CONG NGHỆ DÃU KHI_ _ _ _ _ _ _ _ _ TẠP CHÍ DẦU KHÍ DầuKhíl $0 - 2022, trang 26 - 34 ISSN 2615-9902 NGHÉN CỨU CHẾ TẠO BỘ THIẾT BỊ PHÁT HIỆN KHUYẾT TẬT CÁC ỐNG THÉP RỜI, ĐUỜNG KÍNH NHỎ BẰNG PHƯƠNG PHÁP RỊ RĨ ĐƯỜNG súc Từ Phạm Hổng Quang1, Lê Văn Sỹ2, Vũ Minh Hùng1, Phan Minh Quốc Bình1, Nguyễn Ngọc Khương1, Nguyễn Quang Vinh1 'Đại học Dầu khí Việt Nam 2Trường Cao đẳng Dấu khí Email: hungvm@pvu.edu.vn, sylv@pvmtc.edu.vn https://doi.org/10.47800/PVJ.2022.03-04 Tóm tắt Bài báo trình bàỵ thiết kế chế tạo thử nghiệm cho hệ thiết bị phát khuyết tật EMI (electromagnetic inspection) đáp ứng yêu cầu kiểm tra không phá hủy ống thẳng, đường kính nhỏ, thay đổi Điểm thiết bị thay cảm biến từ Hall thông thường cảm biến Hall phẳng có độ nhạy cao, ổn định theo nhiệt độ thời gian để khảo sát biên thiên từ trường suy giảm độ dày đường ống Bên cạnh đó, cụm thiết bị thử nghiệm phát khuyết tật dọc có cấu tạo với từ trường từ hóa theo chu vi cặp nam châm điện trực giao; hệ từ hóa õng kiểm tra khơng cấn quay trình đo Thiết bị EMI dự kiến áp dụng thử nghiệm Xí nghiệp Cơ điện, Liên doanh Việt - Nga "Vietsovpetro" Từ khóa: Thiết bị kiểm tra khuyết tật đường ống, phương pháp MFL Giới thiệu lớn (hàng trăm kilogram) phải liên tục quay với tốc độ cao ống chạy qua làm tiêu tốn lượng, Các thép thẳng, rời ống khoan, ống chống, ống khai thác, đường ống dẫn dầu khí sử dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp dẩu khí Ngay sau chê' tạo sau trình sử dụng, khuyết tật (vết nứt, thủng q trình ăn mịn) xuất thành ống, tiềm ẩn gây tiếng ồn, thường xuyên phải thay thê phụ kiện (như vịng bi, chổi góp), cụm theo dõi độ dày, sản phẩm thương mại naỵsửdụng loại cảm biến Hall thơng thường có độ ổn định theo nhiệt độ theo thời gian kém, dẫn đến sai lệch kết đo nguy xảy cố nghiêm trọng [1 - 4] Do vậy, sau chế tạo trình bảo dưỡng định kỳ, đường Do vậy, nhóm tác giả nghiên cứu, thiết kế ống kiểm tra khuyết tật phương pháp không phá hủy Một phương pháp kiểm tra khuyết tật phổ chế tạo hệ thiết bị EMI thử nghiệm đáp ứng yêu cầu phát hiện, kiểm tra không phá hủy khuyết tật biến phương pháp điện từ, ống cấn kiểm tra chạy ống khoan, ống khai thác, ống chống, ống dẫn xuyên qua thiết bị gọi EMI (electromagnetic inspection).Thiết dầu khí có kích thước nhỏ, thẳng, rời theo tiêu bị EMI điển hình có chức phát khuyết tật ngang, chuẩn quốc tế API 5CT Thiết bị gổm cụm chức phát khuyết tật dọc (hoạt động theo nguyên lý rò rỉ đường năng: sức từ - magnetic flux leakage, MFL) theo dõi suy giảm độ dày (hoạt động theo nguyên lý mật độ đường sức từ) - Cụm phát khuyết tật ngang: Có cấu tạo nguyên lý hoạt động giống sản phẩm EMI Thiết bị EMI bán thị trường có giá thành cao truyền thống, song khác biệt có cảm biến dạng Ngồi ra, thiết bị có hạn chế cụm phát khuyết tật dãy hệ cánh tay cảm biến dung sai vận hành ngang, cấu đóng mở cánh tay cảm biến thường dùng servo motor cylinder khí nén (pneumatic) khiến cho việc điều chỉnh kiểm soát khoảng cách cảm biên đến bề mặt ống khó đạt độ hệ từ hóa nam châm điện quay quanh ống, thiết xác cụm phát khuyết tật dọc, hệ từ hóa có trọng lượng Ngày nhận bài: 28/12/2021 Ngày phàn biện đánh giã sửa chữa: 28/12/2021 - 20/1/2022 Ngày báo duyệt đăng: 21/8/2022 26 ĐẨU KHÍ số 3/2022 - Cụm phát khuyết tật dọc: Thay sử dụng bị sử dụng cặp nam châm điện đặt cố định, vng góc với Khi kết hợp với cảm biến dạng dãy, cấu cho phép quét kiểm tra toàn chu vi ống mà cần dịch chuyển tịnh tiến ống PETROVIETNAM - Cụm phát suy giảm độ dày hoạt động nguyên tính) ống thép, thép Phương pháp MFL lý theo dõi thay đổi mật độ đường sức từ cuộn dây từ nguyên lý hoạt động cụm phát khuyết tật hóa độ dày ống thay đổi Điểm khác biệt thiết bị thay ngang dọc hệ EMI Phương pháp MFL có ưu cảm biến từ Hall thông thường cảm biến Hall phẳng có điểm như: có khả kiểm tra tốc độ cao, dễ dàng độ ổn định cao theo nhiệt độ theo thời gian thu nhận tín hiệu, thực trình đo trực tuyến, Nguyên lý phương pháp MFL phát khuyết tật Phương pháp phát rò rỉ đường sức (MFL) phổ biến việc phát khuyết tật kết cấu thép (có từ phát loại khuyết tật (khuyết tật bể mặt, lỗ rỗng, vết nứt, vết ăn mịn bên bên ngồi thành ống) [1 - 5] Vế mặt nguyên lý, phương pháp MFL tóm tắt Hình 1: Thành ống làm vật liệu sắt từ từ hóa gần đến trạng thái bão hòa nhờ từ trường tạo nam châm điện vĩnh cửu Nếu khuyết tật, đường sức từ chạy bề dày thành ống Khi có khuyết tật, đường sức từ bị rị rỉ ngồi vị trí có khuyết tật (do độ từ thẩm s (a) đỏ nhỏ vật liệu sắt từ) Việc rị rỉ đường sức từ đóng nghĩa tạo từ trường đo cảm biến từ Việc phân tích tín hiệu điện thu từ cảm biến cho phép đánh giá loại, hình dạng, mức độ khuyết tật Như vậy, hệ từ hóa cảm biến đo từ yếu tố quan trọng nhất, định thành công phép đo 98 từ Nguyên lý phương pháp mật độ đường sức 10 khảo sát suy giảm độ dày thành ống 11 Nguyên lý phương pháp mật độ đường sức 12 từ sau: Một cuộn dây tạo số vòng dây mang dòng điện tạo từ trường dọc theo trục dọc Khi ống sắt từ đặt cuộn13dây, (b) Hình I.Mơtà phương pháp MFL dị khuyết tật: (a) Trường hợp khuyết tật phía (nearside); (b) Trường hợp khuyết tật khác phía (farside) đường sức từ cuộn dây có xu hướng tập 14 15 [mT] 18 17 16 Hình Nguyên lý phương pháp mật độ đường sức từ khảo sát biến thiên độ dày DẦU KHÍ SỔ 3/2022 CONG NGHỆ DÂU KHÍ trung vào vật liệu sắt từ, dẫn đến giảm mật độ thông lượng từ từ trường tác dụng), Rext, Rair Rpipe biểu thị khơng gian bao quanh ống Do đó, đường ống có độ dày mỏng từ trở khơng gian bên ngồi, bên gây giảm mật độ thơng lượng xung quanh ống ngược lại Sự cuộn dây từ hóa thành ống 2.000 Gauss bể mặt cực > 400 Gauss cực khoảng cách 150 mm Đầu cực có gắn chổi sợi thép dẫn từ Cực từ dịch chuyển dễ dàng cấu vít-me để thích hợp với ống có đường kính thay đổi từ 60 -114 mm Guốc cảm biến kiểu dãy cuộn pickup cho khuyết tật ngang: Guốc gồm thân guốc hình móng ngựa, nắp dưới, nắp trên, tai lắp ráp Mỗi guốc có cảm biến kiểu cuộn dây (cuộn pickup) phân bố hàng so le để đảm bảo quét qua tất điểm chu vi ống Vùng quét guốc > 1/8 chu vi guốc khuyết tật ngang Độ cong guốc thiết kế thích ứng với kích thước ống kiểm tra 4.3 Cụm thiết bị phát khuyết tật dọc Theo chế hoạt động để hệ từ hóa ống đểu khơng quay, hệ có khối từ hóa đặt vng góc với nam châm điện có cực đối để từ hóa ống theo phương chu vi Các cực di chuyển để phù hợp kích thước ống đảm bảo chống sức hút lực từ DẤU KHÍ - sứ 3/2022 - Guốc cảm biến kiểu dãy cuộn cảm biến (pick-up coil) cho cụm khuyết tật dọc: Các guốc cảm biến cho khuyết tật dọc giống guốc cảm biến cụm khuyết tật ngang, song có khác biệt độ dài cung guốc >1/4 chu vi 4.4 Chức kiểm tra độ dày ống Phương pháp mật độ đường sức từ sử dụng làm nguyên lý hoạt động chức kiểm tra độ dày ống Theo PETROVIETNAM tài liệu API 5CT, phương pháp dùng để phát đoạn ống có biểu bị giảm độ dày, làm cho phép đo bổ sung (thường siêu âm) Vì lý bí mật cịng nghệ, tác giả khơng tìm thấy tài liệu chi tiết mô tả vân đế kỹ thuật, cấu hình tối ưu, kết định lượng phương pháp mật độ đường sức từ Ngoài ra, yêu cầu cảm biến phải nhạy, ổn định theo thời gian nhiệt độ Loại cảm biến Hall thơng thường có độ trơi theo thời gian hệ số nhiệt lớn, ảnh hưởng kết đo Nhóm tác giả hợp tác với Đại học Tổng hợp Montpellier để nghiên cứu, chế tạo đưa vào sử dụng loại cảm biến Hall phẳng có tính vượt trội so với cảm biến Hall thơng thường Cảm biến Hall phẳng (PHR) hoạt động Hình Sự phụ thuộc từ trường rị rì vào khống cách đo theo tính tốn thực nghiệm theo ngun lý từ trở với khoảng đo +/- 0,35 Tesla có độ phân dải TO micro Tesla 0,35 Tesla, độ ồn dc < 0,1% tồn dải đo, độ trơi theo thời gian < 0,1%/năm hệ số nhiệt < 0,01% tồn dải/độ Các cảm biến có vỏ bảo vệ nhựa teflon, dây tín hiệu dây bọc kim loại chống nhiễu Kết mô Đê’ đáp ứng yêu cẩu đánh giá vai trò từ trường từ hóa, kích thước, cấu tạo, cấu hình module khuyết tật ngang, khuyết tật dọc khảo sát độ dày, nhóm tác giả sử dụng phương pháp phân tích mơ hình lưỡng Hình 10 Kết q mơ tín hiệu MFL gây khuyết tật dọc vái độ sâu thay đổi cực từ phương pháp số phấn mềm ANSYS Maxwell Hình thể ảnh hưởng khoảng cách cảm biến lên từ trường rị rỉ đo vị trí khuyết tật (W = mm, D = mm, L= 50 mm) Đường làm khớp hàm mô tả tốt suy giảm từ trường MFL tăng khoảng cách cảm biến e'ch, với c = 2,91 Có nghĩa tín hiệu MFL giảm nhanh tăng khoảng cách cảm biến Trong thực tế, khoảng cách cảm biến thường có giá trị khoảng - mm, tín hiệu MFL yếu rõ rệt Trong Hình 9, đường màu xanh kết tính tốn theo mơ hình lưỡng cực từ Cũng Hình ÌI.Khu vực thủ nghiệm thiết bị EMI kết thực nghiệm, hàm e