Предлагаем заинтересованным организациям принять участие в
финанасированиии разработки.

   В процессе эксплуатация газопроводов нередко происходят разрушения линейных участков, наносящие значительный материальный ущерб. Одной из основных причин разрушений является зарождение и развитие продольных трещин на наружной поверхности газопроводов, вызванных стресс-коррозией и перенапряжением металла трубопровода при отсутствии общей коррозии стенки. В месте расположения коррозионной трещины под влиянием возникающих магнитных полей вызванных током катодной защиты и берущим газовым потоком создается магнитное поле рассеяния от дефекта. Перенапряжение стенки трубы в месте трещины также может стать источником для создания магнитного поля отклика материала стенки на механическое или магнитное воздействие.
   Существующие магнитные интроскопы [1-3] разрабатывались для работы в диапазоне магнитных полей рассеяния от дефектов в пределах (10-140) A/cм, что имеет место при зазоре между матричным преобразователем интроскопа и поверхностью трубы порядка (3-10)мм. Чувствительность магниточувствительных элементов матриц была недостаточной для выявления дефектов в стенке трубопровода при увеличении зазора до (2-3) м [6].
   1. Описанный в работе [7] Е.М. Беловым и другими способ поясняет возникновение магнитного поля рассеяния от дефекта с помощью бифуркационно-резонансного метода, при котором появляются виртуальные магнитные домены вследствие движения доменных стенок Блоха через точки неустойчивости или точки бифуркации. При снятии механической нагрузки виртуальные домены исчезают, и их энергия затрачивается на создание магнитного поля отклика от дефекта. Источником механического стенок трубопровода является турбулентный пульсирующий и вращающийся газовый поток. Он же создает бегущее по трубопроводу пульсирующее магнитное поле.
   Далее в [7] приводятся сведения из физики твердого тела, вводятся понятия «межузлиона», «примессона», передаточных функций одного домена и материала трубопровода. Рассматривается блок-схема прибора для разности напряженностей магнитного поля дефектного и бездефектного участка трубопровода. Прибор включает в себя два феррозондовых датчика с горизонтальными осями, включенные встречено и один феррозонд с осью расположенной перпендикулярно оси трубопровода. Электронный блок содержит задающий генератор, сигналы с которого через формирователи поступают на обмотки возбуждения феррозондов, дифференциальный усилитель, синхронный детектор, пороговую схему сравнения, задающий сигнал которой выбирается по результатам предварительных испытаний, АЦП и блок памяти. Кроме того, в приборе смонтированы фильтры нижних и верхних частот, позволяющие осуществлять регистрацию магнитных параметров в ограниченном частотном диапазоне. Чувствительность четно-гармонических феррозондов составляет 126 нТл ? 10-3 А/см.
   О теории возникновения магнитного поля отклика от дефекта в стенке трубы на основе бифуркационно-резонансного метода с использованием виртуальных доменов можно сказать, что в настоящее время в практической диагностике она не получила применения и нам неизвестны какие-либо отечественные и зарубежные источники, в которых бы описывались подобные методы, Что касается блок-схемы прибора, то она совпадает полностью со схемой феррозондового градиентометра и с блок-схемой авиационного обнаружителя магнитных аномалий, служащего для определения координат и местоположения объектов (трубопроводов, затонувших кораблей, подводных лодок, мин, автомобилей и т.п.) на расстоянии до 400 м по их постоянному магнитному полю [5;8] . Принцип действия такого обнаружителя основан на возможности аппроксимации локального поля объектов на расстояниях, превышающих их размеры, магнитным полем диполя и их координат. По нашему мнению в виде подобного диполя можно представить и коррозионный дефект на поверхности трубопровода.
   2. Другим возможным способом обнаружения дефектов газопроводов без вскрытия грунта является использования эффекта Баркгаузена, открытого в 1919 г. [9, 10].Он заключается в скачкообразном изменении намагниченности ферромагнетика при воздействии на него магнитных полей, механических напряжений и т. д. Скачки намагниченности и называют скачками Баркгаузена. В настоящее время известно пять механизмов возникновения скачков Баркгаузена: необратимое движение доменных стенок, возникающих в момент преодоления потенциального барьера, необратимое вращение вектора намагниченности монодоменной  области, возникновение и исчезновение пиков Нееля, инверсирование намагниченности в частицах ферромагнетика, возникновение и движение линии Блоха или Нееля в стенках с противоположно направленной средней намагниченностью.
   Коррозионное разрушение стенок газопровода также сопровождается изменениями потенциально-энергетического рельефа стенки трубопровода за счет перераспределения внутренних напряжений, искажений поверхностного слоя, возникновения новой картины распределения дефектов. В этих условиях возникают скачки Баркгаузена, которые могут быть использованы для качественной оценки коррозионного разрушения трубопроводов. Число скачков тесно связано с количеством барьеров потенциальной энергии, а они, в свою очередь, коррелируют с дефектами в стенке трубы.
   Наибольшие трудности возникают при преобразовании энергии скачков Баркгаузена. Из всех видов энергии скачков (магнитная, механическая, тепловая и др.) наибольший уровень имеет магнитная, для преобразования которой используются преобразователи магнитного поля (гальваномагнитные, феррозондовые и т.д.). Плотность скачков Баркгаузена составляет 106 - 109  на один см 3. Скачки возникают при величине магнитного поля 10-6 А/см и регистрируются дистанционно на расстоянии один метр и более.
   3. В нашей стране в последние годы Великой отечественной войны была разработана схема с двумя феррозондами трансформаторного типа для поиска затопленных кораблей [3] . После подавления специальными приемами помех со стороны железа поискового корабля-носителя до величины 10-4 А/см, устройство могло работать с чувствительностью 5*10-5 А/см на делении шкалы при базе 30 м (длина поискового корабля). С его помощью были найдены более 130 затопленных кораблей.
   Методы обнаружения объектов по их постоянному магнитному полю получили в последние годы широкое развитие благодаря разработке новых типов высокочувствительных сверхпроводниковых преобразователей магнитного поля, обладающих высокой чувствительностью (до 10-13 Тл/м ? 10-6 А/см) при малой базе (0,3 - 0, 2 м), что примерно на два порядка меньше градиента нормальной составляющей магнитного поля у поверхности Земли, Проблема охлаждения сверхпроводниковых преобразователей успешно решается с помощью криостатной техники, а проблема обработки сигналов от преобразователей, компенсации мешающих магнитных полей, вычисления координат объектов решается благодаря резко возросшей производительности, уменьшения веса и габаритов компьютерной техники, работающей в реальном масштабе времени.

2. Решение проблемы.

   Наиболее перспективным с практической точки зрения для выявления дефектов в виде коррозионных трещин в газопроводах в процессе эксплуатации без вскрытия грунта являются методы:
    1. Выявления магнитных полей рассеяния от трещин, аппроксимированных магнитным диполем. Достоинством такого метода является то, что он уже апробирован в отечественной и мировой практике для обнаружения объектов по их постоянному магнитному полю.
   2. Метод использования эффекта Баркгаузена. Этот метод позволит выявлять дефекты как верхней, так и нижней части трубопровода.

   Рассмотрим эти методы.

   Допустим, величина тангенциальной составляющей поля рассеяния от трещиноподобного дефекта в стенке трубопровода на расстоянии 5 мм от поверхности трубопровода составляет (10-140) А/см. Это поле рассеяния образуется под действием тока катодной защиты (2О-30 А) и под действием перемещающегося по трубопроводу со скоростью (10-13 м/сек) газового потока, представляющего собой поток электрических зарядов. Этот поток также осуществляет циркулярное намагничивание стенок трубопровода, причем магнитные силовые линии расположены перпендикулярно полости продольных трещин, что позволяет получать поля рассеяния от дефектов наибольшей величины (рис. 1). Известно, что с увеличением расстояния от точки контроля до поверхности трубопровода поле рассеяния от дефекта уменьшается по квадратичному закону. Следовательно, на расстоянии 3 м оно уменьшится в 3600 раз и составит 3*10-3 А/см. Подходящую чувствительность имеют современные гальваномагнитные преобразователи: тонкопленочные магниторезисторы и магниторезисторы с гигантским магниторезистивным эффектом, а феррозонды. Поскольку выделение малых величин поля рассеяния от продольной трещины газопровода производится на фоне мешающих полей (поле земли, поде самого трубопровода, поле носителя, на котором расположены преобразователи) необходимо градиент поля над трубопроводом. Для решения этой два строчных преобразователя располагаются на расстоянии (базе) до 0,5 м. При перемещении таких строчных преобразователей трубопровода осуществляется электромеханическое сканирование поверхности земли над трубопроводом. Результирующий сигнал будет характеризоваться разностью напряженностей магнитного поля дефектного и бездефектного участка трубопровода. Поскольку измеряется градиент поля, то автоматически будут компенсироваться мешающие магнитные поля земли, трубы и других При сканировании поверхности земли над исправным трубопроводом сигнал с выхода преобразователя будет отсутствовать. При сканировании дефектного участка происходит искажение магнитных силовых линий трубопровода, вызванных током катодной защиты и газовым потоком, а на выходе строчного преобразователя появляется сигнал, несущий информацию об ориентации трещин, их длине, глубине и раскрытии.

3.Выводы

   Контроль газопроводов в процессе эксплуатации без вскрытия грунта возможен с помощью методов для обнаружения и определения местоположения объектов по их постоянному магнитному полю, разработанных еще в период второй мировой войны для поиска подводных лодок, мин и затонувших кораблей, а также методов, основанных на использовании эффекта Баркгаузена.
  С учетом вышеизложенного можно сказать, что направление по магнитному контролю газопроводов в процессе эксплуатации без вскрытия грунта является перспективным и может после проведения соответствующих научных и опытно-конструкторских работ дать значительный экономический эффект при эксплуатации газопроводов и повысить их экологическую безопасность.
   Необходимо проведение работ по созданию высокочувствительных строчных преобразователей для визуализации магнитных полей рассеяния от дефектов на больших расстояниях (до 3-х м) и измерения параметров коррозионных трещин (длины, раскрытия и глубины), а также отработки методики контроля газопроводов в процессе эксплуатации без вскрытия грунта.