Команда инспекции трубопроводов в Западном Техасе позвонила нам после потери двух кабелей за одну смену. Они проводили картографирование коррозии на 24-дюймовом трубопроводе с сырым нефтью, работающем при температуре поверхности 65°C—что не особенно горячо по стандартам нефтегазовой отрасли. Кабели были стандартными RG-174/U с ПВХ-оболочками, купленными у общего дистрибьютора электроники. Оболочка первого кабеля размягчилась при контакте с горячей поверхностью трубы и прилипла к ней. Когда техник снял её, оболочка порвалась и обнажила экран. BNC-разъем второго кабеля корродировал изнутри после нескольких недель воздействия воздуха, насыщенного H₂S—сопротивление центрального контакта увеличилось с 10 миллиом до более 2 ом, создавая достаточно шума, чтобы сделать данные по картографированию коррозии ненадежными.
Коаксиальный кабель для инспекции трубопроводов должен выдерживать условия, которые уничтожили бы лабораторный кабель за несколько дней. Экстремальные температуры, коррозионные атмосферы, воздействие УФ-излучения, механические повреждения и химическое загрязнение от сырой нефти, буровых растворов и чистящих растворителей. Кабель часто является самой слабой ссылкой в иначе прочной системе инспекции—и когда он выходит из строя во время запланированного отключения трубопровода, стоимость простоя в разы превышает стоимость правильного кабеля.
Что отличает инспекцию трубопроводов от других условий НКТ
Промышленный НКТ охватывает все, от инспекций в чистых помещениях для аэрокосмической отрасли до грязных полевых обследований трубопроводов. Инспекция трубопроводов находится на жестком конце спектра. Сочетание экологических проблем делает её уникальной—ни один отдельный фактор не является непреодолимым, но сочетание всех этих факторов одновременно предъявляет требования к конструкции кабеля, с которыми не могут справиться большинство стандартных НКТ кабелей.
Температура:Рабочие поверхности трубопроводов варьируются от -40°C (арктические трубопроводы, LNG-объекты) до +150°C (гравитационная дренажная система с паром, производство тяжелой нефти) до +260°C (трубопроводы переработки). Кабель должен поддерживать электрическую производительность и механическую целостность в этом диапазоне—или, по крайней мере, в диапазоне, требуемом для вашего конкретного применения.
Воздействие химических веществ:Сырая нефть, H₂S, CO₂, метанол, гликоль, производственная вода и различные чистящие и соединительные агенты. ПВХ и стандартные оболочки из ПЭ набухают, трескаются или растворяются при контакте с углеводородами. Металлические разъемы корродируют в атмосферах H₂S и рассола.
Механические повреждения:Кабели тянут по поверхностям труб (включая грубые сварные крышки), на них наступают, сминают их строительными компонентами, обвивают плотно вокруг окружностей труб для тестирования с направленными волнами и сворачивают в сумки между инспекциями. Оболочка и разъем должны выдерживать это, не нарушая электрическую целостность.
Воздействие УФ-излучения:Наружные инспекции трубопроводов подвергают кабели прямому солнечному свету на длительные периоды. ПВХ и полиэтиленовые оболочки разрушаются под воздействием УФ, становятся хрупкими и трескаются в течение нескольких месяцев непрерывного воздействия на улице. Оболочки из фторполимеров (FEP, ETFE, PFA) по своей природе устойчивы к УФ.
Выбор материалов для конструкции кабелей трубопроводов
| Применение | Температурный диапазон | Рекомендуемая оболочка | Рекомендуемый проводник | Уплотнение соединителя |
|---|---|---|---|---|
| Трубопроводы для сырой нефти (стандартные) | -20 до +80°C | ETFE | Медно-серебряное покрытие | IP67 LEMO |
| Тяжелая нефть / паровая помощь | +40 до +150°C | FEP | Медно-серебряное покрытие | IP67 LEMO |
| Процессные трубопроводы на нефтеперерабатывающем заводе | +50 до +260°C | PFA | Медно-никелевое покрытие или SPC | IP68 Fischer 104 |
| Арктический / LNG трубопровод | -40 до +30°C | ETFE или силикон | Медно-серебряное покрытие | IP67 LEMO |
| Подводный / зона брызг | +5 до +40°C | FEP + полиуретановая оболочка | Медно-серебряное покрытие | IP68 Fischer 104 или SubConn |
| Кислый газ (сервис H₂S) | -20 до +80°C | FEP (устойчивый к H₂S) | Медный провод с никелевым покрытием (анти-сульфидация) | IP67 LEMO с золотыми контактами |
Преимущества ETFE для общих работ с трубопроводами
Если бы нам пришлось рекомендовать один материал оболочки для кабелей общего назначения для инспекции трубопроводов, это был бы ETFE. Дело в том, что ETFE попадает в сладкую точку, которую другие материалы упускают. Он прочнее, чем FEP (лучше сопротивление абразивному износу примерно в 3 раза), более гибкий, чем PFA, выдерживает температуры от -65°C до +150°C, устойчива к УФ-разложению и не боится воздействия сырой нефти, большинства буровых жидкостей и стандартных соединительных гелей.
Сопротивление абразивному износу ETFE особенно ценно в работе с трубопроводами. Перетаскивание кабеля по грубой поверхности трубы, по бетонным опорам и по настилу строительных лесов создает абразивный износ, который изнашивает более мягкие материалы оболочки в течение нескольких месяцев. Мы провели тестирование на износ: оболочка FEP на кабеле для трубопроводов показала видимое обнажение провода после 800 циклов абразивного износа по тестированию ASTM D4060 (колесо CS-10, нагрузка 500 г). ETFE в тех же условиях показал поверхностные царапины, но не обнажил провод после 2500 циклов.
В FRS Technology мы стандартизировали кабели с оболочкой из ETFE для нашей общей линии кабелей НКТ для трубопроводов. Около 70% кабелей для инспекции трубопроводов, которые мы отправляем, используют ETFE. Оставшиеся 30% делятся между FEP (дляПримененияхвыше 150°C или требующих специфических сертификатов химической устойчивости) и PFA (для переработкиПримененияхвыше 200°C).
Устойчивость: за пределами оболочки
Хорошая оболочка недостаточна для серьезной работы с трубопроводами. Мы добавляем два дополнительных защитных слоя в зависимости от серьезности применения.
Нержавеющая сталь в оплетке:Слой проволоки из нержавеющей стали толщиной 0,1 мм, сплетенный поверх оболочки, обеспечивает сопротивление к разрезанию, сопротивление к сжатию и дополнительную защиту от ЭМИ. Это стандарт для кабелей, предназначенных для морских платформ, где кабели делят кабельные лотки с силовыми линиями и подвергаются воздействию инструментов, оборудования и пешеходного движения. Весовой штраф составляет около 30-40% тяжелее на метр, и гибкость немного уменьшается—минимальный радиус изгиба увеличивается с 5× до около 8× OD. Для большинства техников по трубопроводам компромисс в прочности стоит того.
Укрепляющий элемент из арамидного волокна (Кевлар):ДляПримененияхгде кабель должен поддерживать собственный вес на длинных вертикальных участках—инспекции подъемников, подземные применения—мы включаем арамидную пряжу между экраном и оболочкой. Это добавляет прочность на разрыв (от около 50N до 200N+ прочности на разрыв) без значительного увеличения OD кабеля или жесткости. Арамид также служит буферным слоем, который защищает экран от механических повреждений, передаваемых через оболочку.
Выживаемость разъемов в коррозионных атмосферах
Мы узнали это на собственном опыте около десяти лет назад: отказ разъема вызывает больше замен кабелей в трубопроводной службе, чем отказ корпуса кабеля. Корпус кабеля, с правильной оболочкой из фторполимера, по своей природе устойчив к большинству химических веществ трубопроводов. Разъем, с его открытыми металлическими контактами, сопрягаемыми поверхностями и уплотнительными интерфейсами, является уязвимой точкой.
Воздействие H₂S является самым серьезным нарушителем. Сероводород атакует медные и серебряные контакты, образуя черные пленки сульфида меди и сульфида серебра, которые увеличивают контактное сопротивление. Разъем, который измерял 5 миллиом при новом, может прыгнуть до 500+ миллиом после шести месяцев в среде с кислым газом. Это увеличенное сопротивление проявляется как потеря сигнала и шум в ультразвуковых данных—достаточно тонко, чтобы перепутать с проблемой трансдуктора, а не с проблемой кабеля.
Для сред с кислым газом мы указываем разъемы с золотыми контактами. Золото не реагирует с H₂S—точка. Толщина покрытия должна быть не менее 1,27 мкм (50 микро дюймов) поASTM B488для адекватной защиты от коррозии. В сочетании с герметичным уплотнением с рейтингом IP67 (уплотнение O-образного кольца или гофры на входе кабеля), разъемы LEMO с золотыми контактами выдерживают более 2 лет в службе с кислым газом по сравнению с 3-6 месяцами для стандартных серебряных контактов.
Длина кабеля и затухание для трубопроводных приложений
Инспекция трубопроводов часто требует более длинных кабелей, чем типичная работа НКТ. Ручное сканирование окружности трубопровода требует достаточной длины кабеля, чтобы обойти трубу—48-дюймовая труба имеет окружность более 3,8 метров, а инструмент может находиться на расстоянии 2-3 метров от поверхности трубы. Общая длина кабелей 5-8 метров является обычной для ручного сканирования.
Автоматизированные сканеры трубопроводов могут требовать кабели длиной 10-20 метров для подключения зонда к инструментальной станции. На таких длинах затухание становится основным фактором проектирования кабеля. Стандартный кабель 38 AWG на частоте 5 МГц теряет около 2 дБ/м — 20-метровый кабель потеряет 40 дБ в каждую сторону. Это 80 дБ в оба конца, что превышает динамический диапазон большинства приборов НКТ.
Для длинных кабельных линий мы переходим на проводники 36 AWG или даже 32 AWG. Более крупный проводник значительно снижает затухание — 36 AWG теряет около 1.2 дБ/м на 5 МГц, что делает 20-метровый пробег осуществимым с потерей 24 дБ в одну сторону. Кабель тяжелее и жестче, но для приложений, установленных на краулерах, где кабель не держится в руках, это приемлемый компромисс.
Из примерно 600 кабелей для инспекции трубопроводов, которые FRS Technology были отправлены за последние пять лет, наиболее распространенной конфигурацией является проводник из серебряной меди 36 AWG, диэлектрик PTFE, оплетка с оболочкой ETFE, длиной 3-5 метров с разъемами LEMO 00. Это покрывает около 65% требований НКТ в полевых условиях.
Тестирование направленных волн: особый случай
Тестирование направленных волн (GWT) для сканирования трубопроводов использует другую конфигурацию кабеля, чем обычный УЗ. Воротники GWT содержат массивы трансдюсеров сдвиговых волн, которые обвивают окружность трубы, обычно с 16-48 каналами. Кабель между воротником и инструментом напоминает пакет кабелей PAUT — многоканальный, с согласованным импедансом, с собственным многоштырьковым разъемом на конце инструмента.
Кабели GWT имеют дополнительные требования, помимо стандартных кабелей PAUT: они должны выдерживать обвязывание вокруг трубы во время установки воротника, оставаться открытыми на работающих трубопроводах в течение часов или дней во время обследований, и подвергаться полному спектру условий окружающей среды трубопроводов. Большинство производителей систем GWT указывают оболочки ETFE или FEP с оплеткой из нержавеющей стали в качестве стандартных.
Если вы ищете замену кабелей для систем направленных волн (Guided Ultrasonics, Olympus/Evident, Innerspec), номер детали производителя системы является наиболее надежным способом указать кабель. Кабели GWT не взаимозаменяемы между системами из-за собственных интерфейсов разъемов и конфигураций каналов.
Куда движется отрасль
Две тенденции формируют рынок кабелей для инспекции трубопроводов. Первая — это стремление к постоянно установленным мониторинговым кабелям, которые остаются на трубопроводе на месяцы или годы, непрерывно контролируя толщину стенки в критических местах. Эти кабели должны выдерживать не только условия дня инспекции, но и постоянное воздействие окружающей среды. Мы наблюдаем растущий спрос на кабели, рассчитанные на срок службы более 5 лет на открытом воздухе, с устойчивостью к УФ-излучению, температурным колебаниям и химическим воздействиям — это подталкивает выбор материалов к самым высоким сортам фторполимеров и требует полной герметизации разъемов.
Вторая тенденция — это интеграция фазированных массивов и TOFD в единые сканирующие платформы, что объединяет три или четыре отдельных кабеля в одну многоканальную сборку. Это сокращает время настройки и устраняет проблемы управления кабелем на трубе, но увеличивает инженерную сложность каждой сборки кабеля. Если вы указываете кабели для программы инспекции трубопроводов — ручной или автоматизированной —свяжитесь с нами, указав ваш метод инспекции, диапазон температур трубы и требования к длине кабеля. Мы порекомендуем конфигурацию кабеля, соответствующую вашей конкретной рабочей среде, а не просто общий кабель НКТ, который может не выдержать первую смену.
Связанные продукты
FRS Technology производит индивидуальные многожильные микро коаксиальные кабельные сборки от 4 до 512 жил, 36-50 AWG, с фазовым соответствием до +/-1%. Продукты, связанные с этой темой:
Запросить报价с вашим количеством сердечников, AWG, типом разъема и длиной - инженерный ответ в течение 48 часов.
