Розділ 2
РОЗВИТОК ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО МЕТОДУ І ЗАСОБІВ МОНІТОРИНГУ ТРУБОПРОВОДІВ
Практичні потреби підвищення надійності та продовження термінів експлуатації
підземних трубопроводів вимагає створення ефективних вимірювальних систем для
їх контролю і діагностики. Особливо актуальним є створення високопродуктивних
методів і засобів для оперативних обстежень корозійного стану трубопроводів. В
цьому плані великі можливості мають безконтактні міряння електричних струмів
(БВС), які реалізуються шляхом вимірювань певних інформативних параметрів
електромагнітного поля над трубопроводом [150,194].
У цьому розділі з метрологічної точки зору проаналізуємо характеристики ЕМ
поля і струмів, що існують на трасах трубопроводів, розглянемо і дамо загальну
класифікацію методів вимірювань струму у захованому провіднику та визначення
перехідного опору підземного струмопроводу. На цій підставі обґрунтуємо вибір
напрямку досліджень та методики вирішення задач, націлених на створення ЕМ ІВС
для обстежень ПКЗ трубопроводів.
2.1. Електромагнітне поле на трасах трубопроводів. Методологічні аспекти
З методологічної точки зору характеристика електромагнітного поля, як носія
завад чи корисних сигналів, для обстежень, контролю і діагностики є відносною.
Справді, поле того чи іншого походження дифрагує на об’єкті. При цьому
просторові і частотні характеристики розсіяного поля тісно пов’язані з
геометричними і електромагнітними параметрами об’єкта. Отже, за певними
виміряними характеристиками поля можна визначати ті чи інші параметри об’єкта.
Тут потрібна певна апріорна інформація про поле. Якщо така інформація існує
апріорі (чи апостеріорі), то відповідне поле розглядають як носій корисних
сигналів і воно може використовуватись для обстеження об’єкта. Якщо ж такої
інформації нема, то поле розглядають як завадонесуче. Залежно від поставленої
задачі обстежень або вибраного методу її вирішення, конкретне поле може бути
корисним інформативним або завадонесучим.
У задачах електромагнітних обстежень підземних трубопроводів використовуються
як постійні (квазіпостійні), так і змінні електромагнітні поля, спричинені
різними джерелами.
Зазвичай для виділення (селекції) корисного сигналу від електромагнітних завад
ефективно використовують частотну фільтрацію, що суттєво полегшує технічне
вирішення задач електромагнітних вимірювань і широко використовується у радіо
та електрозв’язку. Проте для неруйнівного контролю завадонесуче поле часто
присутнє на тій же частоті, на якій проводяться вимірювання чи спостереження. У
такому випадку (якщо перехід на іншу частоту неефективний або недоцільний)
необхідно використовувати інші, зокрема, просторові характеристики поля. Вплив
квазіоднорідного завадонесучого поля віддалених джерел можна усунути
різницевими (диференціальними) методами вимірювань; в інших випадках треба
застосовувати спеціальні, як правило, більш складні методи.
Велика протяжність сталевих трубопроводів зумовлює збудження і концентрацію в
них електричних струмів, які можуть протікати по високопровідному трубопроводу
на значну віддаль. Місця витікання струму в середовище (анодні зони) є особливо
корозійно небезпечні, оскільки в них відбувається інтенсивне анодне розчинення
металу [30,32-34]. Для запобігання корозії викликаної блукаючими струмами
використовують електродренажний захист [30,34,35]; відомі контактні методи
виявлення наявності квазіпостійних блукаючих струмів у землі [30,33,34].
Оскільки наявні поля впливають на процес електромагнітного обстеження, то
необхідно проаналізувати можливі електромагнітні завади на трасах
трубопроводів. Класифікуємо можливі на трасах ЕМ поля за їх походженням (за
джерелами).
2.1.1. Природні поля. Природне електричне поле має, в основному, локальний
характер і пов’язане з фізико-хімічними процесами в геологічних утвореннях, а
також з електрохімічними явищами в багатофазових середовищах [54].
Електрохімічні процеси викликають електричні поля коло декількох сотень
мілівольт. Вони спричинюють так звані "корозійні пари" – одну з основних причин
ґрунтової корозії [32-34].
Суттєвим для обстежень є потужне магнітне поле Землі [53,310,311], величина
магнітної індукції якого становить від 66000 нТл на полюсах до 33000 нТл на
екваторі; на території України маємо близько 50000 нТл. Геомагнітне поле
квазіпостійне: спостерігаються варіації порядку ±30 нТл з періодами 1 сек.,
1 год., доба і більше (обумовлені іоно-магнітосферними ефектами, сонячною
активністю, внутріземними явищами) [53].
Потужне геомагнітне поле та спричинене ним намагнічення сталі є принципово
важливими для безконтактних вимірювань постійного струму у підземному
трубопроводі [112,117,162].
Магнітотелуричне поле, як змінна складова природного ЕМ поля Землі, походить
від космічних і іоносферних процесів [53]. Змінні магнітні поля, пов’язані з
струмами в іоносфері і з деформацією поля Землі сонячним вітром, індукують
змінне електричне поле, яке збуджує в Землі електричні (телуричні) струми. У
магнітотелуричному полі спостерігають коливання різних типів; серед них
розрізняють:
Пульсації – короткоперіодичні коливання з частотним спектром випадкового
характеру в діапазоні 0,01ё10 Гц та інтенсивністю до декількох нанотесла і
декількох мілівольт на кілометр.
Бухтоподібні збурення (одиничні варіації) з періодом 10...100 хв. і амплітудами
10...100 нТл.
Магнітні бурі – варіації глобального характеру з інтенсивністю в багато сотень
нанотесла. Вони викликаються хромосферними спалахами на Сонці і пов’язаними з
ними потужними потоками заряджених частинок.
У спектрі природного ЕМ поля виділяється діапазон звукових частот [310,311].
- Київ+380960830922