Учитывая большое количество линий нефтепроводов, в конструкции которых изначально не были предусмотрены камеры пуска/приема поршней, до настоящего времени технические специалисты не могли определить, как наиболее оптимальным образом решить проблему инспекции таких трубопроводов, которые ранее не обследовались.
Обслуживание и инспекция нефтехранилищ API 653 предоставляет возможность для контроля состояния или демонтажа подземных трубопроводов. Тщательная инспекция каждой трубы нефтепровода позволяет обеспечить безопасность окружающей среды, а также исключает необходимость замены всех труб.
С учетом тенденции, при которой наибольший акцент делается именно на инспекции труб, а не на их замене «вслепую», промышленность столкнулась с проблемой поиска методов контроля, которые используют проверенные технологии и обеспечивают достоверные, экономически эффективные результаты.
Одной из проверенных технологий для инспекции подземных трубопроводов является применение электромагнитных акустических преобразователей (ЭМА). Использование мобильного робототехнического устройства на гусеничном ходу, оснащенного рядом телекамер и ЭМА датчиками, позволяет специалистам исследовать состояние всего трубопровода. Основной принцип работы ЭМА метода ультразвуковой дефектоскопии заключается электромагнитном возбуждении и приеме поперечных ультразвуковых волн, с линейной поляризацией. Эти ультразвуковые волны генерируются в поверхностном слое исследуемого металла при помощи ЭМА датчиков, установленных на роботе. Постоянное магнитное поле в материале генерируется при помощи постоянных магнитов, входящих в состав датчиков, изготовленных из сплава неодим-железо-бор (Nd-Fe-B). Использование ЭМА технологии прямого ввода (угол наклона УЗ волны 0 градусов) и наклонного ввода (угол наклона 30 градусов), позволяет техническим специалистам выявлять внутреннюю и внешнюю коррозию металла с минимальной глубиной дефекта от 1 мм (при вероятности обнаружения 90%) и точностью измерения ± 0,5 мм (с достоверностью 80%).
Услуги по инспекции трубопроводов, осуществляемые филиалом ЗАО «Диаконт» в США, недавно были выбраны компанией, занимающейся междуштатной транспортировкой нефтепродуктов для проверки старения нефтехимических трубопроводов, по которым не хватало данных о техническом состоянии и топологии труб.
Круг задач проекта включал в себя инспекцию нефтепровода диаметром около 610 мм на территории нефтебазы. Основная цель внутритрубной диагностики (ВТД) заключалась в определении остаточной толщины стенок трубы, обнаружении всех объемных дефектов, а также в выявлении и анализе любой внутренней или внешней коррозии в инспектируемой области трубы. Вторичная цель заключалась в проведении визуального осмотра штатных конструкций трубопровода.
Топология и параметры трубопровода не были известны до начала работ, поэтому был выбран именно робот, а не инспекционное оборудование, движимое за счет давления жидкости (например, поршни). Самоходные роботы могут двигаться в обоих направлениях, что важно, если в трубе находится объект, препятствующий движению оборудования. Впоследствии, при инспекции трубопровода нефтехранилища как раз был выявлен такой случай - обнаружена вертикальная врезка, которая заблокировала бы движение поршня, двигающегося за счет потока. Чтобы получить полные данные о состоянии всего трубопровода, «Диаконт» загружал робототехническое устройство с обеих сторон от врезки. Робот продемонстрировал способность безопасно проходить несколько отводов, точно измерять толщину стенок и достоверно обнаруживать внутреннюю и внешнюю коррозии трубы. Кроме того, возможность управления роботом в режиме реального времени являлась очень важным фактором, учитывая, что топология трубопровода была неизвестна.
Процедура контроля
Зная диаметр трубопровода – 610 мм, для проведения контроля специалисты «Диаконт» выбрали соответствующую модель робототехнического устройства, разработанную для контроля труб данного диаметра. В процессе ВТД применялся модуль визуально-измерительного контроля (ВИК) и ЭМА модуль с прямым вводом УЗ волны. Поскольку технология ЭМА сканирования эффективно действует при зазоре между датчиком и поверхностью до 1 мм, было принято решение не очищать трубопровод, чтобы уменьшить общее время и стоимость контроля. Перед каждым проведением ВТД датчики ЭМА и ВИК калибровались для обеспечения уверенности в достоверности данных контроля.
Сначала специалистами «Диаконт» в нефтепровод был загружен робот, оснащенный модулем ВИК, и проведен визуальный осмотр всей обследуемой области. При этом регистрировалось точное расположение стыков труб и фитингов, а также проводился поиск любых существенных отклонений или конструктивных особенностей, которые потенциально могли бы препятствовать движению робота или привести к изменению программы контроля (например, посторонние предметы, оставшийся продукт в трубе, врезки).
По окончании визуального осмотра, технические специалисты заменили модуль ВИК на ЭМА модуль, и операторы провели автоматизированный контроль (прямых участков), и полуавтоматическое кольцевое сканирование и/или точечное сканирование отводов и фитингов.
Учитывая, что порог выявляемости дефектов зависит от размеров апертуры датчика и шага продвижения робота, шаг продвижения может быть увеличен с 10 мм до 20 мм и более. Например, увеличение шага продвижения робота приведет к тому, что будут детектироваться только те аномалии, размеры которых достаточны для пересечения 2 (или 3) смежных «сканирования по кольцу» (в зависимости от используемой технологии). Больший шаг сканирования приведет к снижению общего времени контроля. В данном проекте, прямые участки трубопровода были отсканированы с использованием шага 20 мм. Несмотря на то, что минимальный порог обнаружения длины дефекта может быть увеличен, ЭМА модуль продолжает совершать круговое сканирование (360 градусов), тем самым оставляя пороги выявляемости ширины и глубины дефекта прежними, соответствующими максимальному разрешению модуля.
Следующие изображения демонстрируют, как шаг продвижения робота влияет на минимальную длину выявляемого дефекта. Красным цветом выделены области трубы, отсканированные датчиками. Когда датчики сориентированы в осевом направлении, апертура ЭМА-датчика имеет длину 20 мм и ширину 10 мм. Робот может перемещаться с шагом 10 мм, в этом случае минимальная длина выявляемого дефекта составит 20 мм. Для сравнения, если увеличить длину шага продвижения робота до 25 мм, робот может обнаружить аномалии длиной не менее 50 мм. Специалисты по неразрушающему контролю (НК) изучают полученные данные в целях выявления каких-либо признаков аномалий, которые отображаются на двух прилегающих сканах поверхности.
Следующие участки не были отсканированы в автоматическом режиме: область в пределах 1,2 м в месте загрузки, секции трубы внутри фитингов, кольцевые и продольные сварные швы, а также участки с недопустимым уровнем шероховатости поверхности или загрязнения. Секции, которые не были проверены с использованием ЭМА датчиков, были проконтролированы методом ВИК или с помощью точечного ЭМА сканирования.
Внутри отводов, фитингов и на протяжении 560 мм после каждого изгиба, проводились точечные измерения через каждые 100 мм трубы в угловых позициях: 0, 30, 90, 150, 180, 210, 270, и 330 градусов.
После того как было проведено автоматическое сканирование при помощи ЭМА модуля, оборудование было извлечено из трубопровода и модуль был заменен на модуль ВИК для проведения лазерной профилометрии. Используя протокол с указанием конкретных областей, имеющих внутреннюю коррозию, обнаруженных при помощи ЭМА модуля, модуль ВИК применялся для проецирования лазерной сетки на внутреннюю поверхность трубы, фотографирования, изучения и измерения размеров внутренних дефектов более детально. В качестве меры предосторожности в месте загрузки питание к робототехническому устройству не подается, пока не будет подтверждено, что окружающая среда является неопасной, инертной. Это достигается путем вытеснения кислорода (O2) азотом (N2), инертным газом. Для этого азот (N2) закачивается в трубу в объемах в пять раз превышающих объем трубы. После того как измерители качества воздуха подтвердили, что концентрация О2 ниже 10%, к оборудованию подводится питание. На фланец устанавливается заглушка с двухдюймовым отверстием для кабеля робота, прикручивающаяся болтами к концу трубы, для предотвращения (снижения) попадания кислорода в трубопровод во время контроля.
Инспекция нефтепровода
Специалисты «Диаконт» откалибровали датчики робототехнического устройства и установили систему рядом с извлеченным клапаном в начале трубопровода. Перед включением робота был проверен уровень кислорода в трубопроводе. После того, как концентрация кислорода достигла безопасной отметки, робот был загружен в трубопровод, и к концу трубы была прикручена заглушка для поддержания необходимой концентрации азота.
Результаты визуального контроля
Специалисты компании «Диаконт» по неразрушающему контролю провели визуальный осмотр всего трубопровода. Легкая коррозия была найдена в нескольких секциях на нижних участках трубопровода. Наиболее существенная область коррозии состояла из трех язвенных дефектов найденных на внутренней стороне трубы на расстоянии 34,7 м от места загрузки.
Как отмечалось ранее, в центре трубопровода была обнаружена врезка. Для инспекции остальной части трубопровода и выполнения всех задач проекта, специалисты «Диаконт» загрузили робот через удаленный участок трубопровода с противоположной стороны от врезки и провели контроль оставшегося участка.
Результаты ЭМА контроля
После завершения визуального осмотра и лазерной профилометрии трубы, робототехническое устройство было оснащено ЭМА-датчиком для измерения толщины стенок. Полученные данные определили, что средняя остаточная толщина стенки составила 66% от номинальной толщины. Секция с самым сильным утонением стенки от коррозии была расположена на расстоянии 71,7 м от места загрузки, её остаточная толщина стенки составила 52% от номинальной.
Выводы
Проведенная инспекция показала, что на исследованном участке нефтепровода имелись: один 45 градусный отвод (1,5 D), один 90 градусный (1.5D) отвод вправо, и наклонный участок с углом наклона вниз 18 градусов к горизонту (врезка была расположена между двумя 1,5D отводами) Использование роботизированного устройства в сочетании с модулями ВИК и ЭМА подтвердило свою ценность при оценке состояния трубопровода. Несмотря на то, что очистка нефтепровода не проводилась, робот, оснащенный ЭМА модулем, успешно провел тщательный контроль состояния труб. По ходу осмотра оператор незамедлительно уведомлялся обо всех обнаруженных и измеренных аномалиях. Впоследствии, предварительный отчет (предоставленный в течение двух рабочих дней) и заключительный отчет (предоставленный в течение 30 дней) были использованы для выполнения риск-анализа. Результаты контроля были сохранены как исходные данные для последующего риск-анализа. Способность робота двигаться в обоих направлениях позволила компаниям проводить повторный анализ проблемных областей и пройти несколько изгибов и перепады высот. Кроме того, способность обнаруживать и измерять дефекты в режиме реального времени позволила эксплуатирующей организации и подрядчику в режиме реального времени вносить изменения в план контроля на основании найденных аномалий. В целом, проект по контролю нефтепровода был выполнен успешно. Контроль подтвердил целостность большей части нефтепровода и выявил участки трубы с критическим утонением, а также язвенная коррозия в трубе, требующая ремонта. По окончании инспекции ремонт и обслуживание нефтепровода были продолжены, эксплуатирующая организация составила план по выкапыванию поврежденных участков трубопровода для ремонта или замены. Стоимость и сроки ремонта или замены небольших поврежденных участков трубопровода будет значительно меньше, чем полная замена всей линии нефтепровода.