Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология неразрушающего контроля в нефтегазовой отрасли. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К аф едра «Информационно-измерительная техника»
В.А. КУЗНЕЦОВ, Е.Е. ЯРОСЛАВКИНА, А.В. СУСЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ
Учебное пособие
Самара
Самарский государственный технический университет
2021
1
Печатается по решению методического совета Института автоматики
и информационных технологий СамГТУ (протокол № 7 от 15.02.2021 г.).
УДК 622.276.05:620.179(075.8)
ББК 33.361-5-082.04:30.3-1я73
К 891
Кузнецов В.А.
Технология неразрушающего контроля в нефтегазовой отрасли: учеб.
пособие / В.А. Кузнецов, Е.Е. Ярославкина, А.В. Суслов. – Самара: Самар. гос.
техн. ун-т, 2021. – 62 с.
Рассмотрены основные методы неразрушающего контроля. Изложена
краткая теория каждого метода. Приведены примеры практического применения этих методов.
Рассчитано на широкий круг лиц, занимающихся применением методов
неразрушающего контроля и дефектоскопии промышленного оборудования.
Подробно рассмотрена дефектоскопия труб и сварных соединений в нефтегазовой отрасли.
Р ец ензенты: канд. техн. наук, доцент Д.А. Мельникова,
д-р техн. наук С.Ю. Боровик
УДК 622.276.05:620.179(075.8)
ББК 33.361-5-082.04:30.3-1я73
К 891
© В.А. Кузнецов, Е.Е. Ярославкина,
А.В. Суслов, 2021
© Самарский государственный
технический университет, 2021
2
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшие задачи, которые стоят перед отраслями промышленности, связаны с обеспечением высокого качества продукции и повышением её надёжности. Во многом решение этих задач основано
на применении методов неразрушающего контроля. В ряде отраслей
промышленности неразрушающий контроль выделен в самостоятельный технологический процесс, при этом затраты на проведение неразрушающего контроля соизмеримы со стоимостью производства,
но даже в этом случае применение неразрушающего контроля эффективно, так как обеспечивает высокое качество продукции.
В последнее время всё шире методы неразрушающего контроля
начинают применяться в нефтегазовой отрасли, что позволяет не
только обеспечить высокое качество продукции, но и значительно
снизить аварийность производства посредством своевременного обнаружения возникающих дефектов.
Среди методов неразрушающего контроля нет таких, которые гарантировали бы выявление всех дефектов. Каждый метод обладает
своими преимуществами и недостатками. Правильная организация
процессов контроля и умение выбрать тот или иной метод или сочетание методов позволяет обеспечить высокую надёжность технологических процессов. Растущее требование к надёжности технологических процессов и обеспечению высокого качества продукции выдвигает задачу подготовки специалистов, владеющих необходимой совокупностью знаний по методам неразрушающего контроля.
В предлагаемом учебном пособии рассмотрены основные методы
неразрушающего контроля с указанием преимуществ и недостатков
каждого метода, а также возможные области их применения. Особое
внимание уделяется вопросам применения методов неразрушающего
контроля в нефтегазовой отрасли.
Учебное пособие предназначено для подготовки специалистов по
магистерской программе «Неразрушающий контроль, техническая
диагностика объектов нефтегазовой отрасли».
3
1. ПОНЯТИЕ О НЕРАЗРУШАЮЩЕМ КОНТРОЛЕ
1.1. Классификация методов неразрушающего контроля
Классификация методов неразрушающего контроля (далее –
МНК) приводится в стандарте ГОСТ Р 56542–2019. Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов.
Неразрушающий контроль заключается в обнаружении различных дефектов в изделиях и предаварийного состояния механизмов
и узлов без их разрушения. К таким дефектам относятся трещины,
раковины, расслоения, непровары, посторонние включения, а также
износ, разбаланс и др.
МНК являются эффективными при обнаружении дефектов и износа, а в ряде случаев единственно возможными [1]. Например,
в атомной энергетике все 100 % деталей при их изготовлении подвергаются МНК.
Наиболее широко применяются следующие виды и методы неразрушающего контроля:
1. Акустически.
2. Акустико-эмиссионные.
3. Вибрационно-шумовые.
4. Радиационные.
5. Электромагнитные.
6. Магнитные.
7. Капиллярные.
8. Течеискания.
9. Электрические.
10. Тепловые.
11. Оптические.
12. Тензорезистивные.
13. Визуальные.
4
1.2. Вспомогательные тестовые воздействия,
используемые при реализации МНК
В ряде случаев для обнаружения дефектов применяются вспомогательные тестовые воздействия на исследуемые детали и узлы.
Наиболее широко применяются следующие вспомогательные
воздействия:
1. Силовое воздействие.
2. Ударное воздействие.
3. Вибрационное воздействие.
4. Акустическое воздействие.
5. Воздействие электромагнитным полем.
6. Воздействие магнитным полем.
7. Воздействие давлением.
8. Воздействие электрическим полем.
9. Воздействие тепловым полем.
10. Воздействие ионизирующим излучением.
11. Воздействие оптическими сигналами.
12. Применение индикаторных жидкостей и газов.
1.3. Краткая характеристика методов
неразрушающего контроля. Акустические МНК
Акустические МНК основаны на взаимодействии акустического
сигнала, проходящего по контролируемому объекту, с дефектами или
на изменении параметров акустического сигнала под воздействием
дефектов.
Акустические методы, использующие акустические сигналы частотой свыше 20 кГц, получили название ультразвуковых.
Акустические МНК имеют следующие разновидности:
а) эхоимпульсный метод.
Акустический сигнал, посланный излучателем, попадает на дефект, отражается от него и возвращается в приёмник (рис. 1).
5
Рис. 1. Принцип реализации эхоимпульсного метода:
ОК – объект контроля, ИП – источник и приёмник
акустического сигнала, Д – дефект
Координаты дефекта определяются по времени прихода отражённого сигнала, а его условный размер может быть определен по
амплитуде сигнала. Компьютерная обработка отражённого сигнала
(томография) позволяет получить объёмное изображение дефекта;
б) теневой метод.
При этом методе контролируется амплитуда акустического сигнала, проходящего через деталь (рис. 2). При наличии в ней дефекта
акустический сигнал будет ослабляться или исчезать полностью
(в зависимости от размера дефекта);
в) резонансный метод.
В этом случае возбуждаются собственные резонансные колебания в исследуемом объекте, и измеряется резонансная частота. При
наличии дефекта эта частота изменяется.
6
Рис. 2. Принцип реализации теневого метода:
ОК – объект контроля, И – источник акустического сигнала,
П – приёмник акустического сигнала, Д – дефект
Масса частиц детали и её упругие свойства образуют колебательную систему. Эти колебания при отсутствии затухания сигнала описываются дифференциальным уравнением вида:
,
где m – масса частиц, х – амплитуда колебаний.
Дефекты могут изменить параметры m и h, что приводит к изменению резонансной частоты колебаний, которая определяется выражением:
Акустико-эмиссионный метод
Метод основан на применении акустической эмиссии, которая
заключается в образовании слабых акустических сигналов на молекулярном уровне в зоне зарождения дефекта под действием нагрузки.
При наличии дефекта в его зоне происходит концентрация механиче-
7
ских напряжений под действием нагрузки, и возникают акустические
сигналы при отрыве молекул друг от друга. Эти сигналы являются
предвестником образования дефекта и разрушения детали. Для обнаружения и анализа сигналов акустической эмиссии необходима очень
чувствительная аппаратура и отстройка от посторонних шумов.
Электромагнитные методы
Эти методы основаны на взаимодействии электромагнитного поля
с исследуемым объектом. Методы имеют несколько разновидностей:
а) радиоволновый метод.
Метод основан на взаимодействии высокочастотного электромагнитного поля с исследуемым объектом (рис. 3). Чаще всего метод применяется для обнаружения дефектов в нетокопроводящих материалах;
Рис. 3. Пример радиоволнового метода контроля:
ОК – объект контроля (бетон), И – источник сигнала, П – приемник сигнала,
Д – дефект (металлическое включение), А – амплитуда сигнала
б) вихретоковый метод.
Метод основан на возбуждении вихревых токов в контролируемой детали и измерении параметров электромагнитного поля, создаваемого вихревыми токами. При наличии дефекта вихревые токи ослабляются, что приводит к изменению параметров электромагнитного поля этих токов.
8
Вихревые токи в контролируемом объекте обычно создаются с
помощью катушек индуктивности, питаемых переменным током. При
этом контролируется активное и реактивное сопротивления катушек.
Наличие дефекта приводит к изменению вихревого поля и изменению
параметров катушек-возбудителей или к изменению выходных сигналов измерительных катушек индуктивности.
Метод применим для контроля только токопроводящих объектов
(рис. 4).
Рис. 4. Принцип реализации вихретокового метода:
1 – магнитное поле катушки, 2 – вихревые токи,
3 – магнитное поле вихревых токов, 4 – дефект, 5 – объект контроля
Вибрационные (шумовые) методы
Методы основаны на появлении вибраций или посторонних шумов при возникновении дефектов. Например, при разбалансе роторов
возникают биения, которые приводят к вибрации всего механизма.
Износ некоторых деталей (например, подшипников) приводит
к появлению специфических посторонних шумов. Посредством анализа этих шумов удаётся определить степень износа.
Методы, основанные на применении
ионизирующего (радиационного) излучения
Метод основан на взаимодействии проникающего радиоактивного излучения с материалом объекта исследования (рис. 5). Наиболее
9
широко применяются рентгеновское излучение, гамма-излучение
и нейтронное излучение. Все эти излучения обладают большой проникающей способностью и позволяют обнаруживать скрытые дефекты. Преимущество рентгеновского излучения заключается в том, что
оно является управляемым.
Рис. 5. Схема радиографического метода контроля:
1 – рентгеновская трубка, 2 – объект контроля,
3 – детектор (радиографическая пленка)
Магнитные методы
Методы основаны на изменении магнитного поля намагниченной
детали при наличии в ней дефекта.
Контролируемая деталь помещается в магнитное поле и намагничивается. При отсутствии дефектов силовые линии магнитного поля
расположены внутри детали, не выходя за её границы. В тех местах,
где имеется дефект, происходит выпучивание магнитного поля за
пределы границ детали. Выпучивание магнитного поля, а следовательно, и наличие дефекта определяются с помощью магнитометра
или датчика Холла.
Широко применяется магнитопорошковая дефектоскопия. Намагниченная деталь покрывается ферромагнитным порошком и встряхива-
ется. Ферромагнитный порошок собирается в зоне дефекта (рис. 6) .
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]