоистых моделей вопрос о единственности решения обратной задачи остается открытым. Невозможность однозначного решения обратной задачи для многих форм возмущающих масс имеет важное практическое значение, так как здесь роль фактора, усугубляющего неоднозначность решения, играет то обстоятельство, что наблюдаемые значения аномалий всегда осложнены различными погрешностями. При дистанционном магнитометрическом обследовании трубопроводов – это погрешности определения глубины и местоположения, погрешности, связанные с магнитными полями протекающих по трубопроводу токов, погрешности, связанные с полями напряженных состояний, различной толщиной трубопровода, различной восприимчивостью его частей, погрешностью, связанную с вариациями магнитного поля Земли, ориентацией датчиков и многими другими. Теоретически доказано (В.Н. Страхов), что сколь угодно малые изменения внешнего (по отношению к источникам) поля, могут повлечь сколь угодно большие изменения распределения предполагаемых возмущающих масс, т.е. решение обратной задачи в этом случае будет весьма неустойчивым. Вместе с тем, решение обратной задачи при контроле технического состояния трубопроводов может быть однозначно, так как заведомо известна форма магнитного тела, его размеры и даже магнитная восприимчивость трубной стали.

Иначе дело обстоит при магнитной внутритрубной дефектоскопии, когда форма и размеры каверн заведомо неизвестны. Этому фактору, по нашему мнению, не уделяется достаточного внимания при интерпретации результатов внутритрубной дефектоскопии и решении вопроса надежности трубопроводов.

Расчет магнитных полей в магниторазведке производится на основе закона Кулона, согласно которому сила, действующая между двумя магнитными пропорциональна квадрату расстояния между ними:

– магнитная проницаемость ( = 1 + 4);

r – расстояние между центрами магнитных масс m1 и m2, где в качестве магнитной массы m выступает величина магнитного момента диполя M, деленного на расстояние dl между его полюсами m [m] = Ам намагничения J на площадь намагниченного тела S: m = J S.

Любое намагниченное тело можно представить в виде сочетания положительной + m и отрицательной – m магнитных масс (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Схема расчета потенциала магнитного диполя Форма и интенсивность магнитных аномалий зависят в первую очередь от относительно поверхности Земли.

Потенциал магнитного диполя в некоторой точке земной поверхности определяется из выражения:

Для одиночного диполя, заключенного в элементарном объеме dW выражение dU (3.14) с учетом того, что M=J dW, можно представить как:

Но поскольку намагниченное тело состоит из множества элементарных объемов, создающих некоторое поле U, то, чтобы найти потенциал реального тела объемом W, необходимо проинтегрировать величину dW по всему объему W:

магниторазведки. Подставляя в формулу (3.14) конкретные значения W для тел различной формы, и затем, беря производную от потенциала по вертикальной и горизонтальной составляющей, можно получить выражение для магнитного потенциала U данного тела и его компонент Z, H.

Магнитное поле горизонтального кругового цилиндра Магнитное поле кругового цилиндра бесконечной длины, лежащего горизонтально, равно полю двух нитей полюсов, расположенных на бесконечно близком расстоянии одна от другой вдоль центральной линии цилиндра.

Следуя А.А. Логачеву и В.П. Захарову [97], получим для вертикальной Z и горизонтальной Н составляющих вектора напряженности магнитного поля в сечении, перпендикулярном цилиндру.

Поле цилиндра эквивалентно полю бесконечного числа вертикальных магнитных диполей, центры которых расположены на оси цилиндра. Магнитный потенциал U в точке P земной поверхности (ось Х) от элемента цилиндра равен:

Для нахождения потенциала U по всей длине бесконечного цилиндра нужно выражение (3.16) проинтегрировать в бесконечных пределах:

Поскольку двойной интеграл определяет площадь поверхности сечения цилиндра то для потенциала цилиндра имеем:

Дифференцируя полученное выражение по h и x, найдем вертикальную и горизонтальную составляющие Z и H магнитного поля цилиндра при вертикальной намагниченности:

напряженности магнитного поля, Н – горизонтальная составляющая, Т – полная напряженность магнитного поля, h – расстояние от земной поверхности до оси трубопровода, х – расстояние по горизонтали от оси трубопровода (рисунок 3.3).

Непосредственно над трубопроводом Z и Т максимальны и равны друг другу, а Н переходит через нуль.



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 17 |
 


Похожие работы:

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТАДИИ СИНТЕЗА ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛАМИНОВ И РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ КОРРЕКЦИИ ЕГО ФРАКЦИЙ НА ОСНОВЕ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ ...»

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ технологического процесса синтеза этаноламинов как ...»

«Величко, Александр Павлович Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы Москва Российская государственная библиотека diss.rsl.ru 2007 Величко, Александр Павлович.    Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы [Электронный ресурс] : дис. . канд. техн. наук : 05.11.13. ­ Москва: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской ...»

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.