Использование трассопоисковых комплексов при обследовании газопроводов

В. А. Вершилович, ПАО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

Техническое обследование газопроводов является обязательной работой, обеспечивающей безопасность газораспределительных сетей. При этом в соответствии с действующим пока ГОСТ Р 54983-2012 «Сети газораспределения природного газа. Общие требования к эксплуатации. Эксплуатационная документация» производится, в том числе, выявление мест повреждений защитных покрытий стальных подземных газопроводов.

С 1 июня 2022 года в силу вступит ГОСТ 34741-2021 «Требования к эксплуатации сетей газораспределения природного газа». Он отменяет ГОСТ Р 54983, который почти 10 лет устанавливал порядок эксплуатации газораспределительных сетей. В новом документе объем работ при обследовании увеличен, в том числе добавлена проверка глубины залегания газопроводов в характерных точках на соответствие проектной (исполнительной) документации. Как для поиска повреждений, так и для определения глубины заложения применяется трассопоисковое оборудование.

Про защиту от коррозии

В прошлом газопроводы массово строились из стали, отличного конструкционного материала. Но, к сожалению, без соответствующей защиты стальная труба подвержена коррозии, вплоть до сквозных повреждений с утечкой газа. Конечно, можно в сталь добавить хром, чтобы его стало 12%, и она станет нержавеющей. Но стоимость газопровода резко возрастет. Или применить полиэтилен, который также не подвержен коррозии. Но полиэтиленовые трубы активно используются с начала XXI века. Поэтому для существующих стальных подземных газопроводов применяют защиту от коррозии, активную и пассивную. Первая — это катодная поляризация, вторая — защитные покрытия. Дефекты защитных покрытий открывают путь электрохимической коррозии. Даже наличие защитного потенциала не гарантирует полностью безопасную работу газопровода. Особенно велик риск в зонах действия блуждающих токов или в грунтах с высокой коррозионной агрессивностью. Наличие низкоомных контактов с подземными коммуникациями: теплотрассой, водопроводом, бронированным кабелем, также может привести к коррозии газопровода.

Немного истории

В 60-е — 80-е годы прошлого века велось активное строительство газовых сетей. Массово применялись трубы с битумно-мастичным покрытием, которое легко повреждалось при транспортировке, погрузке-разгрузке, хранении и укладке. Электрохимической защите уделялось недостаточное внимание, поэтому в тот период было много сквозных коррозионных повреждений газопроводов. После пика аварий в 70‑е годы началась серьезная борьба с коррозией. Работа велась в нескольких направлениях:

Контроль качества изоляционных покрытий осуществлялся приборами, которые позволяли без вскрытия грунта обнаружить их дефекты. Трассоискатели ВТР‑V и ТПК‑1, искатели подземных коммуникаций ИПК‑2 применялись в 70‑е годы прошлого века. Им на смену пришли: аппаратура нахождения повреждений изоляции АНПИ, искатель повреждений изоляции ИПИ, устройство контроля изоляции УКИ и их различные модификации. Модернизированные версии этих устройств выпускаются промышленностью и в настоящее время (рис. 1). Их основное достоинство — невысокая стоимость. В тоже время они сложны в использовании, в обследовании принимают участие два работника. Но главный недостаток — точность обнаружения трассы газопровода и повреждений изоляции в большой мере зависит от оператора, для которого главный источник информации — звуковой сигнал в головных телефонах. Современные приборы лишены этих недостатков. Они выдают информацию на экран, сохраняют информацию в памяти.

Рис. 1. Приборы для поиска трассы и повреждений изоляции: а — АНПИ;
б — ИПИ 95

Про электромагнитную индукцию

И современные, и ранее применявшиеся приборы для поиска трассы газопровода и выявления повреждений изоляции используют физическое явление, именуемое электромагнитной индукцией, которая была открыта 1831 году Майклом Фарадеем. Суть состоит в возникновении тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его. Если проще — изменение магнитного поля порождает движение электронов в проводниках. И наоборот, электрический ток образует вокруг проводника магнитное поле. Электромагнитная индукция используется в самых различных электрических устройствах, от генераторов турбин электростанций до микродвигателей сервоприводов, от промышленных индукционных печей до микроволновок. Без использования этого явления наша цивилизация осталась бы на уровне паровых двигателей и дровяных печей.

Как работает трассоискатель

Принцип работы трассопоискового оборудования основан на обнаружении электромагнитного поля, которое создается вокруг трубопровода. Для газопровода может использоваться сигнал частотой 100 Гц, наводимый в трубе катодной защитой. Но поиск трубопровода и повреждений на нем лучше производить, обеспечив непосредственный контакт вывода генератора с трубой — гальваническое подключение. Генератор выдает сигнал с заданной частотой, который улавливает электромагнитный контур, размещенный в приемнике.

Возможно использование наведенного генератором сигнала без непосредственного контакта, так называемого индуктивного подключения. Именно по такому принципу работают металлоискатели, применяемые для поиска в грунте кладов и иных металлических предметов.

Рис. 2. Поиск трубопровода методом максимума

При подключении генератора через газопровод проходит переменный ток, вокруг образуется переменное магнитное поле. В плоскости, расположенной перпендикулярно оси проводника, линии магнитного поля будут выглядеть как концентрические окружности с центром в трубе. Если ось поискового контура приемника расположить параллельно поверхности земли непосредственно над трубой (рис. 2), вдоль линий поля, то в катушке наведется максимальный электрический сигнал. При перемещении катушки в сторону его амплитуда будет плавно уменьшаться. По максимуму сигнала обнаруживают приблизительное положение газопровода.

Рис. 3. Поиск трубопровода методом минимума

Более точный результат дает метод минимума (рис. 3). Если ось поискового контура расположить перпендикулярно поверхности земли над трубой, то сигнал в катушке будет минимальным. При смещении катушки в сторону амплитуда сигнала сначала быстро увеличивается, а затем плавно уменьшается. Именно резко выраженный минимум сигнала позволяет точнее находить газопровод.

Рис. 4. Растекание тока от повреждения изоляции

Поиск повреждений изоляции основан на обнаружении электрических полей, образованных сходящими с газопровода токами в местах сквозных дефектов изоляции. Картина растекания тока в месте контакта с грунтом представлена на рисунке 4. Максимальный ток утечки протекает вблизи места контакта, а линии равного тока расположены вблизи места контакта радиально. Плотность тока и разность потенциалов резко уменьшаются при удалении от контакта.

В старых моделях аппаратуры (АНПИ и подобные) сигнал поступает в головные телефоны, а также на индикатор. Далее точность обнаружения трассы газопровода или повреждения целиком зависит от работника, выполняющего обследование. В результате в разных службах при одинаковых условиях (протяженность и срок эксплуатации обследуемых газопроводов, грунтовые условия) выявляется количество повреждений, различающееся в разы. Кроме как квалификацией и добросовестностью персонала объяснить это отличие невозможно.

Приемники современных трассоискателей имеют не одну, а две и даже несколько катушек. Применение двух катушек позволяет одновременно проводить измерение по максимуму и по минимуму. Полученные сигналы обрабатываются микропроцессором и отображаются на дисплее, что уменьшает зависимость результатов обследования от человеческого фактора. Имеется возможность записи измерений, что позволяет контролировать качество выполненных работ.

Трассопоисковые комплексы «Сталкер»

АО «НПФ «Радио-Сервис» (г. Ижевск) разрабатывает и производит приборы электробезопасности, а также трассоискатели «Сталкер».

Рис. 5. Генератор и приемник трассопоискового комплекса «Сталкер» 75-14

Для поиска металлических трубопроводов и повреждений изоляции используют комплексы «Сталкер» 75‑14. Они имеют погрешность обнаружения трассы не более 10 см (при глубине залегания 2 м), определяют глубину заложения коммуникации от 0,1 до 10 м.

«Сталкер» 75‑14 (рис. 5) состоит из генератора ГТ‑75 и приемника ПТ‑14. Генераторы ГТ‑75 имеют 4 рабочих частоты, выходную мощность от 10 до 75 Вт. Они выдают синусоидальный регулируемый сигнал с максимальным напряжением 250 В и силой тока до 12 А. Электропитание — два аккумулятора 6 В, 12 А/ч. Допускается питание генераторов от внешнего источника постоянного тока напряжением 12 В. При снижении напряжения ниже 10,5 В генераторы отключаются.

Приемник ПТ‑14 постоянно находится в руке работника, поэтому немаловажной характеристикой является масса устройства, которая составляет 1,8 кг. Напряжение питания от 7,5 до 5,2 В. Питание — от аккумулятора 6 В, емкостью 2000 мА/ч или от пяти сменных батарей типоразмера АА.

Комплекс «Сталкер» 75‑14 благодаря GPS приемнику, идущему в комплекте с приемником ПТ‑14, может производить трассировку подземных коммуникаций с последующим наложением на карту во всемирной системе координат. При использовании внешнего GPS модуля, подключаемого к приемнику по Bluetooth, трассоискатель «Сталкер» 75‑14 фиксирует координаты коммуникации и пройденное расстояние, записывая информацию в трек. После импорта данных на компьютер можно отметить положение коммуникации на карте. Имеется связь с компьютером по Bluetooth, память на 10000 измерений. Можно использовать смартфон вместо внешнего GPS/ГЛОНАСС-модуля.

Рис. 6. Дисплей приемника ПТ-14

Для обеспечения наглядности «Сталкер» 75‑14 может отображать на графическом дисплее линию отслеживаемой трассы относительно положения приемника — функция КОМПАС (рис. 6). Совмещая ось приемника с указателем положения трассы, можно отследить повороты газопровода.

Комплексы поисково-диагностические «Прогресс» ФК-01

НПО ДПО «ФАРМЭК» находится в Минске. Предприятие среди прочего оборудования для газораспределительных организаций производит комплексы поисково-диагностические «Прогресс» ФК-01.

Рис.7, а — генератор комплекса «Прогресс»
б — прогресс комплекса «Прогресс»

Комплекс «Прогресс» ФК‑1 включает в себя генератор сигнала «Прогресс» ФКГ‑100 (рис. 7, а) и приемник-локатор «Прогресс» ФКП-01 (рис.7, б). Генератор может выдавать выходной сигнал на 5 фиксированных частотах: 525 Гц, 2025 Гц, 8025 Гц, 33025 Гц, 58025 Гц. Электропитание устройства — аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 13,2 В. Масса приемника ФКП-01 — 2,2 кг. Приемник питается от аккумуляторной батареи номинальным напряжением 6,5 В.

Комплекс «Прогресс» ФК-1 позволяет определять глубину заложения газопровода до 5 м. Отклонение определяемой величины глубины залегания коммуникаций в отсутствие помех ± 10%. Комплекс производит измерение глубины залегания, тока в трассе, напряжённости поля и состояния изоляционного покрытия. Имеется возможность записи перечисленных параметров в память прибора с привязкой к географическим координатам с использованием встроенного модуля ГЛОНАСС / GPS.

Трассопоисковые комплексы «Атлет»

ООО «Техно-ас» (г. Коломна) начинало когда-то с производства пирометров и контактных термометров. В настоящее время среди прочего оборудования изготавливает трассопоисковые комплексы «Атлет».

Рис. 8. Трассопоисковый комплекс «Атлет»

«Атлет» АГ-319К-СКИ состоит из генератора АГ-120Т и приемника АП-19 (рис. 8). Комплекс позволяет определять трассу коммуникации на глубине до 10 м и удалении до 10 км от места подключения генератора.

Генератор при автономном питании имеет регулируемую мощность выходного сигнала: в непрерывном режиме — до 120 Вт, в импульсном — до 180 Вт. Частота сигнала и его мощность выбирается в зависимости от решаемых задач. При работе генератора производится автоматическое согласование с нагрузкой в широком диапазоне сопротивлений.

В акустическом режиме Комплекс «Атлет» АГ-319К-СКИ может использоваться для поиска как металлических, так и неметаллических трубопроводов, в частности полиэтиленовых газопроводов. Для токопроводящих коммуникаций акустический метод эффективен в условиях высоких индустриальных помех.

Рис. 9. Ударный механизм УМ-112

Суть метода состоит в том, что по трубопроводу наносятся механические удары. Они вызывают в трубе акустические волны, воспринимаемые приемником, к которому подключен специальный датчик. Фактически трассоискатель «слышит» коммуникацию. Сигнал датчика отображается индикатором и поступает на головные телефоны. Оператор по максимальному уровню сигнала и специфическим звукам определяет место расположения трубопровода. Дальность трассировки зависит от различных факторов: тип и плотность грунта, глубина расположения, материал и наполненность трубопровода.

Для реализации метода генератор переводится в ударный режим. К нему подключается ударный механизм УМ-112М (рис. 9). Это электромеханическое устройство для производства ударов по трубе, на которой оно крепится посредством цепи с фиксирующим рычагом. При использовании УМ-112М необходимо учитывать механические свойства материала, из которого изготовлены трубы, толщину стенок. Нельзя закреплять ударный механизм непосредственно в местах соединений труб. В случае опасности повреждения труб ударный механизм необходимо использовать при минимальной силе удара.

И в заключение

Современные трассоискатели решают много задач. Они способны определить глубину заложения трубопровода или кабеля, обнаружить трассу коммуникации, нанести ее на карту, выявить место повреждения изоляции. Многие комплексы способны обнаружить маркеры, предназначенные для обозначения трассы полиэтиленовых коммуникаций. Применение современных комплексов увеличивает производительность труда и качество работ при выполнении обследования газопроводов.

Добавить в закладки
Поделиться
Читайте также
Особенности применения технологии микротоннелирования при строительстве газраспределительных сетей в условиях плотной городской застройки
Газ в дело. Завод «Амурсталь»
Контроль защитных покрытий газопроводов при шурфовом обследовании
Шурфовое обследование подземных стальных газопроводов