Рассматриваются результаты контроля подводного перехода через реку Днепр нефтепровода "Дружба" внутритрубными дефектоскопами ме­тодами утечки магнитного потока и ультразвуковой толщинометрии.

Об авторах

Бордовский Александр Михайлович 

Главный инженер Гомельтранс- нефть «Дружба», работает на неф­тепроводе с 1975 г. Основное направ­ление деятельности - обеспечение надежности и экологической безопас­ности магистральных нефтепрово­дов. Заслуженный рационализатор Республики Беларусь.

Криволапое Александр Всеволодович

Ведущий инженер. Вопросами диаг­ностики магистральных трубопрово­дов занимается с 1987 г. Участвовал во внедрении внутритрубной дефек­тоскопии в системах магистральных трубопроводов "Главтранснефть" и РАО "Газпром". С 1994 г. работает в ГПТНД "Дружба".

Гомельтранснефть "Дружба" с 1994 г. проводит работы по программе комп­лексного обследования своих нефтепроводов. Программа включает в себя созда­ние компьютерной системы мониторинга состояния линейной части, уточнение пространственного положения нефтепроводов, выборочное обследование состо­яния изоляционного покрытия и работы средств электрохимзащиты (ЭХЗ), внут- ритрубную диагностику (ВТД). Для ВТД использовались преимущественно магнит­ные снаряды-дефектоскопы, регистрирующие утечку магнитного потока и хорошо зарекомендовавшие себя на практике. В 1996 г. для обследования был использо­ван ультразвуковой дефектоскоп, реализующий эхо-метод. При этом результаты ВТД также хорошо подтверждались контрольными раскопками.

Для ВТД резервной нитки подводного перехода через Днепр было решено использовать комбинацию этих двух методов. Ин­формация о состоянии этого участка представляла особый инте­рес для получения общего представления о вероятном состоянии резервных ниток п/п ГПНТ "Дружба". Эти нитки находились в экс­плуатации без очистки более 35 лет, и поэтому на таких участках можно ожидать все виды дефектов, причем с большой вероятно­стью - внутреннюю коррозию. Использование двух альтернатив­ных методов дает возможность продублировать данные на труд­нодоступной подводной части перехода и позволяет оценить возможности применения комбинации ультразвукового и магнит­ного методов для диагностики трубопроводов.

Перед пропусками дефектоскопов были проведены подготовительные ме­роприятия по оборудованию участка камерами приема и пуска внутритрубных устройств и тщательной очистке нефтепровода. Последняя операция является необходимым и важным этапом, во многом определяющим качество дальнейшего обследования трубопровода. Особенно это существенно для ультразвуковых сна­рядов, так как наличие отложений резко ухудшает качество акустического контакта.

Процедура очистки длилась более месяца. В результате к обследованию был представлен хорошо очищенный участок длиной 6 км без каких-либо серьезных препятствий, что гарантировало получение качественных данных. Пуск дефектоскопов - магнитного "Лайналог" и ультразвукового "Ультраскан" - осуще­ствлялся независимо различными инспектирующими компаниями, имеющими хорошую репутацию. Все работы были выполнены за один пропуск снарядов, а качество полученных данных удовлетворило обе компании.

Сведение данных в результирующий отчет оказалось зада­чей не тривиальной из-за отсутствия единого стандарта на отчетные материалы и неразвитости возможностей их редактирования. По­этому было разработано специальное программное обеспечение, позволяющее проводить сравнение и объединение данных различ­ных обследований одного участка трубопровода. Полученная по результатам двух обследований информация представлена в табл. 1.

Видно, что обоими методами однозначно регистрируются особенности, связанные с конструкцией трубопровода (ориента­ция продольного шва и длина каждой секции) и ремонтами, поэ­тому легко установить соответствие отдельных секций в обоих пропусках. Это позволило игнорировать разницу в показаниях одо-метрических систем и свободно переносить маркерные отметки из одного пропуска во второй. Таким же образом бы­ли собраны особенности уверенно определяемые только одним методом. Из данных магнитного контроля были взяты сведения об особенностях в сварных соединениях, а из данных УЗК - сведе­ния о расслоениях, вмятинах и толщине стенки. Совпадения здесь редки, что устраняет неодно­значность их определения и позволяет просто автоматически суммировать данные. На совпа­дение при этом проверялись сведения о дефек­тах в сварных соединениях и расслоениях, при­мыкающих к сварным швам, так как последние с выходом на кромку могут быть причиной разви­тия трещин. Совпадение позволяет с большей уверенностью классифицировать дефект.

Обследование сварных соединений методами ВТД сопряжено с определенными трудностями. Они связаны с изменениями физических характеристик металла в шве и околошовной зоне, нерегулярностью как внешней, так и внутренней поверхностей швов. Поэтому на сегодняшний день правильнее говорить о выявлении методами ВТД ано­малий в сварных соединениях. Их можно условно разде­лить на две группы. Первая связана с нарушениями одно­родности сварного соединения - заплаты, подварки и т. п. и свидетельствует о несоблюдении требований стандартов при монтаже или ремонте. Аномалии этого типа фиксируются и магнитным и ультразвуковым методами. На данном участке зафиксированы четыре такие особенности. Вторая группа связана с потерями металла - непровары, поры, шлаковые включения, трещины, коррозия сварных швов. Магнитный метод позволяет определять аномалии этого типа, хотя классификация и измерение размеров вызывают затрудне­ния и зависят от опыта, накопленного инспектирующей ком­панией. Поэтому общий подход состоит в локализации и приближенной оценке обнаруженной магнитным методом особенности с последующим дополнительным обследова­нием другими средствами НК этих участков после контроль­ной раскопки.

В табл. 2 приведены результаты дополнительного  контроля швов ручным ультразвуковым дефектоскопом USN50 шести наиболее грубых (по предварительной оценке магнитным дефектоскопом) аномалий.

Сопоставление данных по потерям металла показало практически полную непригодность ис­пользования только отчетных материалов из-за множества несовпадений (табл. 3). Гораздо чаще информация, положенная в отчеты, соответство­вала совершено разным дефектам, даже если они находились на одной и той же секции. Прежде всего это объясняется тем, что в отчет магнитного снаряда были положены только дефекты, превы­шающие 15 % потерь металла, которые в отчете УЗ-снаряда составляли 66 % от всех зарегистри­рованных потерь металла. Однако проблема не столько в различной оценке дефектов, сколько в возможностях их выявления. Анализ исходных данных показал, что такая ситуация - закономер­ный результат суммирования общих ошибок и проблем, возникающих и накапливающихся на протяжении полного этапа двух обследований. Эти проблемы не всегда очевидны, и это полезно пом­нить всем потенциальным пользователям ВТД.

Таблица 3. Основные параметры потерь металла, присутствующие в обоих отчетах

Потери металла, в отличие от остальных групп осо­бенностей, являются параметром однозначно определяе­мым и заявленным в обоих дефектоскопах, хотя в силу из­вестных ограничений в физических методах контроля и их технической реализацией ожидалось некоторое расхож­дение данных обоих исследований. На практике эти рас­хождения проявлялись на разных этапах обследования:

-ошибки оборудования - снаряд не фиксирует дефект или искажает информацию о дефекте;

-погрешность измерения - снаряд фиксирует дефект, но измеряет его неверно;

-ошибки анализа - дефект зафиксирован и может быть измерен, но не обнаружен или неправильно интерпретирован при анализе.

Разделение это условно, но помогает понять меха­низмы появления ошибок. Рассмотрим проявление этих ошибок в конкретном обследовании.

Рис. 1. Исходные данные магнитного (справа) и УЗ (слева) снарядов по участку 445 секции. В центре - эскиз (вверху) и фотография дефекта нерегулярной формы с потерей 33 %, внизу - плоскостной дефект 12 %

Ошибки оборудования в обоих случаях являются следствием особенностей методов. Для магнитного снаряда сложности возникают при выявлении питтинговых язв малого диаметра, либо обширных плоскостных дефектов. Это вы­разилось в занижении величины потери металла на 524 секции. Дефект располагался на участке с плавным, но зна­чительным изменением толщины стенки трубы. Расхожде­ние составило 6 %, хотя и не вышло за рамки заявленной погрешности измерений. В остальном претензий к данным магнитного дефектоскопа не было. Снаряд смог подтвер­дить все потери металла, зафиксированные при ультразву­ковом обследовании, включая мелкие в диапазоне (8-15) %. Для ультразвукового снаряда ошибки были фатальные. В частности, отсутствовала информация о коррозионных дефек­тах на 3, 206, 208 секциях. В пределах одной секции снаряд определял незначительный, менее 15 %, дефект и пропус­кал дефект с потерей около 30 %. Это наблюдается на 293 секции (отмечены дефекты 9 и 15 %, пропущены - 20 и 28 %), 445 секции (отмечен дефект 12 % и пропущен 33 %), причем пропущенные дефекты отсутствуют уже в исходных данных. При этом ошибки не связаны с экранированием дефекта сопутствующим расслоением. К сожалению, проверить все данные не представляется возможным из-за недоступности этих участков, но данные по 445 секции подтверждены конт­рольной шурфовкой (рис. 1). Обнаруженный дефект пред­ставляет собой механическое повреждение нерегулярной формы. Как видно форма и характер дефекта влияют на возможности его выявления ультразвуком.

Рис. 2. График корреляции данных магнитного () и УЗ () снарядов с данными контрольной раскопки. Приведены значения глубины дефектов

Погрешность измерения  составляет для магнитного снаряда 10 % по общей коррозии и 15 % - питтинговая; для ультразвукового снаряда - 5 %. Корреляция данных по 9 контрольным шурфовкам представлена на рис. 2. Здесь красными квадратиками отмечены данные ультразвукового исследования, синими ромбиками - магнитного, а соответ­ствующего цвета линии указывают погрешность измерений. Как правило, результаты укладываются в заявленные по­грешности, но при этом в реальных условиях они могут варьироваться по-разному для одного и того же дефекта. Поэтому можно получить и очень хорошее совпадение и значительные разночтения в оценке дефекта (рис. 3). В связи с этим неправомерно вводить одинаковые критерии отбора дефектов по величине. Так, погрешность измерения ультразвукового дефектоскопа, заявленная в технических условиях, действительна для плоскостных дефектов. В этом случае снаряд очень хорошо фиксирует не только величину потери металла, но и линейные размеры, достаточно точно воспроизводит форму дефекта, значительно превышая по информативности магнитный снаряд. Для дефектов, имею­щих резко нерегулярную форму, погрешность может быть значительно больше, приводя даже к полной потере дефекта. По разным причинам, но одинаково сложно для обоих снарядов обнаружение и изме­рение коррозионных язв малого диаметра. У магнитных снарядов это свя­зано с порогом чувствительности к потерям металла малого объема, а у ультразвуковых - дефект малой площади с резкими границами неотличим от паразитных отражений неоднородностей структуры металла. Как показа­ло обследование перехода, магнитный снаряд оценивал размеры дефектов, в среднем, на 5 % выше, чем ультразвуковой.

Ошибки анализа связаны с неверной интерпретацией или невни­мательностью аналитика. Анализ - заключительный этап процесса обсле­дования. На этом этапе все предыдущие ошибки могут быть или скорректи­рованы или, наоборот, усугублены. Значительное влияние на появление ошибок при анализе оказывает качество полученных данных. У ультразву­кового дефектоскопа из-за влияния отложений, неровностей и шероховато­сти поверхности, неоднородностей структуры на результаты прозвучивания часть дефектов (типа потерь металла) может быть пропущена из-за невоз­можности выделения полезного сигнала на фоне помех. Данные магнитного снаряда имеют не столь наглядный вид, как у ультразвукового, и поэтому их анализ существенно зависит от опыта инспектирующей организации. Кроме этого, результаты контроля зависят от применяемого оборудования, продоль­ного разрешения снарядов, критериев и правил измерения размеров дефек­тов. Поэтому магнитный дефектоскоп на секциях 241 и 434 зафиксировал по два дефекта, а ультразвуковой - по одному, но значительно большей протяженности (рис. 4). Таким образом, при комбинированных обследова­ниях аналитик получает дополнительный материал для классификации де­фектов, уточнения их размеров и принятия решений.

Результаты выполненных нами исследований показа­ли, что проведение обследования трубопроводов только ультразвуковым методом недостаточно, так как часть дефек­тов может быть пропущена. Наиболее веским аргументом в пользу использования ультразвуковых снарядов является обнаружение примыкающих расслоений. Магнитные де­фектоскопы предпочтительней для выявления дефектов типа потерь металла, так как при практически такой же разре­шающей способности их данные более достоверны. Поэтому история обследования трубопровода должна иметь хотя бы одну запись участка магнитным методом.

При комбинированном контроле можно действительно получить очень хорошие результаты, но не на основании от­четных материалов каждого дефектоскопа, а путем сопоста­вительного анализа исходных данных. Идеальный случай, когда оба обследования проводятся одной инспектирующей компанией, что гарантирует доступ к исходным данным на этапе анализа. Желательно также, чтобы снаряд-дефектоскоп в своем составе имел одновременно ультразвуковую и магнитную секции.

Рис. 3. Пример очень хорошего под­тверждения данных в обоих пропусках

Ограничением для широ­кого применения подобного под­хода являются экономические соображения, и целесообраз­ность использования того или иного метода или их комбинации должна определяться в каждом конкретном случае. В конечном итоге, необходимо получение не всей возможной информации, а информации достаточной для правильной оценки состояния контролируемого участка. Кри­терии допустимости дефекта, ве­роятность и динамика его разви­тия до критических параметров определяют выбор средств вы­явления дефекта и требования к объему получаемой информации. Различия в оценке дефектов делают малореальным ис­пользование чередования методов для от­слеживания развития дефектов. Для каждого участка трубопровода характерны свои типы дефектов, и в соответствии с имеющейся информацией предыдущих обследований может быть выбран наиболее приемлемый метод, который и будет использоваться для дальнейшего мониторинга.

Рис. 4. Данные по 241 секции: вверху - магнитного, в центре - УЗ снарядов, внизу - фотография реальных дефектов. Различие только в критериях дискриминации дефек­тов, принятых для отчетных материалов разными инспектирующими фирмами