Технология магнитной локации и диагностические комплексы «ОРИОН-3М»

Магнитная локация является инновационной российской технологией дистанционного бесконтактного обследования технического состояния трубопроводных систем, позволяющей проводить в автоматическом режиме комплексное обследование трубопровода и определять следующие технические параметры:

• величину интегрального сопротивления  защитного покрытия трубопровода;
• величину суммарной и удельной площади дефектов защитного покрытия на участке измерений;
• остаточный ресурс защитного покрытия;
• распределение тока катодной защиты, границы защиты средств ЭХЗ;
• глубину залегания и трек трассы трубопроводов и электрических кабелей,
• углы поворота и изгиба труб;
• места пересечения со сторонними подземными коммуникациями;
• границы зон опасного влияния блуждающих токов промышленной частоты.

Технология магнитной локации и созданные на ее основе диагностические комплексы серии «ОРИОН» не имеют аналогов по своим технологическим возможностям, по объему и уровню обследования, степени автоматизации полевых работ и камеральной обработки данных. При этом они лишены недостатков традиционных методов контроля изоляционных покрытий, основанных на измерениях потенциалов и токов. Магнитная локация – это технология определение координат и параметров источников магнитных полей на локальных участках трубопровода без его вскрытия. Использование магнитной локации при обследовании подземных трубопроводов позволяет точно определить намагниченность и векторы токов различных частот, находясь в произвольной точке относительно самого источника магнитного поля. Техническая реализация магнитной локации основана на решении обратной задачи магнитостатики – пространственного поиска объекта и определения его параметров по результатам измерения вектора магнитного поля в конечном количестве точек пространства на значительном удалении от объекта. В технологии магнитной локации учитываемыми параметрами являются токи различной частоты, текущие по трубопроводу, величина намагниченности металла, глубина заложения трубы, пространственные координаты. Весь этот массив данных автоматически регистрируется с шагом сканирования 10 см. и записываются в базу данных полевого компьютера. Блок магнитных датчиков комплекса считывает значения пространственных компонент магнитных полей, создаваемых контрольным током генератора, по трем координатам X, Y, и Z. Эти значения регистрируются комплексом магнитной локации «ОРИОН-3М» и обрабатываются с использованием алгоритмов магнитной локации. В результате обработки данных рассчитывается значение модуля контрольного тока, протекающего через минимальную единицу длины трубопровода dL. Компоненты магнитного поля контролируемого тока генератора (X, Y, Z) Контролируемый ток в трубопроводе В технологии магнитной локации обследование технических параметров изоляционного покрытия сводится к локации участков трубопровода (L₁, L₂, L₃), где происходит резкое или медленное падение тока генератора (i₁, i₂, i₃, i₄) за счёт его утечки в грунт в местах повреждения покрытия. Обследование магистрального трубопровода осуществляется путём прохода оператора с комплексом над трубопроводом. Локация участков падения контрольного тока в трубопроводе При работе на трубопроводе не имеет значение ни ориентация приемной магнитной антенны комплекса в плоскости земной поверхности, ни ее отклонение от вертикальной оси, ни расстояние между антенной и трубопроводом. Это позволяет оператору полевых работ обеспечить высокое качество обследования трубопровода, просто перемещая комплекс в допустимом коридоре с возможной для данного типа местности скоростью. ВРД 39-1.10-026-2001 (ВРД),- устанавливает порядок расчётов основных технических параметров изоляционных покрытий: интегрального сопротивления (Rиз), интегральной площади сквозных дефектов (Sд) и остаточного ресурса (Тост). Под остаточным ресурсом понимается время, в течение которого измеренное интегральное сопротивление (Rиз) ухудшается до недопустимой нижней величины. В Программном обеспечении камеральной обработки при расчёте параметров изоляционных покрытий используются формулы и номограммы из ВРД 39-1.10-026-2001. Пример таблицы с результатами обследования состояния защитного покрытия.

Участок МГ	Длина участка(м)	Rиз (Ом?м2)	Sд (мм2/м2)	Тост (лет)	Расстояние от КИП (м)		Координаты участков по WGS-84
							Начало участка		Начало участка
					начало	начало	долгота	широта	долгота	широта
000-001	703	100000	0	30	0	703	37,297907	53,685130	37,287680	53,683472
	46	1450	0,48	5	703	749	37,287680	53,683472	37,287035	53,683307
	254	100000	0	30	749	1003	37,287035	53,683307	37,283288	53,683300
001-002	412	80	156,25	РИ	0	412	37,283238	53,683327	37,277585	53,681817
	38	16	3906,25	РИ	412	450	37,277585	53,681817	37,277008	53,681842
	616	100000	0	30	450	1066	37,277008	53,681842	37,269713	53,684653
002-003	150	49000	0,0004	30	0	150	37,269715	53,684647	37,267533	53,684968
	39	100000	0	30	150	189	37,267533	53,684968	37,267053	53,685165
	867	100000	0	30	189	1056	37,267053	53,685165	37,261282	53,692093
003-005	665	100000	0	30	0	665	37,261265	53,692078	37,257253	53,697560
	31	430	5,41	РИ	665	696	37,257253	53,697560	37,257060	53,697805
	345	2400	0,17	9	696	1041	37,257060	53,697805	37,255233	53,700695
	396	5300	0,04	20	1041	1437	37,255233	53,700695	37,253118	53,704015
	566	4100	0,06	17	1437	2003	37,253118	53,704015	37,250198	53,708797
005-006	137	540	3,43	1	0	137	36,840563	53,944977	36,840247	53,946178
	856	100000	0	30	137	993	36,840247	53,946178	36,827637	53,946280

Цветовая маркировка категории качества защитного покрытия трубопровода по результатам обследования.

по оценке сопротивления изоляции Rиз (Ом?м2)	по величине площади сквозных дефектов	Sд (мм2/м2)	по остаточному ресурсу покрытия Тост (лет)
хорошее	Мелкие одиночные дефекты	0,01- 0,16	Остаточный ресурс свыше 11 лет
удовлетворительное	Дефекты в небольшом количестве	0,16-4,0	Остаточный ресурс от 5 до 11 лет
плохое	Значительная площадь оголенного металла	4,0-400,0	Остаточный ресурс 5 и менее лет
практически отсутствует	Покрытие сильно разрушено	400,0-40000,0	Покрытие, не имеющее ресурса (РИ)
	Следы покрытия	свыше 40000

Диагностические комплексы серии «ОРИОН»

Диагностические комплексы серии «ОРИОН» являются инновационной российской разработкой и предназначены для комплексного обследования подземных трубопроводов. Работа комплексов построена на применении технологии магнитной локации. Диагностические комплексы «ОРИОН-3М» не имеют аналогов по своим технологическим возможностям, по объему и уровню обследования, степени автоматизации полевых работ и камеральной обработки данных. При этом они лишены недостатков традиционных методовконтроля изоляционных покрытий, основанных на измерениях потенциалов и токов. Диагностические комплексы «ОРИОН-3М» предназначены для проведения в автоматическом режиме комплексных обследований трубопроводов и определения следующих технических параметров:

• Величина интегрального сопротивления защитного покрытия трубопровода;
• Величина суммарной и удельной площади дефектов защитного покрытия на участке измерений;
• Остаточный ресурс защитного покрытия;
• Распределение тока катодной защиты, границы защиты средств ЭХЗ;
• Глубина залегания и трек трассы трубопроводов и электрических кабелей;
• Углы поворота и изгиба труб;
• Места пересечения со сторонними подземными коммуникациями;
• Границы зон опасного влияния блуждающих токов промышленной частоты.

Преимуществами комплексов «ОРИОРН-3М» перед оборудованием, реализующим традиционные методы контроля изоляционных покрытий, являются:

• При работе на трубопроводе не имеет значение ни ориентация приемной магнитной антенны комплекса в плоскости земной поверхности, ни ее отклонение от вертикальной оси, ни расстояние между антенной и трубопроводом. Это позволяет оператору полевых работ обеспечить высокое качество обследования трубопровода, просто перемещая комплекс в допустимом коридоре с возможной для данного типа местности скоростью;
• Позиционирование оператора над осью трубопровода осуществляется под управлением полевого компьютера комплекса. Параметр технологического коридора обследования по-умолчанию составляет плюс-минус 0,5 метра от оси трубопровода;
• Наличие автоматизированной системы диагностического контроля и протоколирования результатов полевых работ. Оператор напрямую не участвует в измерениях контролируемых параметров. Его функция сводится с прохождению с комплексом над трубопроводом и занесению в программу обследования внешних объектов трубопровода, мест пересечения с естественными и искусственными преградами и других особенностей трассы. По завершению обследования компьютерная программа применяет интеллектуальный алгоритм анализа качества полученной полевой информации, который не позволяют оператору сфальсифицировать данные своего обследования. Негативное влияние «человеческого» фактора сведено к минимуму.
• Автоматизированная система камеральной обработки данных, полученных в ходе выполнения полевых работ;
• Высокая помехозащищённость от влияния электромагнитных полей сторонних коммуникаций;
• Автоматическая система определения мест пересечений обследуемого трубопровода с коммуникациями сторонних организаций.
• Возможность проведения работ в зимнее время года (проведение работ по мерзлому грунту);
• Возможность работы на обводненных и заболоченных участках местности;
• Возможность обследования подводных переходов.
• Возможность обследования трубопроводов с высоким начальным сопротивлением изоляции до 10х8 Ом х м;
• Возможность обследования трубопровода сразу после его засыпкию

Технические характеристики диагностических комплексов «ОРИОН-3М»:

• Определение глубины фактического залегания трубопровода – до 35 метров;
• Точность определение глубины фактического заложения – до 3%;
• Точность определения направления оси ± 3 0;
• Точность определения смещения оси на глубине 2,5 м — 2 см;
• Диапазон измеряемых дипольных моментов на глубине до 2.5 м – от 0,15 до 15000 А?м2;
• Точность измерения дипольного момента на краях диапазона — 5 %;
• Диапазон измеряемых токов частотой 279.65 Гц на глубине до 2,5 м – от 0,0001 до 1,0 А;
• Диапазон измеряемых токов частотой 50 и 100 Гц на глубине до 2,5 м — от 0,01 до 100 А;
• Диапазон измеряемых постоянных токов на глубине до 2,5 м — от 0,01 до 100 А;
• Диапазон частот регистрируемых токов – до 500 Гц;
• Минимальная полоса частот регистрируемых токов по уровню -3 дБ — 1 Гц;
• Шаг санирования на скорости 5 км/ч – 0,01 м;
• Точность привязки контролируемых параметров трубопровода к его внешним объектам на местности;
• ± 1,5 м. при использовании GPS приёмника;
• ± 0,5 м. при использовании радиодальномера;
• ± 0,1 м. при использовании GPS приёмника геодезического класса;
• Скорость движения по трассе при проведении диагностики – до 5 км/час.

Техническая политика, реализованная в диагностических комплексах серии «ОРИОН

Технология магнитной локации и созданные на ее основе диагностические комплексы «ОРИОН-3М» не имеют аналогов по своим технологическим возможностям, по объему и уровню обследования, степени автоматизации полевых работ и камеральной обработки данных. При этом они лишены недостатков традиционных методов контроля изоляционных покрытий, основанных на измерениях потенциалов и токов. В диагностических комплексах серии «ОРИОН» реализована техническая политика минимизации влияния оператора на качество обследований:

1. Функциональность оборудования обеспечивает комплексность диагностического обследования подземных трубопроводов;
2. Формирования данных обследования ведется автоматически, как на стадии выполнения полевых работ, так и при камеральной обработке. «Человеческий» фактор сведен к минимуму;
3. Диагностические комплексы имеют защищённость от электромагнитных полей сторонних коммуникаций, обеспечивающую устойчивую работу в условиях плотной сетки расположения трубопроводов в техническом коридоре и на технологической площадке;
4. Позиционирование полевого оператора над осью трубопровода осуществляется автоматизировано;
5. Регистрация контролируемых параметров трубопровода ведется автоматически в непрерывном режиме при скорости движения полевого оператора до 5 км/час;
6. Диагностические комплексы имеют системы контроля за работой полевого оператора и его действиями для исключения возможности фальсификации полевых данных

Использование диагностических комплексов «ОРИОН-3М» дает возможность обследования трубопроводов непосредственно после их укладки и засыпки, в зимнее время года по мерзлому грунту, на обводненных и заболоченных участках местности и на переходах через водные преграды. «Методика оценки состояния защитных покрытий капитально отремонтированных, законченных строительством или реконструкцией трубопроводов с применением диагностического комплекса «ОРИОН-3М» утверждена ПАО «Газпром» и рекомендована к применению при проведении контроля качества состояния защитных покрытий трубопроводов (письмо 03/0800/1-4527 от 09.08.2012)

Катодная поляризация или магнитная локация?

В последние годы для строительства и ремонта магистральных трубопроводов используются трубы с заводским наружным изоляционным покрытием, имеющим начальное сопротивление 10⁸ Ом х м. Главной задачей при укладке и засыпке таких трубопроводов является сохранение первоначально высоких противокоррозионных защитных свойств их изоляционных покрытий. Использующиеся в методе катодной поляризации приборы и методы контроля морально устарели и не могут быть эффективными инструментами для наружной диагностики целостности защитного покрытия с начальным сопротивлением до 10⁸ Ом х м . Причина этого состоит в том, что как правило, выявляются крупные сквозные дефекты в изоляции, а мелкие дефекты в изоляционном покрытии, распределенные по длине трубопровода и снижающие интегральную величину сопротивления до категории «удовлетворительное» (ВРД 39-1.10-026-2001), они не выявляют. Это не позволяет разработать эффективные мероприятия по ремонту изоляционного покрытия перед проведением катодной поляризации. Оценка состояния защитных покрытий капитально отремонтированных или законченных строительством трубопроводов с применением диагностических комплексов магнитной локации «ОРИОН-3М» имеет ряд неоспоримых преимуществ перед методом катодной поляризации:

• Простота и высокая оперативность технологического процесса обследования состояния изоляционных покрытий;
• Возможность обследования участков трубопроводов без создания диэлектрических разрывов с трубопроводной системой;
• Возможность оценки качества защитных покрытий с начальным сопротивлением до 10⁸ Ом х м;
• Высокая производительность и достоверность диагностического контроля. Негативное влияние «человеческого фактора» при выполнении полевых работ сведено к минимуму за счет автоматизации процесса обследования;
• Возможность формирования паспорта технического состояния изоляционного покрытия трубопровода за счет сплошного характера обследования и другие преимущества.

Сравнение традиционных методов контроля изоляционных покрытий и технологии магнитной локации

Сравнение традиционных методов контроля изоляционных покрытий и технологии магнитной локации

Традиционные методы  диагностики изоляционных  покрытий основаны на измерениях потенциалов и на измерениях токов.

Измерения потенциалов осуществляется приборами типа «УКИ-1М» и их модификациями.  Они позволяют производить измерения потенциалов и их градиентов на поверхности земли. Недостатки данного метода:

• погрешности измерений вносятся от двух точек измерения одновременно, поэтому суммарная погрешность измерений может быть значительной на фоне малых полезных сигналов;
• потенциалы на поверхности земли не участвуют непосредственно в расчётных формулах оценки состояния изоляционного покрытия;
• имеет место влияние других источников и стоков тока на распределение потенциалов земли.

Это контактный метод обследования, достоверность которого зависит от качества контакта головки электрода с грунтом, влажности грунта и «человеческого» фактора протоколирования измерений, проводимых вручную.

Магнитометрический способ контроля

Основан на измерениях падения тока генератора на участке повреждения изоляции. Используются многофункциональные токовые топографы типа: РСМ (Radiodetection), C-Scan 2010 (Dynalog Electronics, Ltd ), МАГ-01 и другие. Недостатки данного метода: Погрешность и достоверность измерений при выполнении полевых работ зависит от ряда факторов:

• точность проводимых измерений сильно зависит от точности позиционирования датчиков прибора относительно оси трубопровода, как по горизонтали, так и по вертикали;
• Характер измерений — дискретный (в точке), требует определённого времени для выполнения измерения и протоколирования. «Человеческий» фактор оказывает существенное значение на результаты измерений$
• шаг измерения при поиске дефектов повреждений до 10 м, что приводит к высокой вероятности пропуска одиночных дефектов. Уменьшение шага измерения приводит к кратному увеличению трудозатрат и затрат времени на обследование;
• невысокая степень помехозащищённости от влияния электромагнитных полей соседних коммуникаций;

К общим недостаткам обоих методов относится:

• достоверность замеров сильно зависит от «человеческого фактора». На достоверность данных, полученных при измерениях, влияет ориентация магниточувствительных датчиков, их отклонение от вертикальной оси, расстояние между датчиком и трубопроводом;
• малая скорость проводимых измерений;
• нет возможности автоматической привязки результатов проведенных измерений к фактическим координатам мест измерений на трубопроводе.

Используемые нами диагностические комплексы «ОРИОН-3М» лишены этих недостатков и обладают следующими преимуществами перед традиционными методами диагностики изоляционных  покрытий трубопроводов

1. При работе на трубопроводе не имеет значение ни ориентация приемной магнитной антенны комплекса в плоскости земной поверхности, ни ее отклонение от вертикальной оси, ни расстояние между антенной и трубопроводом. Это позволяет оператору полевых работ обеспечить высокое качество обследования трубопровода, просто перемещая комплекс в допустимом коридоре с возможной для данного типа местности скоростью;
01
02
2. Позиционирование оператора над осью трубопровода осуществляется под управлением полевого компьютера комплекса. Параметр технологического коридора обследования по-умолчанию составляет плюс-минус 0,5 метра  от оси трубопровода;
03
3. Наличие автоматизированной системы диагностического контроля и протоколирования результатов полевых работ. Оператор напрямую не участвует в измерениях контролируемых параметров. Его функция сводится с прохождению с комплексом над трубопроводом и занесению в программу обследования внешних объектов трубопровода, мест пересечения с естественными и искусственными преградами и других особенностей трассы. По завершению обследования компьютерная программа применяет интеллектуальный алгоритм анализа качества полученной полевой информации, который не позволяют оператору сфальсифицировать данные своего обследования. Негативное влияние «человеческого» фактора сведено к минимуму;
4. Высокая скорость обследования с дискретностью измерений 10 см.;
5. Автоматизированная система камеральной обработки данных, полученных в ходе выполнения полевых работ;
6. Высокая помехозащищённость от влияния электромагнитных полей сторонних коммуникаций;
7. Автоматическая система определения мест пересечений обследуемого трубопровода с коммуникациями сторонних организаций;
8. Возможность проведения работ в зимнее время года (проведение работ по мерзлому грунту);
9. Возможность работы на обводненных и заболоченных участках местности;
04
05
06
10. Возможность обследования подводных переходов;
11. Возможность обследования трубопроводов с высоким начальным сопротивлением изоляции до 10х8 Ом х м.;
12. Возможность обследования трубопровода сразу после его засыпки.