8-812-740-66-02
8
-812-989-04-49
info@vactron.org

Разработка мобильного комплекса контроля герметичности подземных трубопроводов с применением гелия

Разработка мобильного комплекса контроля герметичности подземных трубопроводов с применением гелияМ.Л. Виноградов, Д.К. Кострин, *М.В. Карганов

Санкт-Петербург, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ул. Профессора Попова, 5;

*Санкт-Петербург, ООО «Вактрон», ул. Торжковская, 5;

Новая методика и оборудование для поиска мест утечек в подземных газопроводах, водопроводах и линиях кабельной связи с применением гелия представлены в данной публикации. Метод позволяет находить утечки через слой земли, асфальта, бетона. Скорость проверки трубопровода достигает 1 м/с. Пороговая чувствительность метода – 5.10‑5 Па.м3/с на трубопроводе при глубине один метр. Расстояние появления сигнала от крупной течи – 10 м.

Development of a portable system for helium leak detection in underground pipes and tanks

M.L. Vinogradov, D.K. Kostrin, M.V. Karganov

The new technique and helium leak detection equipment for underground gas-pipelines, water pipelines and cable communication lines are presented in this article. The method allows to find leaks directly through the layer of earth, asphalt or concrete. The pipeline scanning speed is about 1 m/sec. The threshold sensitivity of the method is 5.10‑5 Pa.m3/s for a pipeline at 1 meter depth. The leak signal appearance distance is 10 m.

Введение

Специалистами кафедры электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ» открыта мобильная лаборатория для поиска мест нарушения герметичности в подземных трубопроводах без раскапывания.

Научно-технической задачей, на решение которой направлен проект, является разработка метода и автоматизированного комплекса оборудования для дистанционного выявления дефектов в подземных трубопроводах. Впервые предложен мобильный комплекс контроля герметичности, который автоматически, с заданной скоростью проводит поиск подземных утечек по заранее внесенному в память устройства маршруту.

Автоматизированная система поиска утечек построена на базе масс-спектрометра, настроенного на гелий. Методика контроля основана на фундаментальных свойствах гелия, таких как высокий коэффициент диффузии сквозь твердые тела и способность подниматься из земли наверх. Это позволяет проводить поиск течей дистанционно через слой земли.

Для предлагаемой системы минимальный регистрируемый поток течи данным методом составляет 1.10‑9 Па.м3/с непосредственно на поверхности трубы [1] и 5.10‑5 Па.м3/с на подземном трубопроводе при глубине один метр. При поиске крупных утечек, скорость сканирования контролируемого участка составляет 1 м/с, а первичный минимальный сигнал на приборе появляется в радиусе 10 метров от течи.

 

Обзор существующих методов поиска скрытых утечек трубопроводов

Известен корреляционный метод контроля подземных трубопроводов, который заключается в регистрации отражений акустического сигнала от дефектов. Высокая вероятность индикации ложных результатов от исправных элементов трубопровода затрудняет точную локализацию утечки. Минимальный регистрируемый поток течи данным методом составляет порядка 10-2 Па.м3/с.

Широкое распространение получил акустический (ультразвуковой) метод поиска утечек. Звуковые колебания, создаваемые истекающим через дефект газом, определяются с помощью детектора с усилителем. Оператор через наушники находит максимум звукового сигнала и локализует натекания. Акустические помехи, создаваемые шумом на улице, сильно затрудняют работу и, как следствие, ведут к ложным срабатываниям. Пороговая чувствительность метода составляет порядка 10-2 Па.м3/с.

Известен метод использования зонда с видеокамерой, принцип работы которого заключается в выявлении крупных течей оптическим осмотром внутренней поверхности трубы. Метод не позволяет оценить поток течи в количественном виде. С помощью зонда возможно провести диагностику лишь небольшого участка трубопровода.

Для поиска течей в подземных линиях связи применяются галогенные течеискатели. Однако галогены, в отличие от гелия, не поднимаются наверх из земли. Поэтому концентрация веществ для обнаружения утечек должна быть гораздо большей. В Европе применение галогенов в течеискании запрещено по экологическим причинам. Минимальный регистрируемый поток течи данным методом составляет 5.10‑7 Па.м3/с на изделии или порядка 5.10‑3 Па.м3/с на подземном трубопроводе.

Часто для поиска течей в подземных трубопроводах используют тепловизор. В трубу закачивают горячую воду и, проводя контроль температуры поверхности земли, локализуют место истечения. Пороговая чувствительность этого метода не нормируется. Тепло от горячей воды плохо проходит через слой грунта, а тем более через асфальт. Данный метод целесообразно применять для обнаружения крупных утечек в трубах, расположенных близко к поверхности земли.

Метод с использованием гелия применяется некоторыми западными компаниями, однако научной базы метода, методики проведения контроля и автоматизированного комплекса оборудования не существует. Эти компании осуществляют работы в статическом режиме, т.е. анализируют концентрацию в сетке контрольных отверстий, в которых происходит накопление гелия.

Предлагаемая авторами система позволяет сканировать поверхность над трубами в динамике, без остановок и без необходимости в накопительных каналах. Это особо важно для таких объектов, как системы отопления и снеготаяния взлетно-посадочной полосы, трубопроводы, проходящие под асфальтовыми дорогами.

Рисунок 1 – Принцип поиска утечек в трубах с помощью гелия

 

Стенд для исследования скорости проникания гелия через материалы

В ходе НИОКР планируется изучить динамические параметры диффузии гелия через землю, бетон, асфальт, глину для определения зависимости скорости сканирования трубопровода и чувствительности испытаний от глубины залегания труб, типа грунта и внешних условий.

Авторами проекта разработан стенд для измерения динамических характеристик проникания гелия через образцы материалов. Стенд построен на базе гелиевого масс-спектрометрического течеискателя, обеспечивающего минимальный регистрируемый поток гелия 7.10-13 Па.м3/с, что соответствует первому классу герметичности по ПНАЭ Г-7-019-89 [2].

Стенд снабжен вакуумно-опрессовочной камерой, предназначенной для установки объекта измерений, его предварительной дегазации и создания градиента давления гелия относительно внешней и внутренней стороны объекта.

Контролируемый объект устанавливают в вакуумно-опрессовочную камеру, присоединяют к течеискателю и откачивают с помощью вакуумной системы. Затем в камеру подают гелий, продолжая непрерывную откачку с противоположной стороны объекта. Количественное значение потока гелия измеряется по сигналу течеискателя, после стабилизации диффузионного потока [3].

На данном этапе работ проводится серия экспериментов по изучению скорости проникания гелия через слои типичных покрытий.

 

Ключевые особенности мобильного комплекса контроля герметичности подземных трубопроводов

1) Высокая чувствительность, позволяющая регистрировать гелий, проходящий сквозь слой асфальта, земли или глины.

2) Время реакции на наличие гелия со щупом 5 метров – менее 2 секунд. Это позволяет проводить контроль подземных трубопроводов со скоростью до 1 м/с.

3) Устойчивость к тряскам при перемещении, благодаря специальной автоматической системе передвижения.

4) Запатентованный щуп с насадками, препятствующими загрязнению прибора в полевых условиях. Возможность подключения удлинителя щупа для охвата поверхности радиусом 25 метров.

5) Малошумный портативный генератор для автономного электропитания системы.

6) Теплоизолированное исполнение системы, которое позволяет проводить работы при температурах до ‑20 oC.

Рисунок 2 – Процесс обнаружения утечек в подземной системе снеготаяния Рисунок 3 – Заправка газопровода гелием с помощью мобильной лаборатории течеискания

Этапы методики обнаружения скрытых утечек в трубопроводах

1) Ознакомление с документацией проекта и расположением труб, расчет предполагаемого потока утечки, оценка расхода гелия на испытания, выбор места для подключения гелия.

2) Измерение общего натекания методом контроля за падением давления во времени.  Предварительный контроль коммутационных элементов портативным течеискателем [4].

3) Поиск ореолов рассеяния гелия на поверхности земли. Быстрый тест с применением портативного гелиевого течеискателя. Высокочувствительный контроль с помощью мобильного комплекса контроля герметичности трубопроводов.

4) Вскрытие участка трубы для устранения утечки.

5) Подготовка отчета установленной формы об обнаружении утечек. Формирование карты расположения утечек, том числе негерметичных врезок в трубопровод.

Специалисты по контролю герметичности компании «Вактрон» аттестованы для проведения течеискания согласно ПБ 03-440-02, в том числе для проверки технологических трубопроводов.

 

Результаты практических испытаний

С помощью мобильного комплекса контроля герметичности подземных трубопроводов с применением гелия на данный момент специалисты обеспечили стопроцентный результат выявления течей в подземных системах заказчиков. Проведены работы на объектах с общей протяженностью трасс более 15 километров.

Точность локализации течей составляет, по словам одного из заказчиков, «до кивка лопаты». Точное место истечения газа на открытом трубопроводе можно сделать видимым, обмылив указанный участок.

Специалистами кафедры электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ» планируется дальнейшее внедрение технологии гелиевого течеискания в область контроля герметичности технологических трубопроводов.

 

Литература

  1. Vinogradov M. Helium leak detection: Education, equipment, application //Strategic Partnership of Universities and Enterprises of Hi-Tech Branches (Science. Education. Innovations), 2015 IV Forum. – IEEE, 2015. – С. 1-4.
  2. Vinogradov M. L. et al. Gas Permeation through Vacuum Materials //Vakuum in Forschung und Praxis. – 2015. – Т. 27. – № 3. – С. 26-29.
  3. Сытый Ю. В. Исследование газопроницаемости фторопластовых труб //Журнал «Физико-химическая механика материалов». – №4. – 1971.
  4. Виноградов М. Л. Разработка портативного прибора контроля герметичности вакуумных систем //Интернет-журнал «Технологии техносферной безопасности. – 2013. – С.2013-3.

Дополнительная профессиональная образовательная программа «Основы течеискания и вакуумной техники» 20 – 22 марта 2018

ООО «ВАКТРОН» и Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова приглашают сотрудников предприятий принять участие в программе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники» 20 – 22 марта 2018 года. Лекторы курса:

  1. Школа течеискания в ПетербургеПреподаватели университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» — расчетные и исследовательские задачи
  2. Сотрудники компании ВАКТРОН — разработка систем течеискания и вакуумирования
  3. Представители завода «Измеритель» — сервис и запчасти для течеискателей ТИ
  4. Специалисты метрологической организации — поверка и калибровка в течеискании
  5. Представители аттестационного центра — аттестация персонала и лаборатории NDT
  6. Инженеры по сервису ULVAC, NOLEK и PedroGil — модернизация и обслуживание вакуумных насосов и аналитических систем

Базовые темы обучения:

  • Вакуумная техника и контроль герметичности в авиационной и космической отрасли
  • Герметичность объектов военного назначения
  • Выбор вакуумных насосов и течеискателей для металлургии, научных исследований и коммерческих задач
  • Ремонт вакуумных печей и напылительных установок
  • Автоматические линии контроля герметичности».

После прохождения итогового тестирования специалист получает методические материалы, видеозапись занятий и удостоверение о повышении квалификации государственного образца по университетской программе дополнительного профессионального образования. Занятия будут проходить в Санкт-Петербурге в аудиториях университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ» с посещением сервисного участка ВАКТРОН. Для направления на обучение необходима предварительная регистрация. Регистрация участников: 8 (812) 740-66-02, Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Скачать приглашение и программу курса (DOC)


8-812-740-66-02
8-812-989-04-49
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.