نشتی شار مغناطيسی در تشخيص عيوب خطوط لوله نفت و گاز – بخش نخست

12 خواندن ثانیه
0
229
نشتی شار مغناطيسی در تشخيص عيوب خطوط لوله نفت و گاز - بخش نخست

نشتی شار مغناطيسی در تشخيص عيوب خطوط لوله نفت و گاز

شار نشتي مغناطيسي قديمي‌ترين و رايج‌ترين روش ارزيابي جهت پيداكردن نواحي خوردگي فلز در خطوط لوله گاز ميباشد. MFL با اطمينان ميتواند خوردگي فلز را آشكار سازي كند وگاهگاهي براي تعيين وضعيت هندسي و متالورژيكي نيز به كار ميرود. ضايعات ناشي از خوردگي در خطوط لوله گاز و نفت زيرزميني معمولا توسط اندازه گيري سيگنال هاي MFL توليد شده شناسايي ميشوند. اندازه سيگنال هاي MFL به عمق ضايعات خطوط لوله و به فشار هاي خارجي كه در نتيجه عبور سيال توليد ميشوند حساس هستند. بنابراينبراي اندازه‌گيري و بررسي دقيق اين سيگنالها بايد طوري عمل كرد كه اين خطاها و تاثيرات نيزدر نظر گرفته‌ شود.
در اينجا ابتدا به معرفي و بررسي اصول و علومي كه اين تكنولوژي بر آن اساس شكل گرفته است ميپردازيم و سپس چگونگي مطالعه و نتيجه گيري از اطلاعات را بررسي ميكنيم.

شکل۱:  نمايي از شناساگر با استفاده از تكنيك نشتي شار مغناطيسي

تكنولوژي MFL

شار نشتي مغناطيسي يك راه تشخيص وجود ماده فرومغناطيس بدون عيبي مانند استيل است.به اين ترتيب كه يك ميدان مغناطيسي استيل يا هر ماده فرومفناطيس ديگر را به اندازه‌اي اشباع كند كه توانايي تحمل ميدان مغناطيسي اضافي را نداشته باشد. در صورت وجود يك ترك يا هر عيب ديگري مقداري شارمغناطيسي خارج و يا در اصطلاح به اطراف نشتي ميكند. در آنجا است كه حسگرهايي مانند پروب‌هاي هال ميتوانند آن را تشخيص دهند و به عنوان سيگنال نشتي آن را اعلام كنند. يك نمونه از شار نشتي را در محيط‌هاي اطراف در نتيجه وجود يك عيب در يك استيل ميتوان در شكل ۲ مشاهده كرد.

شکل۲: تصويري از نشتي شار مغناطيسي

MFL با يك آهنربا شروع به كار ميكند. قطب‌هاي آهنربا بر قطعات فلزي و ساير قطب ها نيرو وارد ميكنند. اين نيروي جديد توسط ميدان مغناطيسي اعمال ميگردد. خطوط فلو براي نشان دادن توان و جهت نيروي يك ميدان مغناطيسي به كار ميروند. آنها كميت‌هاي تنسوري (مقاديري كه هم دامنه و هم جهت دارند) ميباشند و به موازات جهت نيروي مغناطيسي رسم ميشوند. فاصله بين خطوط فلو بيانگر چگالي فلو است. در حقيقت تعداد بيشتر خطوط فلو بيانگر وجود ميدان مغناطيسي قوي است.

شکل۳:  تصويري از خطوط فلو

اجزاء و مؤلفه‌هاي ارزيابي MFL

دليل استفاده از تكنولوژي MFLبراي توپكراني كاهش انرژي و توان لازم با استفاده از مواد مغناطيس دائم است. به همين دليل توپك ميتواند توان خود را براي عمليات ديگر ذخيره كند. روش ماوراء صوت و موارد ديگر نياز به قدرت و توان بيشتري دارند. از سوي ديگر توپكهاي بزرگتر قطعا باتري‌هاي بزرگتري دارند.

شکل۴:  انواع ادوات MF

ادوات MFL براي ارزيابي خطوط شامل چندين واحد مجزا هستند كه همه در يك واحد جاي ميگيرند و واحدهاي مجزاء خود يك سيستم هستند. اين سيستم‌ها يا واحدهاي مجزائي هستند كه توسط اتصالات محكمي به هم وصل شدهاند و يا همگي داخل يك مجموعه واحد قرار دارند.
شكل ۴ سه نوع از ادوات
MFL را نشان داده است. دستگاه واقع در پيش زمينه يك سيستم قطعه قطعه است كه در آن شش سيستم جداگانه توسط كانكتورهاي قابل انعطاف به هم وصل شده‌اند كه امكان مبادله انرژي و داده بين سيستم‌هاي مختلف را فراهم ميكند. سيستم نشان داده شده در پس زمينه يك سيستم يكپارچه كه در آن تمامي سيستم‌ها در داخل يك سيستم واحد قرار دارند را نشان ميدهد و سيستم سوم نيز يك سيستم دو تكه است. ادوات تك سيستم معمولاً بلندتر و دارازتر از ادوات چند سيستم هستند. معمولاً طول ادوات سيستم بين ۷ تا ۱۰ فوت و ادوات چند سيستم بين ۷ تا ۱۶ فوت تغيير ميكند. حتي طول بعضي از سيستم‌هاي ويژه و مخصوص تا حدود ۳۰ فوت ميرسد. خمهاي خط لوله معمولاً ماكزيمم طول يك توپك را و يا طول قطعات آن را محدود ميكنند. زيرا سيستمهاي بلندتر نميتوانند از داخل خم‌ها و گوشه‌هاي تيز عبور كنند. توپك هاي چند تكه معمولاً در خطوط با قطر كمتر استفاده ميشوند كه در اين لوله ها نيازهاي فاصله و خم‌ها استفاده از توپك هاي يك تكه بلند را منتفي ميكند و همچنين اين توپك هاي چند تكه در لوله‌ها با گوشه‌هاي تيز را به كار ميروند. (لولهها با قطر بزرگتر ). هر دو سيستم توپك شامل زير سيستم‌هائي هستند.

شکل۵:  تصويري از توپك بازرسي

سيستم درايو يا جلو برنده

 فشار گاز وارده بر كلاهك توپك باعث به جلو راندن كلاهك توپك ميگردد كه آن هم خودبه خود باعث كشيده شدن بقيه اجزاء سيستم ميگردد. مقدار فشار لازم بر حركت توپك در طول لوله بستگي به عمر كلاهك و شرايط آن و نيز به وزن و توان مغناطيس كننده توپك و خصوصيات فيزيكي لوله از قبيل خم‌ها گوشه‌ها – تورفتگي‌ها و شرايط داخلي لوله و خشكي لوله دارد.

سيستم مغناطيس كننده

در اين قسمت از مگنتهاي دائمي و يا مگنتهاي الكتريكي استفاده ميشود. در دو انتهاي مگنت جاروبك‌هاي فلزي و يا صفحات فلزي قرار دارند كه با اصطكاك به ديواره ماليده ميشوند و ميدان مغناطيسي را به داخل ديواره لوله منتقل ميكنند.

سيستم حسگر

يك سيستم حسگر ميدان نشتي حاصله را ثبت ميكند. تغيير در ميدان نشتي بيانگر وجود يك خرابياست.

سيستم ثبت و ضبط داده ها و تحليل آنها

اين سيستم عمل ضبط و پردازش دادهاي اندازه‌گيري شده از حسگرها را براي عمليات بعدي بعهده دارد. اين سيستم يا آنالوگ است و يا ديجيتال.

سيستم تغذيه

اغلب توپك‌هاي MFL از باطري‌هاي قابل شارژ فراهم نمودن تغذيه‌هاي حسگرها جمع‌آوري داده‌ها و سيستم ثبت اطلاعات استفاده ميكنند.

راه اندازي سيستم ارزيابی

قرار دادن يك توپك در داخل لوله و درآوردن آن نياز به تجهيزات ويژه‌اي دارد كه اغلب پرتاب كننده و دريافت كننده گفته ميشود و معمولاً در ايستگاه‌هاي فشار و يا ساير جاهايي كه به راحتي حمل و نقل شده و لوله گذاري آن آسان باشد قرار داده ميشوند. در طول ارزيابي كنترل سرعت توپك براي به دست آوردن نتايج بهتر مهم است و همچنين با استفاده از حسگرهاي خارجي ميتوان موقعيت توپك را در داخل لوله تعيين كرد. (اين عمل زماني كه توپك در داخل لوله كم شود بسيار تعيين كننده است). قبل از خارج كردن توپك از لوله ابتداء اجزاء آن از نظر سالم بودن كنترل ميشوند و سپس چند نمونه از دادهها جمعآوري شده امتحان ميگردند كه آيا عمليات به خوبي انجام شده است يا نه و سپس در صورت صحيح بودن عمليات داده‌ها جهت كارهاي تكميلي و آناليز خرابي از سيستم خارج ميشوند. فاكتورهاي متعددي در دقت آشكار سازي و تعيين مشخصه دخيل هستند اين فاكتورها ميتوانند در ۵ بخش گروه بندي شوند

مغناطيسي كنندگي: رابطه بين مغناطيس كننده- جنس لوله و ميدان مغناطيسي بكار رفته.

نشت: روابط بين ميدان مغناطيسي بكار رفته و خرابي و ميدان نشتي

اندازه‌گيري: رابطه بين ميدان مغناطيسي نشتي و حسگرها و سيگنال اندازه‌گيري شده

ثبت و نمايش: رابطه بين دقت ثبت داده‌ها و متدولوژي نمايش

تحليل: فرآيند بكار گرفته شده براي رده بندي انواع خرابي‌ها و تعيين مشخصه هندسي خوردگي فلز از روي سيگنال اندازه‌گيري شده.

خروجي و نتايج هر دو قسمت بر ورودي و نتايج مرحله بعدي تاثير ميگذارد. به علاوه تمام اين ۵ مرحله فوق محدوديتهاي تئوريك دارند. در طراحي سيستم‌هاي ارزيابي MFL تجارتي طراحان سعي ميكنند با در نظر گرفتن محدوديت‌هاي اقتصادي به همان حدود تعريف شده برسند

اهميت مغناطيس كنندگي

سيستم مغناطيس كنندگي در يك توپك ، MFL يك ميدان مغناطيسي را به جداره لوله اعمال ميكند و اين ميدان در اثر برخورد با خرابي‌هاي جداره لوله ميدان نشتي ميكند، اهداف طراحي يك سيستم مغناطيس كنندگي عبارتند از:

بايد به حد كافي قوي باشد تا بتواند مقدار فلوي نشتي ناشي از خرابي لوله را اندازه‌گيري كند.
بايد از سطح داخل تا سطح خارج لوله يكنواخت باشد تا سيگنال اندازه‌گيري شده يك رابطه خطي با مشخصات خرابي داشته باشد.
بايد در طول لوله داراي دامنه پايداري باشد تا اندازه‌گيري‌هاي فلوي نشتي قابل مقايسه با اندازه‌گيري‌هاي محلهاي متفاوت در طول يك ارزيابي باشند. بطور كلي آشكارسازي قوي يا تحت تاثير قدرت ميدان قرار دارند و زماني كه يك تعيين مشخصه خوب لازم داريم يك ميدان قوي – يكنواخت و پايدار لازم خواهد بود. ميدان اعمالي با رابطه بين سيستم مغناطيس كنندگي و جنس لوله تعريف ميشود و تغييرات به عنوان پارامترهاي هنگام كار از قبيل سرعت و كنش معرفي ميشوند.

خصوصيات ميدان مغناطيسي و عوامل موثر در اندازه آن

رابطه بين ميدان مغناطيسي اعمالي و چگالي فلو در يك خط لوله غير خطي است. درسطوح پايين ميدان اعمالي, يك تغيير كوچك در ميدان اعمالي تغييرات شديدي در فلو ايجاد ميكند. در سطوح مياني، رابطه شديداً غير خطي است و در سطوح بالاتر مغناطيس كنندگي تغييرات بزرگ در ميدان اعمالي تغييرات جزئي در فلو ايجاد ميكند. سيستم MFL براي شناسايي احتياج به اين دارد كه در محل خرابي لوله، فلوي مغناطيسي به سمت بيرون نشت كند. در حاليكه در وجود يك خرابي تضمين داشتن فلوي نشتي نيست براي مثال خوردگي سبب كاهش مقدار فلوي عبوري از لوله ميشود. اما كاهش ماده به تنهائي نميتواند سبب فلوي نشتي شود زيرا آنچه از لوله باقي مانده ممكن است هنوز قادر به عبور كل فلوي مغناطيسي باشد.

شکل۶:  منحني مغناطيس كنندگي

يك فاكتور ضروري و لازم براي داشتن فلوي نشتي، تغيير در قابليت نفوذ پذيري است. قابليت نفوذپذيري، اندازه‌اي از توانائي فلوي مغناطيسي در خارج شدن يا داخل شدن به يك ماده مغناطيسي گفته ميشود و به شيب منحني مغناطيسي كنندگي بستگي دارد. كاهش ضخامت جداره كه با كاهش نفوذ پذيري تلفيق شده است سبب ميشود تا فلوي مغناطيسي از مسيرهاي ديگري جريان پيدا كند كه يك مسير خارج از ماده لوله است يعني فلوي نشتي در كنترل فلوي نشتي، قسمت و عبارت اشباع اغلب براي رساندن اين موضوع كه نفوذپذيري در حال كاهش و نشت فلو در حال اتفاق افتادن است، بكار ميرود. منظور از اشباع, سطحي از مغناطيس كنندگي است كه افزايش قدرت ميدان تغييرات قابل ملاحظه‌اي در چگالي فلو ايجاد نميكند و اين زماني است كه يك قله در نفوذ پذيري داريم و آن طرف خم منحني مغناطيس‌كنندگي، اتفاق ميافتد.
با استفاده از اين تعريف منحني اشباع كنندگي به ۳ قسمت تقسيم ميشود.

سطح مغناطيس كنندگي كم: زير زانوي منحني مغناطيس كنندگي و اشباع است.

سطح مغناطيس كنندگي مياني : در زانوي منحني مغناطيس كنندگي و نزديك اشباع است.

سطح بالاي مغناطيس كنندگي: بالاي زانوي منحني و قسمت اشباع است.

همانطوري كه انتظار ميرود قدرت آهنربا قويترين اثر را در ميدان اعمال ميكند. سيستم‌هاي مغناطيس‌كنندگي موجود، ابزار آلات كنترل خوردگي معمولاً طوري طراحي ميشوند تا اشباع مغناطيس در لوله ايجاد شود. به طوريكه هرگونه كاهش جرم و تغيير در ضخامت لوله باعث خواهد شد تا فلوي نشتي ايجاد كنند.

شکل۷:  نمايش چگالي شار مغناطيسي درهر سه قسمت از منحني مغناطيس كنندگي

عوامل موثر بر اندازه ميدان مغناطيسي اندازه گيري شده عبارت است از:

كوپلاژ (تزويج) :جاروبك‌ها براي تزويج انرژي مغناطيسي بداخل لوله بكار ميرود. چگالي فلوي به كار برده شده به راندمان كوپلاژ ما بين مجموعه مغناطيس كننده و لوله و ضخامت ديواره بستگي دارد. جاروبك‌ها به نسبت فولاد جامد براي كوپلاژ انرژي مغناطيسي در ديواره لوله داراي بازده كمتري هستند و جاروبك‌هاي كوتاهتر ميدانهاي مغناطيسي شديدتري ايجاد ميكنند. جاروبك‌هاي بلندتر انعطاف‌پذيري بهتري در بحث در مورد موانع خطوط لوله از خود نشان ميدهند. خم‌ها سبب كاهش بازده كوپلاژ ميگردند كه باعث چگالي فلوي اعمال شده خواهد شد. اگر اين چگالي فلوي اندكي بيشتر از حد اشباع باشد، كاهش اندكي كوپلاژ باعث كاهش سطح به كار رفته به زير حد اشباع خواهد شد.

– فاصله اندازه‌گيري بين قطب‌ها :فاصله كم بين قطب‌ها سطوح مغناطيس كنندگي بالاتري توليد خواهند كرد و امكان بررسي خمهاي تندتر را فراهم ميكند، اما سبب ميشوند كه كار آناليز و تحليل سيگنال‌ها، مشكلتر و سختتر شود. فاصله گذاري زياد بين قطب‌ها باعث ميشود كه ميدان مغناطيسي يكنواختتر شده و نواحي بيشتري را براي قراردادن حسگرها در دسترس بگذارد و نيز براي فاصله گذاري بيشتر قطب‌ها مگنت‌هاي قويتري لازم خواهد بود.

– سرعت تمام سيستم‌هاي الكتريكي ،از ماشين‌ها گرفته تا ايستگاه‌هاي توليد انرژي همگي براساس اين اصل كه يك ميدان مغناطيسي متغير دريك هادي الكتريكي جرياني در هادي القاء خواهد كردكارميكنند. بنابراين ميتوان نتيجه گرفت كه با حركت توپك در لوله، جريان‌هايي در لوله القاء خواهد شد. زمانيكه سرعت افزايش مييابد سطوح مغناطيس كنندگي اعمال شده كاهش خواهد يافت. ما حداكثر تغييرات در فلوي نشتي را در سرعتهاي ۴-m/h 6 شاهد خواهيم بود.

-پس ماندمغناطيس كنندگي اين مغناطيس كنندگي، نتيجه ميدان مغناطيسي است كه در يك لوله از ارزيابي قبلي مانده است. اين مغناطيس ميتواند برسطح مغناطيس كنندگي ارزيابي جريان تاثيرگذار باشد. مخصوصاً زمانيكه سطوح مغناطيس كنندگي كم تا متوسط استفاده ميشود. بنابراين براي كاهش اثرات ميدان‌هاي باقيمانده و همچنين اثرات تنش، تغييرات خواص مواد و سرعت و از سطوح بالاي مغناطيس كنندگي براي ارزيابي خوردگي استفاده ميكنند.

بارگذاری توسط pedram nouri
بارگذاری در تعمیرات

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *