WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Подгорбунских Антон Михайлович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВНУТРИТРУБНОГО СНАРЯДА ДЕФЕКТОСКОПА

Специальность 05.02.11 - Методы контроля и диагностика в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург - 2008

Работа выполнена в Институте физики металлов

Уральского отделения РАН и в ЗАО НПО «Спецнефтегаз»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Корзунин Геннадий Семенович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

член-корреспондент РАН

Щербинин Виталий Евгеньевич

доктор технических наук,

Смирнов Сергей Витальевич

Ведущая организация:

Уральский государственный технический университет УГТУ-УПИ

Защита состоится « 27_»_марта_ 2009 г. в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д 004.003.01 при Институте физики металлов УрО РАН по адресу:

620041, г. Екатеринбург, ГСП-170, ул. С. Ковалевской, 18

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО РАН

Автореферат разослан «_ _»__ ____ 2009 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 004.003.01

доктор физико-математических наук

Лошкарева Н. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение надёжности газотранспортных систем является важнейшим фактором для поддержания экономической стабильности и роста экономики для любого промышленно-развитого государства. Безотказная работа линейной части магистральных газопроводов достигается во многом благодаря регулярному проведению внутритрубной дефектоскопии, целью которой является выявление дефектов стенки трубы, чьё развитие приводит к разрывам газопровода. Данные, получаемые в ходе проведения внутритрубной дефектоскопии, могут быть использованы для исследования причин возникновения дефектов трубопровода и установки взаимосвязей между различными факторами и возникновением дефектов. Такая информация очень важна для совершенствования технологий всех уровней: производства труб, подбора материала изоляции и способа его нанесения, правила укладки трубопровода, обустройство электростатической защиты и пр.

Дефектоскопия магистральных газопроводов за рубежом производится уже очень продолжительное время, что позволяло зарубежным компаниям совершенствовать как оборудование, с помощью которого производится дефектоскопия, так и технологии, связанные со строительством газопроводов.

Для России, где дефектоскопия магистральных газопроводов до 1986 года отсутствовала, к началу 90-х годов прошлого столетия наиболее актуальной проблемой были дефекты общекоррозионного характера. Затем, когда проведение внутритрубной дефектоскопии вышло на уровень промышленных объёмов, и было заменено большое количество труб с коррозионными дефектами, наиболее критичными по степени своего влияния на надёжность газотранспортной системы стали дефекты типа стресс-коррозионного растрескивания стенки трубопровода. С появлением внутритрубных дефектоскопов, способных выявлять такие типы дефектов и их применением, существенно уменьшилось количество аварий, причиной которых являлась стресс-коррозия. В течении этого времени также происходило развитие вычислительных средств и сменилось несколько поколений электронного оборудования, устанавливаемого в дефектоскопы, что позволило существенно увеличить качество проведения внутритрубной диагностики за счёт увеличения количества датчиков, уменьшения шага их опроса, применения более сложных алгоритмов обработки дефектоскопической информации.

Таким образом, буквально за 2 десятилетия в России появилась целая новая отрасль - внутритрубная диагностика, результатом работы которой стало повышение надёжности газотранспортной системы России, которая включает в себя порядка 150 тысяч километров трубопроводов.

Опыт показал, что внутритрубная дефектоскопия является наиболее эффективным методом поиска дефектов магистральных трубопроводов в связи с огромной суммарной длиной этих трубопроводов. Однако достоверность такого метода до сих пор далека от методов наружного обследования: ручное сканирование ультразвуковыми установками, магнитопорошковая технология, полуавтоматическое сканирование специальными наружными дефектоскопами и пр. Все методы наружного обследования требуют непосредственный доступ к трубопроводу снаружи и не позволяют производить большой объём работ за короткое время. В связи с этим наружное обследование используется как верификация результатов внутритрубной диагностики, а также при работах по переизоляции труб.

Таким образом, для дальнейшего повышения надёжности газотранспортных систем необходимо повышение достоверности внутритрубной дефектоскопии как наиболее приемлемого метода диагностики магистральных трубопроводов.

Одним из факторов, препятствующим росту качества диагностики магнитным методом, всегда было превышение скорости движения магнитного дефектоскопа по трубопроводу, что приводит к неполному промагничиванию стенки трубы, и, соответственно, снижению достоверности. Однако влияние этого фактора на фоне большого количества обнаруживаемых дефектов было небольшим. С ростом достоверности диагностики, проводящейся магнитным методом, а также по мере ремонта трубопроводов, превышение скорости движения дефектоскопа стало препятствием для увеличения достоверности контроля.

Целью настоящей работы являлось создание устройства автоматического регулирования скорости движения внутритрубного магнитного дефектоскопа, позволяющего поддерживать скорость не выше заранее установленного значения вне зависимости от скорости потока газа, рельефа местности и прочих факторов.

Личный вклад автора. Конкретное личное участие автора состоит в самостоятельном решении сформулированных задач, формулировке технических требований к устройству, разработке электронных блоков и программного обеспечения, отладке, тестировании отдельных узлов и модулей и системы в целом, участии в проведении теоретических и экспериментальных работ, произведённых в ходе разработки устройства, непосредственном участии в подготовке к испытаниям и их проведению, в обработке результатов испытаний и опытно-промышленной эксплуатации дефектоскопов, оснащённых устройством автоматического регулирования скорости движения.

Научная новизна:

- сформулированы требования для устройства автоматического регулирования скорости движения внутритрубного снаряда дефектоскопа на основе результатов расчётов, полученных в ходе моделирования газового потока в трубопроводе при прохождении по нему внутритрубного снаряда;

- разработаны и реализованы алгоритмы регулирования скорости движения внутритрубного снаряда по трубопроводу, определения достоверной скорости движения по показаниям нескольких датчиков, управления заслонками устройства регулирования;

Практическая ценность работы:

- создано устройство автоматического регулирования скорости движения внутритрубного снаряда, что позволило обеспечить качественную диагностику отрезков газопроводов, на которых ранее это было невозможно, позволило обеспечить возможность проводить диагностику без уменьшения объёмов транспортировки газа, уменьшить влияние «человеческого фактора» на качество проведения внутритрубной диагностики, повысить удобство эксплуатации оборудования;

- подтверждена правильность моделирования условий движения снаряда под воздействием потока газа и расчётов, сделанных на основе моделей, что позволяет использовать эти модели и расчёты при проектировании устройств автоматического регулирования скорости движения снарядов любого типа для всех диаметров труб, используемых при постройке магистральных газопроводов;

- подтверждена работоспособность и ресурс механической части устройства автоматического регулирования скорости, которая являлась первой управляемой механической системой на внутритрубном снаряде. Опыт эксплуатации дал информацию, необходимую для проектирования других типов механических приводов устройства регулирования;

- в ходе опытной эксплуатации получены эмпирические данные, позволяющие совершенствовать как систему в целом, так и каждый её модуль в частности;

- применение устройства автоматического регулирования скорости позволило перевести внутритрубную магнитную дефектоскопию на новый качественный уровень, обеспечивающий более высокое качество диагностики.

Автор защищает разработку устройства автоматического регулирования скорости движения внутритрубного снаряда дефектоскопа, предназначенного для диагностики магистральных газопроводов, которая включает:

- разработку механического узла устройства регулирования;

- разработку электронного оборудования устройства автоматического регулирования скорости движения;

- алгоритмы регулирования скорости движения и вспомогательные алгоритмы;

- опыт эксплуатации внутритрубных снарядов на действующих участках газопровода и анализ эффективности применения устройства автоматического регулирования на основе результатов пропуска снарядов с устройством регулирования и без оного по одним и тем же участкам газопроводов.

Апробация работы

Работа обсуждалась на 5-ой международной выставке и конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 21-26 мая 2001г.), XVI Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Санкт-Петербург, 9-12 сентября 2002 г.), XVII Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Екатеринбург, 5-11 сентября 2005 г.), XXIII Уральской конференции «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами» (Курган, 1-2 июня 2006 г.), 6-ой международной выставке и конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 15-18 мая 2007 г.).

Публикации

Основное содержание работы опубликовано в 4 статьях в ведущем рецензируемом журнале, входящем в перечень ВАК, и 5 тезисах докладов на конференциях.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и общего заключения. Изложена на 130 страницах, включая 55 рисунков. Список цитируемой литературы состоит из 57 наименований статей отечественных и зарубежных авторов.

Содержание работы.

Во введении кратко описана история дефектоскопии, уровень современного диагностического оборудования и обоснована актуальность проблемы регулирования скорости движения внутритрубного снаряда.

Первая глава содержит общий обзор современного состояния газотранспортной системы России, СНГ и Северной Америки. Приведена статистическая информация по протяжённости газопроводов, динамика изменения уровня надёжности газопроводов за последнее десятилетие на основе данных организаций, эксплуатирующих газопроводы и государственных органов, осуществляющих контроль в области технического надзора.

Приведён пример экономического влияния аварий, происходящих на газопроводах, построенный на основе макроэкономического исследования.

Сделан обзор современного состояния уровня внутритрубной диагностики магистральных газопроводов на основании как отечественного, так и зарубежного опыта проведения работ по дефектоскопии. Приведён анализ факторов, препятствующих повышению достоверности контроля.

Одним из мешающих факторов является превышение скорости движения, влияние которого можно снизить за счёт применения устройств автоматического регулирования скорости движения внутритрубных снарядов. Для изучения этой проблемы был сделан исторический обзор развития таких устройств, рассмотрены различные виды заслонок, изменяющих переток газа через снаряд, при помощи которых и осуществляется регулирование скорости движения, приведены достоинства и недостатки каждой конструкции.

Приведены некоторые результаты теоретических работ, проведённых в ЗАО «НПО Спектр», в области разработки различных видов заслонок устройства автоматического регулирования скорости движения и примерные нагрузки, воздействующие на механизм.

Глава заканчивается постановкой задачи.

Вторая глава содержит основные параметры, необходимые для разработки устройства автоматического регулирования скорости движения внутритрубного снаряда. Таковыми являются физические параметры газопровода, режимы транспортировки газа, технические характеристики магнитных дефектоскопов, общие требования к оборудованию, эксплуатируемых в газопроводах.

Более подробно рассмотрены вопросы регулирования скорости при запуске снаряда в газопровод, так как при этом всегда возникает превышение скорости движения и в этой ситуации регулирование скорости является одним из самых сложных. Также приведено обоснование возможности обеспечения регулирования скорости байпасным устройством на основе электродвигателя за счёт встроенных в снаряд источников питания.

В заключении главы рассмотрен принцип регулирования скорости движения внутритрубного снаряда.

На момент начала работ по разработке байпасного устройства в ЗАО «НПО Спектр» были разработаны и изготовлены комплексы внутритрубной диагностики серии КВД-1 для магистральных газопроводов диаметром 1420мм, 1220мм и 1000мм, которые использует для проведения дефектоскопии ЗАО «НПО Спецнефтегаз» на магистральных газопроводах в России и за рубежом. Технические характеристики этого оборудования во многом одинаковы, приведём те из них, которые необходимо учитывать при разработке байпасного устройства:

- оптимальная скорость движения внутритрубного снаряда 1.5-2.5м.сек;

- скорость движения, при при которой дефектоскопия возможна, но достоверность её снижена 2.5-3 м/сек;

- скорость движения, при которой обеспечивается полный ресурс механической части снаряда менее 5 м/сек;

- максимальная кратковременная скорость движения снаряда, при которой обеспечивается регистрация данных не менее 40м/сек;

- время автономной работы снаряда без подзарядки до 40 часов;

- обеспечение герметичности при давлении газа до 8 МПа.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»