توپک های هوشمند intelligent pigs

توپک های هوشمند intelligent pigs

توپک های هوشمند MFL باسابقه ترین و رایجترین روش ارزیابی خط لوله جهت تشخیص نواحی خوردگی فلز در خطوط لوله نفت و گاز می‌باشد. این روش قادر است خوردگی فلز و بسیاری از خرابی‌های خط لوله را با اطمینان بالایی آشکار سازد.­ گرچه MFL برای تعیین وضعیت هندسی و متالوژیکی خط لوله طراحی نشده است ولی در پاره‌ای از موارد برای نیل به این منظور نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ارزیابی خط لوله به روش MFL معمولاً به منظور آشکار‌سازی، تعیین محل و تعیین مشخصات کاهش ضخامت (Metal Loss) و سایر خرابی‌‌ها (Anomaly) در خطوط انتقال نفت و گاز صورت می‌گیرد. خرابی‌های خط لوله بسیار متنوع‌اند و همة انواع خرابی‌های خط لوله توسط High Resolution MFL قابل شناسایی نیستند. ولی این توپک قادر است بسیاری از خرابی‌های مهم و متداول خط لوله را با درصد اطمینان بالایی تشخیص دهد.
مفاهیم بکار رفته در روش MFL بسیار ساده می‌باشد. امّا کاربرد آنها در ادوات ارزیابی خطوط لوله، تکنولوژی نسبتاً بالایی را طلب می‌کند. در ادامه به اختصار به توضیح مفهوم روش MFL می‌پردازیم.یک سیستم مغناطیس کننده که معمولاً از نوع آهن ربای دائمی بوده و برروی بدنة توپک High Resolution MFL نصب می‌شود. همواره در طول حرکت توپک قسمتی از لوله را که با آن در تماس است، مغناطیس می‌کند و باعث عبور شار در آن قسمت از دیوارة لوله می‌شود. وجود نواحی خراب در دیوارة لوله که ضخامت کمتری نسبت به قسمتهای دیگر دیوارة لوله دارند باعث ایجاد یک شار نشتی در اطراف این قسمتها می‌گردد. و این به شرطی روی می‌دهد که میزان شار عبوری از دیوارة لوله در حوالی حد اشباع مغناطیسی لوله باشد‏‏‏، در چنین شرایطی شار از هر دو طرف لوله (در ناحیه خرابی) نشت می‌کند. سنسورهای تعبیه شده برروی بدنه توپک که به دیوارة لوله نزدیک هستند دائماً میزان شار نشتی از دیواره لوله را اندازه‌گیری می‌کنند و در حوالی نقاط خراب از خط لوله به علت ایجاد شار نشتی بیشتر، خروجی سنسورها مقدار بیشتری را نشان می‌دهد. خروجی سنسورها توسط یک سیستم نمونه‌برداری و ثبت داده، در حافظة سیستم ثبت می‌شود و در انتهای توپک‌رانی، داده های ثبت شده در حافظة سیستم توسط سخت‌افزار رابط خاص به کامپیوتر وارد می‌گردند و توسط نرم‌افزار تحلیل داده مورد پردازش قرار می‌گیرند تا عیوب خط لوله از آن استخراج گردد. لازم به ذکر است توپک مجهز به یک سیستم ادومتر است که وظیفة فاصله‌یابی را در طول توپک‌رانی برعهده دارد. ادومتر متشکل از یک یا چند چرخ و بازو است که با دیوارة داخلی خط لوله در ارتباط است و با حرکت توپک در داخل لوله، چرخ متصل به سر بازو می‌چرخد و تعداد دور چرخش آن توسط سیستم ثبت داده، در حافظه ثبت می‌گردد و از روی این مقادیر، فاصلة پیموده شده توسط توپک محاسبه می‌گردد.تشخیص نوع خرابی از روی نحوة نشت شار در اطراف محل خرابی توسط سیستم تحلیل داده، تشخیص داده می‌شود و بسیاری از انواع خرابی‌های متداول خط لوله بدین طریق قابل شناسایی می‌باشند.  
  بخش سنسور و ابزار دقیق:
این بخش که در واقع قلب توپک MFL+  به شمار می‌رود یکی از اصلی‌ترین بخش‌های توپک MFL+  است این بخش شامل سنسور های مختلف می‌شود که هر یک از آنها وظیفه مشخص و جداگانه‌ای دارند . دسته اول از این سنسورها عبارتند از :

الف) سنسور های نشست شار مغناطیسی (MFL  ):
 وظیفه این سنسورها، تشخیص نشت شار مغناطسی ایجاد شده در خط لوله است که در واقع مهمترین عامل کشف و آشکار سازی خرابی‌های خط لوله می‌باشد و از این لحاظ دقت و نوع این سنسورها بر عملکرد کلی توپک بسیار تأثیر دارد . این سنسورها در فاصله بین دو قطب مگنت قرار می‌گیرند و دائماً با دیواره داخلی لوله در تماسند.
در طی حرکت توپک اگر هر گونه نقص و خرابی یا خوردگی در دیواره لوله موجود باشد، طبق پدیده هال (Hall effect) شار مغناطیسی ایجاد شده در بدنه لوله نشت خواهد کرد و میزان این نشت توسط سنسورهای نشت شار اندازه‌گیری می‌شود.

ب )سنسورهای ادومتر :
دومین دسته از سنسورهای مورد استفاده در توپک MFL+  ، سنسورهای ادومتر می‌باشند. همانطور که قبلاً ذکر شد سیستم ادومتر به منظور تشخیص مسافت طی شده توسط توپک بکار می‌رود. سنسورهای مورد استفاده در این قسمت در واقع سوئیچ هستند و عملکرد سوئیچی دارند و از این لحاظ با سنسورهای قبلی فرق دارند . در بخش بعد در مورد نوع و مشخصات سنسورهای فوق بیشتر صحبت خواهیم کرد.

پ )سنسورهای اندازه‌گیری دما ، فشار و شتاب :
سوّمین دسته از سنسورها، سنسورهای اندازه‌گیری دما ، فشار و شتاب هستند. وجود این سنسورها در توپک MFL+  به دلیل آگاهی از شرایط داخلی توپک MFL+  از قبیل دما، فشار و شتاب وارد بر قسمت‌های مختلف می‌باشد. اطلاع از این پارامترها ما را در تحلیل دینامیکی رفتار توپک و  آگاهی از شرایط مدارات الکترونیکی داخل توپک، یاری می‌دهد.

 بخش جمع آوری و ذخیره سازی داده :
این بخش شامل سخت افزار مورد نیاز برای جمع‌آوری داده از کلیه سنسورها و ذخیره‌ سازی‌ داده‌ها درحافظه است به نحوی که بتوان در پایان عملیات توپکرانی توسط یک سیستم انتقال داده(Data Logger)، داده‌ها را از حافظه توپک به کامپیوتر انتقال داد. این بخش به چهار قسمت عمده و مهم به شرح زیر تقسیم می‌شود :
 بخش فیلترها و مبدل‌های سگینال
بخش سخت‌افزار جمع‌اوری داده
بخش ذخیره داده و حافظه

 4. سخت‌افزار انتقال داده
 در بخش فیلتر و مبدل‌های سیگنال، سخت‌افزار لازم برای فیلتر کردن انواع نویزها و تغییر سطوح سیگنال دریافتی از سنسورها طراحی می‌‌گردد . همچنین سیگنال دریافتی از سنسورها برای وارد شدن به بخش جمع آوری داده و تبدیل به داده دیجیتال آماده می‌گردد .در بخش سخت‌افزار جمع‌اوری داده، کلیه سخت‌افزار لازم برای دیجیتال سازی و نمونه برداری از سنسورها، طراحی و پیاده‌سازی می‌گردد. این بخش علاوه بر سخت‌افزار شامل نرم‌افزارهای خاصی است که بر روی کلیه میکروکنترلرها و میکروپروسسورهای سیستم پیاده سازی می‌‌گردد.بخش حافظه  شامل مجموعه بلوک‌های حافظه است که وظیفه نگهداری و ثبت داده را بر عهده دارند.بخش انتقال داده نیز شامل سخت‌افزاری است که در پایان عملیات توپک رانی برای انتقال داده‌های ذخیره شده در حافظه توپک به کامپیوتر مورد استفاده قرار می‌گیرد

بخش پردازش داده و تشخیص الگو
این بخش بیشتر شامل عملیات نرم‌افزاری می‌شود و سخت‌افزار قابل ملاحظه‌ای درتوپک MFL نخواهد داشت ولی در نتیجه کار و عملکرد کلی توپک بسیار تأثیرگذار خواهد بود. از آنجا که قرار است توپک MFL+  پس از طی خط لوله خرابیها، خوردگیها و به طور کلی عیوب خط لوله را همراه با اطلاعاتی از قبیل عمق، طول و عرض خرابیها و همچنین مکان خرابی گزارش نماید، لذا می‌بایست فرآیند تشخیص ویژگیهای عیوب توسط یک نرم آفزار تشخیص الگو انجام گیرد و برای این منظور لازم است یک سری داده نمونه جهت تهیه بانک داده اولیه تهیه و در اختیار بخش تشخیص الگو قرار گیرد