بخشی از مقاله
يافته ها از يک تست واقعي توپک هوشمند الکترونيکي در خط ١٠٥٨ کيلومتري انتقال گاز
واژه هاي کليدي :توپک الکترونيکي ، تست غير مخرب ، کاهش فلز، عيوب ,MFL
چکيده : تست هاي غير مخرب از جمله توپکراني هوشمند خطوط لوله مدفون بهترين گزينه بازرسي فني جهت تعيين عمر باقي مانده و شناسائي نقاط آسيب پذير خطوط لوله مي باشد.
در توپکراني ( ١٠٥٨ )کيلومتر خط انتقال گاز فشار قوي (psi ١٠٥٠ )از خـانگيران در سـرخس تـا رشـت در شـمال و شـمال شرق ايران که در سال ٨٥ انجام شد يافته هاي تجربي ارزشمندي به دست آمد که در اين مقالـه سـعي شـده بـه بخشـي از آن اشاره شود .توپکراني به روش MFL بکار گيري يک متد تست غير مخرب (Non Destructive Test) بـه منظـور تعيـين ميـزان کاهش فلز (Metal Loss) در خطوط لوله مدفون مي باشد.
برخي چالش هاي پيش روي بهره بردار خطوط انتقال گاز به منظور انجام توپکراني در خط لوله گازدار وجود دارد و از جمله آن محدوديت در سرعت حرکت پيگ در خط به منظور به دست آوردن يافتـه هـاي دقيـق و متعاقـب آن کـاهش اجتنـاب ناپـذير جريان گاز(FLOW) است .
در اين مقاله علاوه بر موارد فوق اين مطالب مورد اشاره قرار مي گيرد؛اصول کار توپک هوشمند مغناطيسي و مکان يابي توپک با استفاده از مگنت هاي ثابت و سيار , اقدامات قبل از توپکراني از جمله آماده سازي خط لوله , اطلاعات عملياتي توپک ,نحـوه ارزيابي عيب , نتايج آماري حاصل از توپکراني هوشمند,مشکلات مشاهده شده در عمليات توپکراني ,نقاط ضعف و قـوت توپـک راني الکترونيکي MFL در خط لوله ، گراف ها و منحني هاي به دست آمده از پيگراني.
مقدمه :
تست هاي غير مخرب بهترين ابزار بازرسي فني خطوط انتقال مي باشد و کيلومترها خطوط لوله مدفون را با روشي بهتر از توپکراني هوشمند نمي توان بازرسي نمود .هرچند اين روش هزينه بالائي دارد اما جهت دسترسي به اطلاعات دقيق خط لوله ، تداوم مطمئن انتقال گاز ,پيشگيري از بروز انفجار ناشي از خوردگي خط لوله و حفظ جان ساکنين مجاور خطوط انتقال گاز فشار بالا ؛مديريت انتقال شرکت ملي گاز ايران در بسياري نقاط با پرداخت اين هزينه موافقت نموده است .توپکراني در خط انتقال گاز شمال غرب ايران از سرخس تا رامسر به طول ( ١٠٥٨ ) کيلومتر در ١٠ مرحله ارسال و دريافت انجام شد که در هر مرحله به طور متوسط ؛ ٥ بار توپک جاروبي تميز کننده, يکبار توپک مغناطيسي قوي جهت جمع آوري ذرات فلزي و مغناطيسي و يکبار توپک MFL رانده شد و اين عمليات در مجموع حدود ٦٠ روز به طول انجاميد.
زمان احداث خط لوله پيگراني شده سال ١٩٧٦ بوده است ،ابعاد خط ٣٠ و٣٦ اينچ , حداکثر فشار مجاز خط لوله bar ٧٢، جنس لوله LX٥٦٠ API و محدوده ضخامت خط لوله mm ١٤.٢٧ ,٩.٥٣ بوده است .
توپک شارمغناطيسي : Magnetic Flux Leakage Pig( MFL
اين توپک که از نوع توپک هاي درون خطي (In Line Inspection) است که براي ارزيابي شرايط ديواره لوله بر اساس شار مغناطيسي طراحي شده است .
توپک داراي يک ميدان مغناطيسي دائم است که باعث القاي ميدان مغناطيسي قوي مي شود.اگر لوله فاقد نقص و يکپارچه باشد همه شار مغناطيسي از داخل آن عبور مي کند، اما در صورت وجود عيب و نقص در لوله ، اعوجاج رخ مي دهد که توسط سنسورها تشخيص داده شده و با توليد يک سيگنال الکتريکي وجود عيب دريافت مي شود. سيگنال هاي دريافتي از سنسورها همزمان با توپکراني آناليز شده و در محل ذخيره اطلاعات ثبت مي گردد.
اجزاء توپک :
سيستمهاي مسافت سنج سيستمهاي اندازه گيري جهت سيستمهاي محافظ فشار سيستمهاي کنترل سرعت سيستمهاي نگهدارنده در برابر لرزش سيستم جلو برنده سيستم مغناطيس کننده سيستم حسگر (سنسور) سيستم ثبت و تحليل داده ها سيستم تغذيه اين توپک دو نوع سنسور دارد:
سنسور اصلي (Primary Sensor) که بين قطب شمال و جنوب مغناطيسي قرار دارد، بر اساس اثر هال (Hall Effect) طراحي شده است . اعوجاج در ميدان مغناطيسي قوي که در راستاي طولي القا مي شود توسط اين سنسور گرفته شده، کاهش فلز داخلي (corrosion) و خارجي (gouge)،pipeline fitting و انواع مختلف anomalies شناسايي مي شود.
شکل ١
سنسور ثانوي (Secondary Sensor) که در پشت ناحيه مغناطيسي قرار دارد. در ترانسفورماتور (transducer) اهنرباهاي کوچکي ساخته مي شود که يک ميدان مغناطيسي ضعيف و موضعي عمود بر ديواره القا کرده و امکان اشکار سازي عيوب در
سطح داخلي و يا نزديک به آن را فراهم مي کند
شکل ٢
نحوه موقعيت يابي توپک :
الف - موقعيت توپک در طول لوله :
جهت شناسايي موقعيت و فاصله عيوب از نقطه ارسال وسيله اي روي توپک قرار گرفته است که داراي تجهيزات مسافت سنجي مي باشد. اين تجهيزات شامل يک ادمتر (odometer) و يک بازوي نگهدارنده که با يک سيم رابط به سيستم پردازنده توپک متصل مي باشد. (شکل ٣)
جهت مکان يابي دقيق توپک با استفاده از مگنت هاي ثابت و سيار در روي لوله در فواصل دو کيلومتري آهنرباي قوي قرار مي گيرد که اين وسيله با ايجاد امواج الکترو مغناطيسي اقدام به ايجاد هشدار مي نمايد (شکل ٤). توپک به محض دريافت بيشترين موج به سيستم دستور صفر کردن يکي از مسافت سنج ها را مي دهد. در نهايت با اجراي اين دستور يک شماره از ١ تا ٥٨٣ به مگنت داده مي شود. اين شماره پس از گذشتن توپک از هر مگنت (به فاصله ٢ کيلومتر از يک ديگر) يک شماره اضافه مي گردد، به اين ترتيب محل عيب در طول لوله از نقطه فرستادن توپک به دو صورت نشان داده مي شود. فاصله از ابتدا تا محل عيب و فاصله از آخرين مگنت پشت سر گذاشته شده که داده هاي آن به صورت زير نمايش داده مي شود:
شکل ٣: مسافت سنج و مدول تحليل داده
شکل ٤: مگنت هاي هشدار دهنده
ب- موقعيت توپک در محيط لوله :
جهت مشخص شدن موقعيت دقيق عيوب در محيط لوله اقدام به تعريف ساعت لوله مي شود. در اين تعريف محيط لوله به صورت يک ساعت در نظر گرفته مي شود و از ١ تا ١٢ تقسيم بندي مي شود. گاهي اوقات بعضي از شرکت هاي سازنده اين تقسيم بندي ها را بر حسب دقيقه انجام مي دهند، به دليل اينکه قطر بعضي از لوله ها زياد مي باشد و تقسيم لوله به ١٢ قسمت خطاي زيادي ايجاد مي کند، در اين روش عموماّ محيط به ٦٠ قسمت تقسيم مي شود و هر قسمت بر حسب دقيقه بيان مي شود.
سنسور کشف کننده مشخص کننده محل عيب مي باشد. با توجه به قرار گرفتن سنسورها در توپک ، برنامه نرم افزاري به هر يک از رديف هاي سنسورها عددي اطلاق مي دهد که بيان کننده مکان سنسور نسبت به ساعت ١٢ لوله و همچنين موقعيت سنسور نسبت به اولين سنسور مي باشد. در زمان کشف عيب با توجه به تداخل کشف شده توپک نام سنسور کشف کننده را بر حسب ساعت لوله ثبت مي کند(شکل ٥).
شکل ٥: نحوه تشخيص ساعت لوله از نحوه قرار گيري
سنسورها
اقدامات قبل از توپکراني:
قبل از بررسي مسير خط توسط توپک هوشمند لازم است يک سري اقدامات براي به دست آوردن اطلاعات درست و کامل انجام شود.
اولين اقدام تميز کردن خط لوله است که اين کار توسط شرکت ملي گاز ايران (NIGC) انجام شد. به اين منظور يک توپک مغناطيسي به منظور جمع آوري ذرات فلزي داخل خط نظير الکترود،ذرات مغناطيسي اکسيد آهن ،پيچ و مهره فرستاده شد.
بعد از آن يک توپک مقطع نماي نمايشگر (dummy.profile pig) توسط شرکت پيمانکار رانده شد تا از عبور بدون مشکل
, روان و مطمئن توپک MFL اطمينان حاصل شود.
اين توپک با سرعت متوسط m.s ٣.٠٨ رانده شد.
اطلاعات عملياتي توپک : (Tool Operational Data)
خصوصيات توپک :
حداقل ابعاد عيوب قابل اندازه گيري (Min dimensions of measured defects)
خوردگي عمومي :تا طول t٣و عرض t٣ وعمق t٠١ حفره :طول t١ و عرض t١ و عمق t٠٢ ترک طولي را نمي دهد ولي ترک عرضي با ابعاد t٢ و عمق t ٠.١ را مي دهد مقدار خطاي ممکن در اندازه گيري عيوب (Measurement error of defects)
خوردگي t٠١براي ٨٠ % عيوب و t ٠.٢براي ٩٠ % عيوب حفره ناشي از خوردگي : t٠١٥براي ٨٠% عيوب و t ٠.٢براي ٩٠% عيوب مقدار خطاي ممکن در موقعيت عيب (Error of defect location) نيم درصد جهت نزديک ترين مارکر مغناطيسي دفن شده و ١ درصد جهت نزديک ترين جوش و تا ١٥ درجه خطا در جهت عيب .
اطلاعات بدست آمده از عمليات توپکراني در غالب يک نرم افزار به بهره بردار تحويل مي شود . در اين نرم افزار حدود ٣٠ گيگا بايت اطلاعات وجود دارد که به راحتي مي توان وضعيت خطوط ميدان مغناطيسي را در برخورد با هر عامل روي خط لوله مشاهده نمود . با مشاهده اين تصاوير شما نيز مي توانيد بدون مراجعه به نتايج گزارش شده تا حدي نوع عارضه يا عيب را تشخيص دهيد اما تلفيق اطلاعات و تعيين ابعاد عيب نياز به تجربه و نرم افزار دارد.امور پژوهش شرکت ملي گاز جهت ساخت اين توپک و نرم افزار مربوطه اقداماتي را انجام داده است .
ارزيابي عيب :(Defect Assessment)
هدف از ارزيابي عيب ، بيان اهميتي است که يک ايراد(Defect ) در خط لوله به طور باالقوه مي تواند داشته باشد. به زبان ساده تر، فشاري که به ازاي آن عملکرد تضعيف شده لوله در حضور عيب مي تواند ايمن باشد محاسبه مي گردد. به اين منظور فاکتور تخمين تعمير Estimated Repair Factor( ERF) را تعريف مي کنيم . اين فاکتور که نشان دهنده شدت عيب روي لوله ميباشد، تا زماني که ١£ERF عيب خطرناک نيست ، اما زماني که ١<ERF عيب خطرناک بوده و نياز به تعمير فوري دارد.
ERF = MAOP.Psafe MAOP: ماکزيمم فشار مجاز کاري (Maximum Allowable Operating pressure) Psafe: ماکزيمم فشار ايمن در ناحيه خورده شده P Safe فاکتوري است که بر اساس استانداردهاي مختلف بنا به توافق بين مشتري و پيمانکار محاسبه مي شود، به عنوان مثال استانداردهاي :
• ASME B31 G
• Rstreng-2 (Modified ASME B31 G)
• DNV RP-F101
• Shell 92
استاندارد G ASME B٣١ بيشترين کاربرد را دارد. اساس معادله استفاده شده در اين روش شامل موارد زير است :
فرض ميشود ماکزيمم تنش حلقوي (hoop stress) لوله برابر است با تنش تسليم (yield strength) جنس لوله شکل خوردگي هاي کوچک به صورت سهمي و خوردگي هاي بزرگ به صورت مستطيلي مشخص مي شود. ابعاد عيب به صورت زير تعريف مي شود:
