Основы технической диагностики нефтегазового оборудования

Рис. 5.3. Схемы способов реализации масс-спектрометрического метода течеискания:

а — способ обдува; 6 — способ щупа; в — способ разъемных местных камер (чехлов); О — испытуемый объект; G —течеискатель; R — щуп; VF — клапан регулировочный; N — насос; К — баллон с пробным газом; D — обдуватель; С — камера, наполненная пробным газом

вакуумной частью он может присоединяться к самому объекту или к щупу в зависимости от выбранной схемы контроля. ГОСТ 28517-80 предусматривает восемь схем реализации масс-спектрометрического метода течеискания. Некоторые из них приведены на рис. 5.3.

Наиболее эффективный и удобный метод обнаружения течей реализуется с помощью щупа, соединенного вакуумным резиновым шлангом с течеискателем. При методе обдувки пробным газом на­ ружной поверхности изделия из него откачивается воздух до получе­ ния давления 10“5...10~8 МПа и изделие соединяется с вакуумной ча­ стью течеискателя.

Применяют также метод специальной камеры, который состоит в том, что на испытуемый участок изделия устанавливают герметичную камеру-муфту, соединенную с системой откачки и течеискателем. Воз­ дух из камеры и изделия одновременно откачивают до необходимого вакуума. Затем в изделие под давлением подается пробный газ и после выдержки (не менее 3 мин) производится контроль. Этим методом контролируют течи трубопроводов и изделий небольшого диаметра.

В качестве пробного газа обычно используют гелий. Он обладает малой молекулярной массой и хорошо проникает через малые течи. Гелий химически инертен, дешев и безопасен в применении. В атмосферном воздухе он содержится в весьма малых количествах (10“4 %), поэтому фоновые эффекты при работе с ним сказываются значительно меньше, чем при применении других веществ. Кроме того, по соотношению массы иона к его заряду (т/е) гелий очень сильно (на 25 %) отличается от ближайших ионов других газов, что облегчает его обнаружение и выполнение измерений. Поэтому массспектрометрические течеискатели часто называют гелиевыми.

Схема масс-спектрометрической камеры течеискателя приведена на рис. 5.4 [3, 4]. Газы, подлежащие анализу, из испытываемого объ­ екта или от щупа поступают в камеру ионизатора. От накального ка­ тода в камеру, находящуюся относительно катода под положитель-

Так как радиус траектории R зависит от отношения т/е, в спек­ тральной камере ионный пучок разделяется на ряд пучков, соответ­ ствующих фиксированным значениям массовых чисел (ть тъ ..., т,). Выделив пучок ионов пробного газа (гелия) диафрагмой и рас­ положив за ней коллектор ионов, производят измерения интенсив­ ности этого пучка и, соответственно, интенсивность течи (Вт).

Проведение течеискания масс-спекрометрическим методом включает следующие этапы: определение порога чувствительности аппаратуры и течеискания; подача пробного газа на (в) контроли­ руемый объект; определение степени негерметичности объекта и (или) места течи; обработка и оценка результатов течеискания. По­ рог чувствительности течеискания должен контролироваться по ка­ либрованным течам перед началом испытаний и в процессе их проведения в соответствии с технической документацией, утвер­ жденной в установленном порядке.

5.4. Галогенный и катарометрический методы

Галогенный метод течеискания основан на свойстве нагретой по­ верхности чувствительного элемента, изготовленного из платины или из никеля, резко увеличивать эмиссию положительных ионов при наличии в пробном газе, проникающем через сквозные дефекты контролируемого объекта, галогенов или галогеносодержащих ве­ ществ. На этом свойстве построен галогенный течеискатель, работа которого осуществляется следующим образом [3]: через чувствитель­ ный элемент течеискателя, выполняющий функции анода, прогоня­ ют с помощью центробежного или вакуумного насоса анализируе­

мый газ. Анод, нагретый до 800...900 °С, испускает ионы содержа­ щихся в нем примесей щелочных металлов (натрия, калия). Под действием разности потенциалов между анодом и коллектором ионы движутся к коллектору. Ток анод—коллектор является измеряемой величиной в галогенном течеискателе.

Галогены способствуют процессу ионизации щелочных метал­ лов, и их присутствие в пробном газе резко увеличивает ток анод—коллектор. К галогенам относятся элементы группы галоидов: фтор, хлор, бром, иод. Обычно в качестве пробного газа используют галогеносодержащие вещества: фреон (содержащий фтор), хладон, хлористый метил и др. Такие вещества относительно дешевы, без­ вредны и широко применяются в промышленности и в быту (напри­ мер, в бытовых холодильниках).

5.5. Жидкостные методы течеискания

Процесс гидроиспытаний, которому подвергаются большинство работающих под давлением объектов в нефтегазохимической про­ мышленности, используют одновременно как способ течеискания. Таким способом обычно удается обнаружить большие течи. Индика­ ция течей осуществляется визуально или по падению манометриче­ ского давления.

Для облегчения поиска течей и понижения порога чувствитель­ ности в пенетрант или пробную жидкость часто добавляют люмино­ форы.

К жидкостным методам течеискания с применением люминофо­ ров относятся люминесцентно-гидравлический и гидравлический с люминесцентным покрытием. Оба метода реализуются одновремен­ но с испытанием объекта контроля на прочность гидравлическим давлением. Их сущность заключается в обнаружении просочившихся или активированных водой капель люминофора при ультрафиолето­ вом облучении.

Люминесцентно-гидравлический метод осуществляется с приме­ нением в качестве пробного вещества раствора люминофора в воде, находящейся в испытуемом изделии под давлением. При проникно­ вении пробного вещества через течи люминофор дает свечение при облучении УФС. Недостаток метода — необходимость обесцвечива­ ния люминесцентного раствора перед сбросом его в канализацию.

При гидравлическом методе с люминесцентным индикаторным покрытием люминесценция при облучении УФС возбуждается в слое специального покрытия в случае проникновения в него через сквозные дефекты воды, находящейся в испытуемом объекте под давлением. Люминесцентное индикаторное покрытие содержит ве­ щество, удерживающее проникающую в него воду и препятствующее ее испарению, поэтому метод требователен к влажности воздуха на участке испытаний и температуре воды, заливаемой в изделие.

Чувствительность обоих методов с применением люминофоров возрастает с увеличением давления внутри объекта.

Если гидроиспытания невозможны по технологическим причи­ нам или из-за низкой прочности контролируемого объекта, для об­ наружения течей применяют контроль проникающими веществами. Он отличается от рассмотренного в главе 4 тем, что пенетрант и про­ явитель наносят на разные стороны перегородки. Такой способ при­ меняют, в частности, для контроля герметичности сварных швов вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. В соответствии с ПБ 03-605—03 контроль произво­ дят с использованием пробы «мел—керосин» путем обильного сма­ чивания сварных швов керосином. На противоположной стороне сварного шва, предварительно покрытого водной суспензией мела или каолина, течи, при их наличии, проявляются в виде пятен на бе­ лом фоне после выдержки в течение не менее 1 ч. Метод с использо-

трические сигналы, частотной и амплитудной селекции этих сигна­ лов. Непосредственного контакта датчика с объектом при этом не требуется. Например, в переносном акустическом искателе утечек в подземных трубопроводах «АИСТ-4» датчик в процессе контроля последовательно устанавливается на грунт вдоль трассы.

Выпускаются также универсальные приборы, имеющие сменные насадки и позволяющие контролировать колебания объекта как кон­ тактным методом, так и дистанционно. К ним относятся, например, ультразвуковые локаторы ULTRAPROBE, предназначенные для оп­ ределения мест присосов и утечек газовых и жидкостных сред, де­ фектоскопии подшипников, мест искрения и коронных разрядов в электрооборудовании. На рис. 5.6 приведен рабочий момент дистан­ ционного контроля состояния изоляторов ЛЭП с помощью ультра­ звукового локатора ULTRAPROBE™ 2000, снабженного параболиче­ ской насадкой.

Все современные акустические течеискатели являются компакт­ ными переносными приборами, питаемыми от встроенных аккуму­ ляторов. Мощность фиксируемых колебаний растет с увеличением давления и размера течи и уменьшением расстояния до нее. Чувст­ вительность контроля может быть существенно повышена, если де­ фектную зону объекта смочить жидкостью, например водой. Выте­ кающий через течи газ образовывает пузырьки, при разрушении ко­ торых образуются мощные акустические импульсы.

Контроль акустическим методом не требует применения специ­ альных пробных веществ и высокой квалификации исполнителей. Недостатком метода является относительно низкая чувствительность и влияние посторонних шумов различного происхождения.

низковольтных кабелей, трубопроводов или шлангов, применяемых при охлаждении блока трансформатора.

Контрольно-измерительная часть представляет собой группу приборов, которые служат для измерения и регулирования времени, тока, напряжения и частоты. Величина высокого напряжения, пода­ ваемого на электроды рентгеновской трубки, составляет 100...400 кВ. С увеличением напряжения осуществляется смещение максимума излучения в сторону коротких волн, увеличивается проникающая способность излучения.

Рентгеновский излучатель, помимо рентгеновской трубки, вклю­ чает защитный кожух, заполненный изолирующей средой — транс­ форматорным маслом или газом под давлением, а также коллима­ тор — устройство, предназначенное для формирования пучка на­ правленного излучения.

Радиоактивные источники у-излучения применяются в гамма-де­ фектоскопии и поставляются в ампулах, транспортируемых в специ­ альных контейнерах. В качестве радиоактивных источников обычно используются изотопы СобО, Se75, Irl92. Появление таких сравнитель­ но дешевых радиоактивных источников привело к созданию специ­ альных комплектов оборудования, названных гамма-дефектоскопами. Различают гамма-дефектоскопы для фронтального и панорамного просвечивания, а также универсальные шланговые гамма-дефектоско­ пы. Гамма-дефектоскопы первого типа представляют собой лишь из­ лучающую радиационную головку, устанавливаемую в зону контроля и снабженную механизмом открывания и закрывания затвора. Наи­ большее применение нашли универсальные приборы шлангового типа, состоящие из радиационной головки, шланга-ампулопровода, пульта управления с механизмом перемещения ампулы с радиоактив­ ным источником по ампулопроводу и коллимирующей насадки. В этих аппаратах ампула радиоактивного источника излучения из ра­ диационной головки подается по ампулопроводу с помощью гибкого троса, приводимого от дистанционного пульта с ручным или электри­ ческим приводом. Наличие дистанционного привода позволяет свести до минимума радиоактивное облучение оператора за счет его удаления от источника излучения на 12 м и более.

Структурная схема шлангового дефектоскопа приведена на рис. 6.1. На рис. 6.2 показаны радиационные головки некоторых отечественных шланговых дефектоскопов, а на рис. 6.3 — типо­ вое оборудование гамма-дефектоскопии с дистанционным пультом управления. Основным элементом радиационных головок является защитный урановый кожух, смонтированный внутри корпуса и предназначенный для защиты обслуживающего персонала от радио­ активного излучения.

Втабл. 6.1 приведены для сравнения основные характеристики современных отечественных шланговых гамма-дефектоскопов.

Вотличие от рентгеновских аппаратов гамма-дефектоскопы мо­ гут эксплуатироваться без источников энергии, что особенно важно

вполевых условиях. Их также часто применяют для контроля закры-