Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология неразрушающего контроля в нефтегазовой отрасли. Учебное пособие
.pdf
4.3. Технические средства систем
акустико-эмиссионной дефектоскопии
Важнейшими элементами систем АЭ-дефектоскопии являются
датчики акустических сигналов, к которым предъявляется требование
воспроизведения широкого диапазона частот. Наиболее широко используются пьезоэлектрические датчики.
Например, пьезоэлектрический датчик 8312 фирмы Брюль и Къер
имеет сравнительно равномерную частотную характеристику в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц. В корпус датчика встроен предусилитель
с коэффициентом усиления 40 дБ и уровнем собственных шумов менее 5 мкВ. Небольшое выходное сопротивление датчика допускает
применение длинного соединительного кабеля.
Датчики 8313 и 8314 той же фирмы являются резонансными, что
значительно повышает их чувствительность. Эти датчики применяют
для обнаружения и регистрации импульсных АЭ-сигналов. Первый
датчик имеет резонансную частоту 200 кГц, а второй – 800 кГц.
Для обработки измерительной информации разработано несколько компьютерных программ.
Программное обеспечение позволяет измерять амплитуду АЭсигналов, количество импульсов в единицу времени, скорость нарастания импульсов, частотный спектр. По этим данным идентифицируется характер дефектов в контролируемом объекте.
31
5. МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ,
ОСНОВАННЫЕ НА ДРУГИХ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЯХ
5.1. Методы проникающего излучения
Этот метод особенно эффективен при обнаружении дефектов
в литье и сварных конструкциях. При этом методе применяют рентгеновское и гамма-излучения. Эти излучения представляют собой
электромагнитные колебания с длиной волны от 10 до 10
1 А = 10
-10
м.
-3
А.
Необходимым условием реализации этих методов является возможность двустороннего подхода к контролируемому объекту. Схема
рентгеновского контроля представлена на рис. 12.
Рентгеновское излучение создаётся с помощью высокого электрического напряжения, порядка нескольких киловольт. Чем выше
напряжение, тем луч имеет более острый фокус, что позволяет получить чёткое изображение дефекта.
Рентгеновские установки подразделяются на аппараты малого
напряжения – до 120 кВ, которые применяются для просвечивания
изделий небольшой толщины из лёгких сплавов.
Аппараты среднего напряжения – до 200–400 кВ применяют для
просвечивания изделий из сталей и тяжёлых сплавов.
Аппараты высокого напряжения – 1–2 МВ и бетатроны на 15–
30 МВ применяют для просвечивания тяжёлых объектов большой
толщины. В бетатронах электроны дополнительно разгоняются вихревым электромагнитным полем.
Выпускаются рентгеновские аппараты для полевых условий,
рентгеновские трубки с выносным полым анодом, с вращающимся
анодом.
При использовании бетатронов благодаря высокому напряжению
и острому фокусу (порядка 0,01 мм2) обеспечивается высокая чувствительность при обнаружении дефектов. Так при толщине объекта в
300 мм выявляются дефекты диаметром 0,8 мм.
32
Для регистрации рентгеновских и гамма-излучений применяются
флюоресцирующие экраны, фотографические эмульсии и электронные преобразователи лучей в электрические сигналы.
Рис. 12. Схема радиографического метода контроля:
А – схема контроля, Б – радиографическая пленка с изображением.
1 – источник излучения, 2 – объект контроля, 3 – сварной шов, 4 – дефект,
5 – радиографическая пленка
В качестве источников гамма-излучения применяются изотопы,
такие как изотопы кобальта Co – 60, цезия Cs – 137, иридия Ir – 192
и другие.
Аппараты для гамма-дефектоскопии представляют собой свинцовые контейнеры с механизмом для открывания и перемещения радиоактивного препарата. В ряде случаев управление гамма-аппаратом
осуществляется дистанционно.
В последнее время разработаны дефектоскопы на основе нейтронного излучения.
5.2. Капиллярный метод
Этот метод основан на явлении капиллярного проникновения хорошо смачивающей жидкости в трещины, поры и другие поверхностные дефекты.
Раньше в качестве индикаторной жидкости использовался керосин, который обладает хорошей проникающей способностью. Кон-
33
тролируемая деталь опускается в керосин, выдерживается в нём некоторое время. Затем после стекания керосина деталь посыпают мелом.
В тех местах, где керосин удержался в дефектах, мел темнеет.
Люминесцентный метод отличается от керосинового тем, что дефекты заполняются жидкостью, которая светится под действием
ультрафиолетовых лучей (рис. 13).
Рис. 13. Схема радиографического метода контроля:
А–Г – последовательность операций;
1 – поверхность объекта контроля, 2 – дефект, 3 – пенетрант, 4 – проявитель,
5 – следы индикации (признак дефекта)
Капиллярные методы контроля применяются для выявления поверхностных дефектов как в цеховых условиях в процессе изготовления деталей, так и в процессе эксплуатации при профилактических
осмотрах.
Капиллярный метод позволяет обнаруживать поверхностные дефекты раскрытием 1–2 мкм и глубиной 0,01 мм.
Перед дефектоскопией требуется подготовка детали – её обезжиривание, очистка и сушка.
5.3. Магнитный метод
Метод основан на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих вокруг дефекта. Метод применим только для контроля
ферромагнитных деталей, которые способны намагничиваться.
Для индикации полей рассеяния применяют магнитные порошки,
феррозонды, датчики Холла, индуктивные катушки, другие преобразователи и индикаторы магнитных полей.
34
На большинстве машиностроительных предприятий используется
магнитопорошковый метод. Этот метод позволяет обнаруживать дефекты с шириной раскрытия более 1 мкм и глубиной более 10 мкм.
Выпускаются специальные магнитные порошки на основе пентакарбоната железа FeO2CO5. Иногда используется магнитная суспензия.
Деталь намагничивается постоянным или переменным магнитным потоком и обсыпается магнитным порошком, при этом магнитный порошок удерживается в зоне дефекта.
Феррозонды представляют собой датчики магнитного поля.
По двум катушкам феррозонда пропускается переменный ток частотой 10–200 кГц. Катушки соединяются последовательно и встречно.
Под действием постоянного магнитного поля вследствие магнитомодуляционного эффекта происходит разбаланс индуктивностей катушек и появляется выходной сигнал.
Этот метод широко применяется при дефектоскопии железнодорожных рельсов.
Другой метод заключается в намагничивании объекта исследования переменным магнитным полем с помощью большого магнитопровода. Внутри этого магнитопровода находится малый магнитопровод, касающийся объекта исследования разомкнутыми полюсами.
На малом магнитопроводе размещена катушка индуктивности. При
наличии дефекта возникают поля рассеяния, которые замыкаются через малый магнитопровод и наводят в катушке индуктивности ЭДС.
Такой метод используется для дефектоскопии труб, прутков,
стальных канатов.
При дефектоскопии трубы перемещаются в осевом направлении
и одновременно вращаются, что позволяет контролировать все участки поверхности.
5.4. Электроконтактный метод
Метод основан на изменении электрического сопротивления поверхности контролируемой детали под действием дефекта. С этой целью через деталь пропускается большой ток – до 20 А и измеряется
потенциал между электродами, касающимися поверхности детали.
35
Так как сопротивление между электродами очень мало, то применяются четырёхэлектродные схемы с использованием измерительной
цепи в виде двойного моста Томсона.
Метод позволяет обнаруживать дефекты в рельсах, а также применяется для контроля качества паек и электрических соединений.
5.5. Электростатический метод
Метод применяется при дефектоскопии изделий из диэлектрических материалов (фарфор, органическое стекло, пластмассы и др.).
Метод заключается в том, что поверхность контролируемой детали
посыпают наэлектризованным порошком, например мелом.
Электризация мела происходит при движении его по поверхности
эбонитовой пластины за счёт трибоэлектричества. Для повышения
эффективности метода деталь поливают ионогенной жидкостью, которая заполняет полости дефекта. Наэлектризованный порошок скапливается у этой жидкости. Этот метод является разновидностью капиллярного метода.
5.6. СВЧ-метод
Для контроля деталей используется СВЧ-сигнал с длиной волны
1–2 мм. Метод применяется при дефектоскопии сотовых конструк-
ций, теплозащитных покрытий, изделий из стекловолокна и пластмасс. Дефектоскопия основана на анализе проникновения, поглощения, отражения и преломления радиоволн.
5.7. Метод оптической голографии
Метод основан на анализе изменения интерференционной картины (голограммы) при деформации изделия без дефекта и с дефектом.
Сравниваются голограммы образцовой детали без дефекта и детали
с предполагаемым дефектом.
Применение волноводов и волоконных световодов позволяет
проводить дефектоскопию внутренних полостей в труднодоступных
местах, таких как полости трубопроводов, камеры сгорания, форсунки, насосы.
36
6. ДИАГНОСТИКА ТРУБОПРОВОДОВ
И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
6.1. Основные дефекты в трубопроводах
Наиболее часто в магистральных трубопроводах возникают сле-
дующие дефекты:
1) трещины в сварных соединениях;
2) коррозионные свищи [3];
3) разрывы трубы вследствие проржавления или некачественного
заводского проката;
4) прорывы прокладок и уплотнителей в задвижках и фланцевых
соединениях;
5) износ и вследствие этого опасное утончение стенок трубопровода;
6) повреждение трубопровода.
6.2. Методы диагностики трубопроводов
Основные положения диагностики трубопроводного транспорта
определены стандартом ГОСТ 34181-2017. Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Техническое диагностирование. Основные положения.
При диагностике трубопроводного транспорта применяют две
основные группы методов: наружное диагностирование и внутритрубное диагностирование [4].
Наружное диагностирование
При наружном диагностировании применяются следующие ме-
тоды неразрушающего контроля:
1. Акустико-эмиссионный контроль.
2. Визуально-измерительный контроль.
3. Ультразвуковой контроль и ультразвуковая толщинометрия.
4. Магнитопорошковый контроль.
37
Внутритрубное диагностирование
Внутритрубное диагностирование включает в себя комплекс работ, обеспечивающих получение информации о дефектах, сварных
швах, особенностях трубопровода и их местоположении с использованием внутритрубных инспекционных приборов, в которых реализованы различные виды неразрушающего контроля, для выявления
на основе этой информации наличия и характера дефектов.
Перед проведением ВТД трубопровод должен быть откалиброван и очищен. Калибровку трубопровода проводят пропуском скребка-калибра или другого внутритрубного устройства, позволяющего
оценить минимальное проходное сечение трубопровода. Выявленное
минимальное проходное сечение должно быть зафиксировано соответствующим документом, который входит в состав отчетной документации по техническому диагностированию.
В целях привязки выявленных дефектов к секциям трубопровода
проводят установку наземных маркерных пунктов по всей протяженности трубопровода. Каждый маркерный пункт должен быть привязан
к постоянным ориентирам: опорам линий электропередачи, элементам
трубопроводной арматуры, КИП и др. Во время пропуска ВИП осуществляется его сопровождение по маркерным пунктам. Маркерные пункты должны быть расположены над осью трубопровода.
Для контроля за движением внутритрубного инспекционного
прибора ВИП служат передатчики (приемопередатчики) и другие
излучающие устройства, устанавливаемые на ВИП и внешние автономные приборы сопровождения. При сближении ВИП, оборудованного устройством излучения (передатчиком, приемопередатчиком), с внешним прибором сопровождения происходит регистрация
факта и/или времени прохождения ВИП маркерного пункта [5].
Для внутритрубной диагностики наиболее широко применяются
следующие приборы:
1. Многоканальные профилемеры ПРН предназначены для изме-
рения величины внутреннего проходного сечения и радиусов поворота трубопровода различного диаметра.
38
2. Внутритрубные приборы для определения положения трубо-
провода. ОПТ предназначены для определения пространственного
положения трубопровода и выявления его перемещения за время между двумя инспекциями. Дополнительно обеспечивают выявление и
оценку размеров дефектов геометрии трубопровода (вмятин, гофр,
овальности) [6].
3. Ультразвуковые дефектоскопы серии УСК предназначены
для неразрушающего контроля (толщинометрии) трубопроводов методом ультразвукового сканирования материала трубы при движении
дефектоскопа в потоке перекачиваемого продукта (рис. 14).
Рис. 14. Дефектоскоп внутритрубный ультразвуковой:
1 – бампер, 2 – антенна приемопередатчика, 3 – батарейная секция,
4 – одометр, 5 – секция электроники, 6 – носитель датчиков
4. Магнитные дефектоскопы серии МСК предназначены для кон-
троля трубопроводов методом определения утечки магнитного потока при продольном намагничивании в материале трубопровода и поперечных сварных швах при движении дефектоскопа в потоке перекачиваемого продукта.
5. Комбинированные магнитные дефектоскопы MFL + TFL.
За счет применения как продольного, так и поперечного намагничи-
вания позволяют более эффективно и точно обнаруживать различные
типы дефектов, в том числе несанкционированные врезки и дефекты
сварных швов.
6. Комбинированные магнитно-ультразвуковые дефектоскопы MFL
+ WM + CD. Позволяют за один прогон проводить как магнитную
(MFL), так и ультразвуковую (WM и CD) диагностику трубопровода
на наличие потерь металла и трещин продольной и поперечной ориентации. Это позволяет эффективно сочетать преимущества обоих методов.
39
7. Ультразвуковые дефектоскопы для многоракурсного исследо-
вания стенки трубопровода предназначены для выявления произвольно ориентированных дефектов в стенке трубы и сварных швах
(продольных, поперечных и спиральных). Используются две ультразвуковые измерительные системы высокого разрешения.
8. Дефектоскопы для выявления отслоений изоляционного покрытия трубопроводов серии ОДП предназначены для выявления отслоений изоляционного покрытия трубопроводов электромагнитноакустическим методом при движении дефектоскопа в потоке перекачиваемого продукта.
9. Электромагнитно-акустический преобразователь ЭМАП.
Принцип действия основан на трансформации электромагнитных
волн в упругие акустические. Как и в контактных ультразвуковых методах контроля, при дефектоскопии с применением ЭМАП используют преимущественно два способа генерации и регистрации ультразвуковой волны – импульсный и резонансный.
10. Видеодиагностика. Другое название – теледиагностика. Данный метод позволяет визуально оценить состояние трубопровода.
Для анализа используется информация, зафиксированная специальными видеокамерами, смонтированными на проталкиваемом стеклопластиковом прутке или на роботах. Роботы, перемещаясь внутри магистрали, снимают всё, что встретят на своём пути. Затем изображение анализируется. Эта техника способна выявить грубые нарушения
целостности труб, протечки на сегментах в грунтах или закрытых
тоннелях, места образования крупных засоров и илистых отложений.
Такую методику приняли на вооружение многие профильные строительные компании, поэтому данный метод диагностирования заслуживает отдельного разговора.
Методы обнаружения утечек
Для обнаружения утечек наиболее широко используются сле-
дующие методы [6]:
1. Измерение давления и расхода жидкости на концах контролируемого участка трубопровода, определение распределения давления
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]