РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА І ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕОРЕТИЧНИХ АСПЕКТІВ МЕТОДИКИ БЕЗКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЮ
СТАНУ ІЗОЛЯЦІЇ НАФТОГАЗОПРОВОДІВ В УМОВАХ ПРОМИСЛОВИХ ЗАВАД
З метою розробки удосконаленої методики безконтактного контролю ізоляційного
покриття підземних нафтогазопроводів, яка б дала змогу отримати достовірні дані
про стан ізоляції при наявності в зоні контролю високого рівня промислових
електромагнітних завад і/або паралельних електрично з’єднаних
нафтогазопроводів, що знаходяться на невеликій відстані від контрольованого
нафтогазопроводу, необхідно дослідити вплив електромагнітних завад на процес
контролю і їх характер, одержати математичний опис профільної залежності
напруженості магнітного поля над паралельними трубопроводами без конкретної
прив’язки до осі одного з них. Отримані у результаті залежності можуть дати
можливість розрахувати значення струму в стінках паралельних електрично
з’єднаних нафтогазопроводів і виключити вплив промислових завад.
Крім цього, вказане дасть можливість сформулювати вимоги до
інформаційно-вимірювальної системи контролю в цілому з метою реалізації нею
розроблених методик безконтактного контролю ізоляційного покриття підземних
нафтогазопроводів.
2.1. Вплив електромагнітних завад на результати проведення безконтактного
контролю ізоляційного покриття підземних нафтогазопроводів
Отримання достовірної інформації про стан ізоляційного покриття підземного
нафтогазопроводу напряму залежить від точності визначення величини струму, який
протікає в стінках нафтогазопроводу і виникає внаслідок подачі змінної напруги
певної частоти з виходу спеціального сигнал – генератора в коло
“трубопровід–ґрунт–заземлювач”. Визначити дійсне значення даного струмового
сигналу безконтактним методом в певній точці над контрольованим трубопроводом
наштовхується на деякі труднощі. Причини цього полягають в тому, що значення
струму в стінках нафтогазопроводу отримується на основі вимірювань напруженості
магнітного поля над трубопроводом.
Безконтактний контроль ізоляційного покриття підземних нафтогазопроводів
полягає у подачі сигналу в точці виходу нафтогазопроводу на поверхню і потім у
відслідковуванні нафтогазопроводу за допомогою горизонтального пошукового
контуру, що забезпечує отримання максимального сигналу. Фіксується швидкість
затухання величини струму сигналу вздовж нафтогазопроводу (величина струму в
стінках нафтогазопроводу розраховується на основі значення напруженості
горизонтальної складової магнітного поля над трубопроводом) і значення глибини
залягання нафтогазопроводу. Отримана характеристика затухання сигналу вздовж
контрольованої ділянки нафтогазопроводу дає змогу виявити зони низького
перехідного опору “труба – ґрунт”, що свідчить про можливість пошкодження
ізоляції. Крім виявлення небезпечних з точки зору корозії ділянок можна
визначити і застарілі ділянки ізоляційного покриття. Значне застосування
безконтактний метод отримав при дефектоскопії протикорозійного ізоляційного
покриття на переходах нафтогазопроводів під шосейними дорогами і на сухих
піщаних ділянках.
Електромагнітне поле навколо нафтогазопроводу зумовлене не тільки проходженням
струму по ньому, але і дією різних джерел електромагнітного поля промислового
характеру, які мають місце в зоні контролю. Зокрема, такими джерелами завади,
що знаходяться поблизу контрольованого нафтогазопроводу, є лінії
електропередач, бурові установки, компресори, катодні станції тощо [15, 44].
Промислові завади звичайно мають дискретний спектр з яскраво вираженою основною
частотою (звичайно 50 Гц) і лежать в діапазоні частот від 10 до 1200 Гц. Саме в
цьому діапазоні частот вибирається частота контрольного сигналу, оскільки
робота на вищих частотах є неефективною [1, 9]. На рис.2.1 приведені
спектральні характеристики напруженості поля можливих джерел завади. Амплітуда
напруженості гармонічних складових поля приведена у відносних одиницях [45]. На
відстані від джерела завади, що є меншою за довжину хвилі , електромагнітне
поле має чітко виражений електричний або магнітний характер [46, 47]. Тому при
частотах електромагнітного поля 10-1200 Гц, де відстані між джерелом завади і
трубопроводом знаходиться в діапазоні від до , електромагнітні зв’язки
виникають за рахунок електричних або магнітних полів.
Рис. 2.1. Спектральні характеристики джерел промислових електромагнітних завад:
1 – джерела змінного струму; 2 – комутуючі пристрої постійного струму;
3 – некеровані вентильні пристрої; 4 – керовані вентильні пристрої;
5 – перетворювачі частоти; 6 – електропривід постійного струму
Трубопровід може виступати у ролі додаткового випромінювача електромагнітної
завади, якщо існує паразитний зв’язок його з джерелом завади.
Для вимірювання рівня промислових завад над трубопроводом було виготовлено
пристрій, аналогічний описаному в [48], тільки пасивний RC- фільтр НЧ було
замінено активним перевлаштовуваним фільтром на діапазон 10-1200 Гц.
Дослідження проводились на об’єктах з різними шляхами проникнення завади.
Досліджувався трубопровід, який використовувався, як заземлювач потужного
водонапірного насосу і одночасно, як водопровід (рис. 2.2). Струмовий сигнал
завади проходить через трубопровід від нейтралі електродвигуна 1 до нейтралі
електропідстанції 4 через опір “провідник-ґрунт-трубопровід” . Такий шлях
проникнення завади можна вважати як гальванічний, коли сигнал завади проникає в
трубопровід за рахунок безпосереднього підключення нафтогазопроводу до джерела
завади.
Рис. 2.2. Гальванічний шлях проникнення завади:
1 - електродвигун; 2 – насос; 3 – трубопровід; 4 – електропідстанція
Вимірювання сигнал