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

1 دقیقه خواندن
0
370
نشتی شار مغناطيسی در تشخيص عيوب خطوط لوله نفت و گاز – بخش سوم

منابع ديگر نشت فلو

حلقه‌هاي جوش، شيرها، تغييرات ضخامت ديواره لوله، مهره‌ها و ساير خصوصيات خط لوله با استفاده از MFL قابل آشكار سازي هستند.
تعدادي از فاكتورها بر نشت فلو تاثير گذار هستند اغلب اين پارامترها همچنين بر ميدان اعمال شده نيز تاثير ميگذارند. اثرات اين نشت علاوه بر اثرات ميدان اعمال شده است. اين پارامترها شامل سرعت، تنش و مغناطيس‌هاي باقيمانده هستند.

سرعت :جريانهاي القائي بوجود آمده در لوله در اثر حركت توپك بر ميدان نشتي تاثير دارند كه معمولاً باعث كاهش آن ميشوند. اين اثرات در سطوح مغناطيس كنندگي پائين و متوسط در بزرگترين مقدار خود ميباشند و همچنين براي خرابي‌هاي كم عمق نيز همينطور است.

تنش :تنشهاي اعمال شده و نيز باقيمانده بر منحني مغناطيس كنندگي، هنگام تغيير آنها اثر ميگذارند. همچنين كرنش‌هاي متاثر نيز بر نشت اثر ميگذارند. همانطور كه انتظار ميرفت اين اثرات در خطوط فشار بالا و نيز در جاهائي كه بارگذاري ثانويه قابل توجهي داريم، بيشتر خواهند شد. همچنين هنگام تعيين اندازه خرابي‌ها در نزديكي فرورفتگي‌ها و اتصالات قابل توجه خواهند شد.

مغناطيس كنندگي باقيمانده :اين مغناطيس كنندگي باقيمانده نيز بر ميدان نشتي اثر ميگذارد مخصوصاً زماني كه سطوح مغناطيس كنندگي پائين و متوسط به كار برده ميشوند. همانطوري كه در زير نشان داده شده است دامنههاي سيگنال ميتوانند حدود ۱ تا ۲۰ درصد با مقادير بدست آمده از خطوط بدون مغناطيس باقيمانده تغيير داشته باشند. اين اثرات بعد از چند مورد انجام ارزيابي به حالت ثابتي خواهند رسيد. البته در اين حالت دامنه‌ها نسبتاً ثابت و يكنواخت خواهند ماند.

متغيرهای اندازه‌گيری

سيستم حسگر در يك سيستم ارزيابي MFL نشت فلو را اندازه ميگيرد. اين سيستم اندازه‌گيري ميدان نشتي را به يك سيگنال اندازه‌گيري كه ميتواند ذخيره و آناليز شود تبديل ميكنند. تمامي سيستم‌هاي حسگر از ميدان واقعي و عملي متوسط گيري و فيلتر انجام ميدهند و تمامي سيگنالهاي اندازه‌گيري شده نويز نيز دارند. بنابراين ميدان اندازه‌گيري شده و ميدان واقعي يكسان نخواهند بود.

حسگرها

سيستم حسگر در يك سيستم ارزيابي MFL نشت فلو را اندازه ميگيرد. اين سيستم اندازه‌گيري ميدان نشتي را به يك سيگنال اندازه‌گيري كه ميتواند ذخيره و آناليز شود تبديل ميكنند. تمامي سيستمهاي حسگر از ميدان واقعي و عملي متوسط گيري و اطلاعات را فيلتر از يك فيلتر عبور ميدهند زيرا تمامي سيگنالهاي اندازه‌گيري شده نويز نيز دارند. بنابراين ميدان اندازه‌گيري شده و ميدان واقعي يكسان نخواهند بود.
دونوع حسگري كه معمولاً در سيستم ارزيابي
MFL بكار ميروند عبارتند از حلقه‌هاي القائي و عناصر هال. حلقه‌هاي القايي نرخ تغييرات ميدان مغناطيسي را اندازه‌گيري ميكنند در حاليكه عناصر هال قدرت واقعي ميدان مغناطيسي را اندازه‌گيري ميكنند. از قديم حلقه‌هاي القائي بيشتر بعنوان حسگر MFL در سيستمهاي ارزيابي بكار رفته‌اند چرا كه منبع تغذيه‌اي لازم ندارند و برعكس ولتاژي در حلقه پسيو (غير فعال) سيم يا مدار چاپي هنگامي كه از ميدان مغناطيسي متغير عبور ميكنند ايجاد ميشود. يك سيستم ثبت و ضبط اين ولتاژ را اندازه ميگيرند كه متناسب با تغييرات چگالي فلو است. به اين دليل است كه يك حلقه به تغييرات چگالي فلو عكس‌العمل نشان ميدهد.

خروجي حلقه تابعي از سرعت جسمي است كه در آن قرار دارد حركت ميكند. تكنيكهاي مجتمع سازي براي تبديل اندازه‌گيري حلقه به اندازه‌گيري چگالي فلو ميتواند استفاده شود. در اين حال مؤلفه ثابت حذف خواهد شد. اين مولفه ثابت براي تعيين و اندازه‌گيري قدرت و توان ميدان مغناطيسي اعمال شده لازم خواهد بود.
سيستم‌هاي جديدتر ارزيابي MFL از عناصر هال استفاده ميكنند. عناصر هال، حسگرهاي حلقه ميدان مغناطيسي را مستقيماً اندازه‌گيري ميكنند. معمولاً عناصر سيستم‌هاي جديدتر ارزيابي ,MFL از عناصر هال استفاده ميكنند. عناصر هال، ميدان مغناطيسي را مستقيماً اندازه‌گيري ميكنند. معمولي‌ترين عناصر هال مستقيماً ميدان مغناطيسي را تبديل به ولتاژ خروجي ميكنند. چگالي ميدان و فلو با نسبت ثابتي به هم مربوطند و ولتاژ خروجي يك عنصر هال مستقيماً متناسب با چگالي فلو ميباشد. در واقع ابزار توليد MFL سه بخش عمده دارد

۱٫بخش الكترونيكي ۲٫بخش فرق دار و يا حسگرهاي ۳DIS.حسگرهاي ۲FL

معمولا در سيستم ارزيابي MFLدو نوع حسگر به كار ميرود، عناصر هال يا حسگرهاي FL و حلقه‌هاي القايي. عناصر هال درواقع قدرت ميدان مغناطيسي را اندازه گيري ميكنند و ميدان مغناطيسي را به طور مستقيم به ولتاژ خروجي تبديل ميكند. چگالي ميدان و فلو با نسبتي به هم مربوط هستند و ولتاژ خروجي يك عنصر هال مستقيما با چگالي فلو متناسب است.
حسگرهاي
FL به تنهايي نميتواند تفاوت نقوص داخلي و خارجي را تشخيص دهند بنابراين از جريانهاي گردابي استفاده ميكنيم. ۳EC ميدان مغناطيسي ضعيفي راتوليد ميكند كه اين ميدان مغناطيسي ضعيف بين سطح داخلي پوشش لوله بسته ميشود و در نتيجه عيوب خارجي تحت تاثير اين مسير شار قرار نميگيرند و ECها جوابي به اين عيوب نميدهد. عيوب داخلي موجب ايجاد دگرگوني در مسير شار ميشوند و اين نتيجه يك پاسخ از طرف حسگر EC جهت اطلاع كاربر خواهد شد.

زماني كه توپك در طول خط لوله حركت ميكند، واگر آهن ربا به عنوان مغناطيس‌كننده با ديواره خط لوله يك مدار مفناطيسي بوجود ميآورد و توليد يك چگالي شار مغناطيسي فوق‌العاده قوي ميكند. تغيير در جرم لوله مانند خوردگي، سوراخ توليد يك شار نشتي مخلي در ديواره داخلي يا خارجي خط لوله ميكند

حسگرهاي FL اين انحرافات را در ميدان مفناطيسي تشخيص ميدهند. براي تشخيص نوع نقص (داخلي يا خارجي بودن) نياز به يك مميز و يا حسگرهاي DIS داريم كه به طور كمي عمق سطح دروني ديواره خط لوله را تشخيص ميدهد ولي همانطور كه از روي عملكرد آن معلوم است، DIS يا همان حسگرهاي EC نميتواند عيوب خارجي را تشخيص دهد. بنابراين تكنولوژي MFL با بهره گيري از ۱٫اثر هال و ۲٫پديده جريان‌هاي گردابي توانايي شناسايي عيوب خطوط لوله اعم از عيوب دروني ديواره و عيوب خارجي را دارا است.

تعيين جهت حسگرها

نشت فلو يك ميدان برداري است بنا براين سه مولفه منحصر بفرد قابل اندازه‌گيري دارد. به خاطر اينكه سيستم ارزيابي MFL خطوط لوله را ارزيابي ميكنند يك سيستم مختصات استوانه‌اي بكار ميرود.كه همان شعاع و زاويه ديگر ( (r.θ.φ). در سيستم ارزيابي MFL مولفه‌هاي محوري شعاعي معمولاً اينها اندازه‌گيري ميشوند. مولفه سوم محيطي به ندرت استفاده ميشود و داراي دامنه كوچكي بوده و به راحتي قابل تشخيص و ارزيابي نيست.

اندازه‌گيری محيطی

اندازه حسگرها مستقيماً با قدرت سيستم اندازه‌گيري ارتباط دارد. تمامي حسگرهاي يك طول محوري، عرض شعاعي دارند و آنها يك متوسط اندازه‌گيري از فلوي عبوري از داخل حسگر را ارائه ميكند. دقت يك سيستم با عرض محيطي حسگر تعريف ميشود. بكارگيري حسگر هاي باريك تر دقت سيستم را افزايش ميدهد كه سبب ميشود سيگنال‌هاي بيشتري از يك ناحيه خورده شده مشخص براي تحليل و آناليز داشته باشيم

زماني كه عرض حسگر بزرگتر از عرض خرابي باشد اندازهگيري مقدار نشتي ممكن است به درستي انجام نشود. به طوركلي براي تعيين دقيق مشخصه نازكي و ضخامت ديواره با لوله و خرابيها زماني ممكن است كه از حسگرهاي عريض كه در طول محيط داخل لوله گسترده شدند استفاده شود. فرآيندهاي خرابي كه عيوب كوتاه‌تري يا فرورفتگي‌هاي باريكي و يا خرابيهاي بسيار ريز را شامل ميشوند احتياج به حسگرهاي ظريفي كه با دقت اندازه و نوع خرابي را تعيين كنند دارند

موقعيت محوری

موقعيت و وضعيت حسگر نسبت به مگنتها نيز ميتواند بر سيگنال اندازه‌گيري شده تاثير داشته باشد و نيز بر حساسيت نتايح ارزيابي نسبت به سرعت وسيله اثر ميگذارد. محلي كه در آن اندازه‌گيري‌ها انجام ميشود بر شكل ميدان نشتي اندازه‌گيري شده تاثير ميگذارد. زماني كه از مجموعه‌هاي چند تائي از حسگرها استفاده ميشود. اين مجموعه‌ها طوري حركت كرده تا ۱۰۰ درصد سطح را پوشش دهند. به خاطر اينكه موقعيت محوري بر اندازهگيريهاي ميدان نشتي اثر ميگذارد. زماني كه از سيستم‌هائي كه حسگرها حركت ميكنند استفاده ميگردد آناليز و تحليل آنها نيز بسيار مشكل خواهد بود.

براي يك سيستم ساكن يا در حال حركت با سرعت كم ،حسگري كه وسط دو قطب قرار گرفته است سيگنال متقارني را اندازه‌گيري ميكند البته براي يك ناحيه خوردگي متقارن ولي هر جائي غير از وسط دو قطب سيگنال ايستائي اندازه‌گيري شده نا متقارن خواهد بود. همانطوركه در شكل نشان داده شده است با حركت حسگر به جلو يا عقب متناظر با آن در حداكثر سيگنال نيز عدم تقارن رو به جلو و عقب مشاهده ميشود. اثرات موقعيت محوري حسگر تابعي از سرعت ارزيابي است كه باعث ميشود منابع ديگري از عدم تقارن تقويت شده و به سيگنال اضافه گردند. عدم تقارن مهم ميباشد زيرا كه تجزيه و تحليل داده‌هاي ارزيابي را بسيار مشكل ميكند. فاصله بين سيستم مغناطيس كنندگي MFL و حسگر و همچنين حسگرها و سطح در ارزيابي نتايج تاثير ميگذارد. فاصله افتاد ممكن است در نتيجه رسوبات داخلي باشد كه ممكن است به بيش از ۱ اينچ ضخامت برسند. تغيير محل هم بر سطح مغناطيس كنندگي و هم بر شكل سيگنال اثر ميگذارد.

اثر هال

زماني كه بار با سرعت uدر ميدان مغناطيسي با چگالي شار حركت ميكند نيروي مغناطيسي Fm اي طبق معادله ، F= qu x B تحمل ميكند.
ماده‌اي هادي با سطح مقطع مستطيل
dxدر ميدان مغناطيسي يكنواخت B= Bo az را در نظر بگيريد.

جريان مستقيم يكنواختي در جهت yعبور ميكند: J= ay Jo = Nqu
كه در آن تعدادحامل‌هاي بار در واحد حجم با سرعت حركت ميكنند و بار هر بار حامل است. به موجب معادله Fm=q uxB حامل‌هاي بار تحت نيرويي كه بر و هم بر عمود است قرار ميگيرند. اگر ماده هادي يا نيمه هادي نوع باشد حامل هاي بار الكترون‌ها هستند و منفي است. نيروي الكترومغناطيسي مايل است الكترون ها را در جهت مثبت حركت دهد و يك ميدان الكتريكي عرضي را بوجود آورد. اين عمل ادامه پيدا ميكند تا اين كه ميدان عرضي براي متوقف كردن رانش حامل هاي بار كافي باشد. در حالت دائمي نيروي خالص وارده بر حامل هاي بار صفر است:

Eh + u x B=0 → Eh= -uxB

اين پديده را اثر هال گويند و Eميدان هال خوانده ميشود. در مورد هادي‌ها و نيمه هادي‌ها ي نوع و  E= – (-ay uo) x az , B= ax uo Bo , u = -ayuo ،Jo مثبت و يك پتانسيل عرضي بين دو وجه جانبي ماده ظاهر ميشود ازين رو در مورد حامل هاي الكتريكي داريم:
Vh= – ∫ Ehdx= uo Bo d
كه Vولتاژ هال ناميده ميشود. نسبت Ex/Jy Bz=1/ Nq يك مشخصه ماده است و ضريب هال ناميده ميشود. اگر حامل هاي بار حفره ها باشند مثل حامل هاي بار در نيمه هادي نوع ميدان هال معكوس خواهد شد و ولتاژ هال در رابطه Vh= – ∫ Ehdx= uo Bdنسبت به قطب هاي مرجع شكل منفي خواهدشد.
ازاثر هال ميتوان براي اندازه گيري ميدان مغناطيسي و تعيين علامت حامل هاي بار غالب و تشخيص نيمه هادي نوع
از نوع استفاده كرد.
در اين مباحث شكل ساده و كاربردي از اثر هال گفته شد و در عمل اثر هال مطلب پيچيده اي است و شامل مباحث نظريه كوانتوم است.

بارگذاری توسط pedram nouri
بارگذاری در تعمیرات

دیدگاهتان را بنویسید

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