磁束漏れ

漏洩磁束（TFIまたは横断磁場検査技術）は、パイプラインや貯蔵タンクなどの鋼構造物の腐食や孔食を検出する非破壊検査の磁気的方法です。基本原理は、腐食や金属の欠損がある領域で鋼から磁場が「漏れる」ことです。鋼を磁化するには、強力な磁石を使用します。MFL（漏洩磁束）ツールでは、磁石の極の間に磁気検出器を配置して漏洩磁場を検出します。アナリストは漏洩磁場のチャート記録を解釈して、損傷領域を特定し、金属損失の深さを推定します。

パイプラインの完全性を評価する方法は数多くあります。インライン検査 (ILI) ツールは、パイプライン内を移動しながらデータを収集するように作られています。磁束漏洩インライン検査ツール (MFL-ILI) は、パイプライン検査に最も長く使用されてきました。MFL-ILI は、腐食によってパイプ壁が損傷している可能性のある領域を検出して評価します。より高度なバージョンは、センサーの数が多いため、「高解像度」と呼ばれます。高解像度の MFL-ILI を使用すると、パイプラインの異常をより信頼性が高く正確に特定できるため、高価な検証掘削の必要性が最小限に抑えられます。パイプラインの異常を正確に評価することで、完全性管理プログラム内の意思決定プロセスを改善でき、掘削プログラムは、較正や調査掘削ではなく、必要な修理に集中できます。MFL ILI 検査からの情報を利用することは、コスト効率が良いだけでなく、パイプライン完全性管理プログラムの非常に貴重な構成要素となる可能性があります。

安全で費用対効果の高い方法で製品を確実に供給および輸送することは、ほとんどのパイプライン運営会社の第一の目標であり、パイプラインの完全性の管理は、この目標を維持する上で最も重要です。インライン検査プログラムは、完全性管理プログラムの基本ベースとして使用できるデータを取得する最も効果的な手段の 1 つです。さまざまなパイプラインの欠陥を検出する ILI ツールには多くの種類があります。ただし、高解像度の MFL ツールは、その用途が当初の設計目的を超えているため、ますます普及しています。もともと金属損失の領域を検出するために設計された最新の高解像度 MFL ツールは、腐食の特徴の重大度を正確に評価し、へこみ、しわ、座屈、および亀裂を定義できることが証明されています。

「豚」という用語の背景と起源:

現場では、パイプライン内を移動して洗浄または検査する装置は、通常、ピグと呼ばれます。PIG は、 「Pipeline Inspection Gauge」の略語です。頭字語 PIG は、後になって「ピグ」の愛称として使われるようになりました。これは、内部表面をこすったり、こすったり、「スクイジー」で拭いたりする方法でパイプライン内を通過するときに、キーキーまたは金切り声を上げる豚のような音を立てるクリーニング ピグ (最初に設計されたピグ) に由来しています。この名前は、インテリジェント ツールとクリーニング ツールの両方を含むすべてのピグの一般的な業界用語として使用されています。ピグは、パイプライン内に収まるように円筒形になっており、パイプラインの曲がり角を通過できるように必然的に短くなっています。プロパン ストレージ タンクなど、他の多くの短く円筒形の物体もピグと呼ばれており、この名前は装置の形状に由来していると考えられます。

一部の国では、ピッグは「ディアブロ」と呼ばれています。文字通り「悪魔」と訳され、このツールが人々の足元を通過するときに鳴る震える音に関連しています。ピッグはパイプラインの直径に合わせて作られており、エンドユーザーに運ばれる製品そのものを使用して輸送されます。ピッグは長年パイプラインで使用されており、多くの用途があります。製品を分離するもの、洗浄するもの、検査するものなどがあります。MFL ツールは、電子機器を内蔵し、パイプラインを移動しながらリアルタイムでデータを収集するため、「インテリジェント」または「スマート」な検査ピッグとして知られています。搭載されている高度な電子機器により、このツールは 1 mm ²ほどの小さな異常を正確に検出できます。これには、パイプラインの壁の寸法、深さ、厚さなどが含まれます。これは、潜在的な壁の損失を特定する上で非常に重要です。

通常、MFL ツールは 2 つ以上の本体で構成されています。1 つの本体は磁石とセンサーを備えた磁化装置で、他の本体には電子機器とバッテリーが含まれています。磁化装置本体には、強力な「希土類」磁石の間にあるセンサーが収納されています。磁石はブラシとツール本体の間に取り付けられ、パイプの壁に沿って磁気回路を形成します。ツールがパイプに沿って移動すると、センサーは磁気回路の中断を検出します。中断は通常、腐食によって発生する金属損失によって発生し、「特徴」として示されます。その他の特徴には、製造上の欠陥や物理的な傷があります。特徴の表示または「読み取り」には、長さ、幅、深さ、および異常/特徴の時の位置が含まれます。磁気回路の金属損失は、小川の岩に似ています。磁気が流れるには金属が必要であり、金属がなければ、磁力の流れは、小川の岩の周りの水の流れと同様に、磁石から磁石への相対的な経路を維持するために、周りを回ったり、上を回ったり、下を回ったりします。センサーは、3 方向 (軸方向、放射状、円周方向) の磁場の変化を検出し、異常を特徴付けます。センサーは通常、軸方向に配置されているため、データはパイプラインの長さに沿った軸方向の状態に限定されます。スマート ピグの他の設計では、他の方向のデータ読み取りに対応したり、標準の MFL ツールとはまったく異なる機能を持つことができます。多くの場合、オペレーターは一連の検査ツールを実行して、MFL 読み取りを確認または確定します (その逆も同様です)。MFL ツールは、ツールの移動距離または時間増分に基づいてセンサー読み取りを行うことができます。選択は、実行距離、ツールの移動速度、ツールが経験する可能性のある停止または停止の回数など、多くの要因によって異なります。

2 番目の本体は、電子缶と呼ばれます。このセクションは、ツールのサイズに応じて複数の本体に分割でき、PIG が機能するために必要な電子機器が含まれています。バッテリーが含まれており、場合によっては、位置情報を GPS 座標に結び付ける IMU (慣性測定ユニット) が含まれています。ツールの一番後ろには、パイプラインの内側に沿って移動し、ツールの距離と速度を測定するオドメーター ホイールがあります。

MFL ツールがパイプラインを移動すると、パイプ壁とツールの間に磁気回路が形成されます。ブラシは通常、ツールからパイプ壁への磁束のトランスミッターとして機能し、磁石が反対方向に向いているため、楕円形のパターンで磁束の流れが作成されます。高磁場 MFL ツールは、パイプ壁が磁束を保持できなくなるまで、磁束でパイプ壁を飽和させます。残りの磁束はパイプ壁から漏れ、戦略的に配置された 3 軸ホール効果センサー ヘッドは、漏れ磁場の 3 次元ベクトルを正確に測定できます。

磁束漏れはベクトル量であり、ホール センサーは一方向しか測定できないという事実を考慮すると、MFL 信号の軸方向、半径方向、円周方向の成分を正確に測定するには、センサー ヘッド内で 3 つのセンサーを配置する必要があります。ベクトル信号の軸方向成分は、パイプの軸に直交するように取り付けられたセンサーによって測定され、半径方向センサーはパイプから漏れる磁束の強度を測定するために取り付けられます。ベクトル信号の円周方向成分は、この磁場に垂直にセンサーを取り付けることで測定できます。以前の MFL ツールは軸方向成分のみを記録しましたが、高解像度のツールは通常、3 つの成分すべてを測定します。パイプの内面または外面のどちらで金属損失が発生しているかを判断するには、別の渦電流センサーを使用して、異常の壁面の位置を示します。MFL 信号を検知する際の測定単位はガウスまたはテスラであり、一般的に、検出された磁場の変化が大きいほど、異常が大きくなります。

MFL ツールの主な目的は、パイプラインの腐食を検出することです。腐食部分の寸法 (長さ、幅、深さ) をより正確に予測するために、ツールを運用パイプラインに入れる前に、広範囲にわたるテストが行​​われます。測定された欠陥の既知のコレクションを使用して、ツールをトレーニングし、テストして、MFL 信号を正確に解釈することができます。さまざまな方法を使用して、欠陥をシミュレートできます。

特徴の実際の寸法を作成し、それを知ることで、信号とパイプラインで見つかった実際の異常との単純な相関関係を比較的簡単に作成できます。実際のパイプライン検査の信号がテスト中に見つかった信号と類似した特性を持っている場合、特徴も同様であると想定するのが論理的です。腐食特徴の寸法を計算するために設計されたアルゴリズムとニューラル ネットは複雑で、多くの場合、厳重に保護された企業秘密です。異常は、推定長さ、幅、深さを持つ立方体の特徴として簡略化された形式で報告されることがよくあります。このようにして、金属損失の有効面積を計算し、認められた式で使用して、検出された異常によるパイプの推定破裂圧力を予測できます。

サイズ設定アルゴリズムの継続的な改善におけるもう 1 つの重要な要素は、ILI ベンダーへの顧客からのフィードバックです。パイプラインの異常はそれぞれが異なり、現場で発生するすべてのケースを工場で再現することは不可能です。通常、検査会社とパイプライン オペレーターの間では、報告された内容と掘削中に実際に目視で確認された内容について、オープンなコミュニケーション ラインが存在します。

検査後、収集されたデータはダウンロードされ、アナリストが収集された信号を正確に解釈できるようにコンパイルされます。ほとんどのパイプライン検査会社は、独自のツールで収集されたデータを表示するために設計された独自のソフトウェアを持っています。MFL ベクトル フィールドの 3 つのコンポーネントは、腐食の特徴を識別および分類するために、個別および集合的に表示されます。金属損失の特徴には、アナリストが識別するように訓練された固有の信号があります。

高解像度の MFL ツールは、パイプの軸に沿って約 2 mm ごとにデータを収集します。この優れた解像度により、収集された信号の包括的な分析が可能になります。パイプライン整合性管理プログラムには、パイプライン セグメントを検査するための特定の間隔があり、高解像度の MFL ツールを使用することで、優れた腐食成長分析を実行できます。このタイプの分析は、検査間隔を予測するのに非常に役立ちます。

MFL ツールは主に腐食の検出に使用されますが、本来識別対象ではない特徴の検出にも使用できます。MFL ツールがへこみ、しわ、座屈などの形状の変形に遭遇すると、パイプ壁の塑性変形により非常に明確な信号が生成されます。

^{磁束漏洩ツールで検査したパイプラインで、軸方向に向かない大きな亀裂が見つかったケースが}あります。経験豊富な MFL データ アナリストにとって、へこみはベクトル フィールドの放射状成分のトレードマークである「馬蹄形」信号によって簡単に認識できます。MFL ツールで簡単に識別できないのは、亀裂が残すシグネチャです。

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• 厚肉部品の磁束検査
• プラント検査用のMFLおよびパルス渦電流（PEC）ツール