Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология неразрушающего контроля в нефтегазовой отрасли. Учебное пособие
.pdf
по его длине в течение фиксированного промежутка времени, вычисление среднеквадратичной разности между найденными распределениями давления для каждой точки контролируемого участка. По минимальному значению указанной разности фиксируют площадь сечения утечки. Недостаток данного способа – низкая достоверность определения утечек в случае протекания переходных процессов
в трубопроводе.
2. Регистрация спектра акустических шумов среды, заполняющей
трубопровод, в области его высокочастотных компонент, а также дополнительного высокочастотного компонента, появившегося после
возникновения однократного импульса давления. При этом по амплитуде дополнительного высокочастотного компонента и разности времени прихода импульса давления и акустических колебаний к датчикам определяют местонахождение и геометрические размеры негерметичности. Недостаток данного способа заключается в том, что он
не дает однозначного ответа на вопрос о взаимосвязи высокочастотных компонентов в составе спектра акустических шумов с фактом
возникновения свища в стенке магистрального трубопровода.
3. Визуальный осмотр поверхности трассы с помощью тепловизионной аппаратуры. Если тепловое излучение на участке трассы превысит заданную уставку, то тепловизионная система выдаст аварийный
сигнал. Данный способ позволяет дистанционно и непрерывно контролировать состояние магистрального трубопровода, оперативно обнаруживать местоположение появляющихся утечек перекачиваемого продукта, визуально оценивать масштаб аварии и быстро локализовать
аварийный участок. Такой контроль – дорогостоящий и не всегда осуществим из-за сложных природно-климатических условий.
4. Использование устройства, включающего акустические датчики (выполнены в виде параметрического преобразователя), приемник,
усилители, фильтры, аналого-цифровые преобразователи, дисплей,
узкополосный фильтр и фильтр низких частот.
41
5. Применение устройства, содержащего пункт контроля, снабжен-
ного усилителем, фильтром, аналого-цифровым преобразователем,
коррелятором и приемником. Устройство позволяет не только расширить функциональные возможности за счет передачи по радиоканалу
тревожного сигнала о месте возникновения утечек, но и увеличить длину контролируемых участков магистральных трубопроводов.
6. Математическое моделирование гидродинамических параметров потока. Данный способ основан на непрерывном сравнении измеренных гидравлических параметров с параметрами, смоделированными в реальном времени с помощью электронных вычислительных
машин. При рассогласовании между этими параметрами делают вывод о возникновении аварии на трассе нефтепровода, оценивают местоположение утечки и ее масштабы. Несмотря на большое число
разработок и предложений до сих пор не существует универсального
способа, пригодного для обнаружения всех видов утечек. Одни методы позволяют распознавать только крупные утечки и совершенно не
чувствительны к малым; другие годятся лишь тогда, когда утечка вызывает волны разрежения с достаточно крутым фронтом и совершенно не подходят в случае плавного истечения жидкости; третьи надежны лишь при стационарных режимах работы нефтепровода
и дают ложные сигналы об утечке, если в трубопроводе возникают
волны. В настоящее время все большее распространение получают
автоматические системы обнаружения утечек (далее СОУ) из трубопроводов. Это позволяет не только значительно сократить время реакции аварийных служб и, как следствие, значительно уменьшить
экологический ущерб от разлива перекачиваемых продуктов, а также
опасность взрывов и пожаров, но и свести к минимуму время вынужденного простоя трубопровода. Существует программно-технический
комплекс СОУ с использованием акустических датчиков в качестве
чувствительных элементов системы и анализа информации с использованием преобразования Фурье.
42
Определение состояния
изоляционных покрытий трубопровода
Общее состояние изоляционного покрытия трубопровода опреде-
ляется параметрами катодной защиты.
В процессе технической диагностики нефтегазового оборудования
методы электрического контроля используют в первую очередь для
оценки целостности изоляционных покрытий. Контроль состояния изоляции осуществляют обычно электропараметрическим (методом
«влажной губки») и электроискровым («высоковольтным») методами.
Определение состояния изоляции подземных трубопроводов
производится:
на основе визуального осмотра;
по величине переходного сопротивления;
по количеству сквозных повреждений.
Визуальный осмотр изоляции выполняется в шурфах. Шурфованию при обследовании трубопроводов принадлежат те участки, на
которых предполагается наличие разрушений изоляции (на основе
анализа статистических данных об авариях, работы СКЗ и др.). Количество шурфов, отрытых на каждом километре обследуемого трубопровода, должно быть не больше двух.
При отрыве шурфов осторожно снимают прилегающие к трубопроводу слои земли с тем, чтобы не нарушить изоляцию в трубе. Далее производят визуальное обследование с описанием внешнего вида
и типа повреждения покрытия, определяют адгезию защитного покрытия на неповрежденной части изоляции.
Наиболее полно состояние изоляционного покрытия подземных
трубопроводов характеризует величина переходного сопротивления.
Переходное сопротивление подземного изолированного металлического трубопровода – это сопротивление входу тока в подземный
трубопровод, а также выходу из него.
Определение местонахождения сравнительно крупных сквозных
повреждений в защитном покрытии подземных трубопроводов основано на измерении падения напряжения на поверхности грунта между
43
двумя электродами, создаваемого током, стекающим с трубы в местах
повреждений. Для локализации можно применять постоянный или
переменный ток.
6.3. Основные дефекты сварных соединений
В сварочном производстве выделяют следующие группы дефектов:
1. Дефекты подготовки и сборки изделий под сварку.
2. Дефекты формы шва.
3. Наружные и внутренние дефекты.
Дефекты подготовки и сборки изделий связаны с неправильной
установкой угла скоса кромок, непостоянством зазора между кромками, несовпадением стыкуемых плоскостей, загрязнением кромок.
Дефекты формы шва обусловлены отклонением размеров шва от
установленных значений.
Наружные дефекты образуются наплывами, подрезами, образованием кратеров, прожогами и поджогами.
Наплывы образуются при стекании расплавленного метала электрода на нерасплавленный основной металл. Подрезы представляют
собой углубления в основном металле по краям шва, что уменьшает
рабочую толщину металла. Кратер представляет собой углубление,
образующееся в конце шва при внезапном прекращении сварки. Образование кратера приводит к снижению прочности материала. Прожогами называются дефекты в виде сквозного отверстия в сварном
шве. Поджоги возникают в результате возбуждения сварочной дуги
на краю кромки. Этот дефект удаляют механическим способом.
К внутренним дефектам относятся поры, шлаковые включения,
непровары, несплавления, трещины (рис. 15).
Поры представляют собой полости, заполненные газом, образующиеся вследствие загрязнённости кромок, недостаточной защиты
шва при сварке. Шлаковые включения образуются при использовании некачественных электродов. Непровары представляют собой дефекты в виде местного несплавления. Трещины возникают вследствие местного разрушения сварного шва в виде разрыва.
44
Рис. 15. Трещина сварного шва
6.4. Методы диагностики сварных соединений
Для контроля сварных соединений наиболее широко применяются следующие методы диагностики:
1. Радиационная дефектоскопия.
2. Ультразвуковая дефектоскопия.
3. Магнитная дефектоскопия.
4. Вихретоковая дефектоскопия.
5. Капиллярная дефектоскопия.
6. Течеискание.
Радиационная дефектоскопия (ионизирующее излучение)
Радиационная дефектоскопия осуществляется на основе применения рентгеновского и гамма-излучения. Длина волны рентгеновского
излучения 6 x 10
-13
– 10–9 м; гамма-излучения 10
–13
– 4 x 10
–12
м. Рентге-
новское и гамма-излучение отличаются от видимого света тем, что они
обладают большой проникающей способностью и энергией, вследствие
чего эти излучения широко используются в дефектоскопии.
Рентгеновское излучение получают с помощью рентгеновских
трубок, принцип действия которых основан на торможении анодом
45
электронов высоких энергий, для чего электроны разгоняются высоким напряжением (более 10 кВ). Кинетическая электронов преобразуется в энергию фотонов в виде рентгеновского излучения.
Гамма-излучение образуется в результате распада ядер радиоактивных элементов, обладает большой проникающей способностью,
проходя через стальные изделия толщиной до 500 мм. Ослабление
интенсивности первичного излучения происходит в результате взаимодействия с электронами атомов среды. Чем толще слой вещества,
тем больше ослабляется проходящее через него излучение, так как на
его пути возрастает число атомов и электронов вещества, с которыми
оно взаимодействует. Выявление внутренних дефектов при просвечивании основано на способности рентгеновского и гамма-излучений
неодинаково проникать через различные материалы и поглощаться в
них в зависимости от толщины, рода материала и энергии излучения.
Для выявления дефектов в сварных швах с одной стороны изделия
устанавливают источник излучения, а с другой – детектор. В качестве
детектора используются электронно-оптические преобразователи,
рентгеновская плёнка, фотобумага и т. д.
Рентгеновские аппараты состоят из рентгеновской трубки, высоковольтного генератора, пульта управления и подразделяются на моноблоки, аппараты кабельного типа и импульсные аппараты. У аппаратов-моноблоков рентгеновские трубки и высоковольтный трансформатор смонтированы единым блоком, что позволило получить
минимальные размеры и массу. Примером может служить аппарат
РАП – 160–6П, предназначенный специально для контроля магистральных трубопроводов и помещаемый внутрь трубы.
Аппараты кабельного типа состоят из самостоятельного генераторного устройства, рентгеновской трубки и пульта управления. Например, аппарат РУП – 100–10 имеет отдельную рентгеновскую
трубку массой 6 кг, а высоковольтный генератор и пульт управления
могут располагаться на расстоянии до 10 м от неё, что позволяет использовать аппарат для контроля труднодоступных мест.
46
Импульсные рентгеновские аппараты выполнены в виде двух
блоков: блока управления и рентгеновского блока. Эти аппараты
имеют большую мгновенную мощность, но малую длительность импульса (2–100 нс). Однако небольшие размеры и малая масса импульсных аппаратов обусловили их широкое применение в промышленности, в том числе для контроля магистральных трубопроводов.
Радиоизотопный дефектоскоп включает в себя радиационную головку с радиоактивным веществом, ампулопровод, привод источника
и пульт управления. В универсальных шланговых дефектоскопах источник излучения подаётся в зону контроля из радиационной головки
по гибкому ампулопроводу, формируя панорамный пучок излучения.
Подача источника из радиационной головки на расстояние 5–12 м
производится по гибкому ампулопроводу с помощью зубчатого троса
и зубчатого приводного колеса. Для подачи источника излучения может использоваться как ручной, так и электромеханический привод,
который обеспечивает перемещение головки внутри трубопровода
на расстояние до 1,5 км.
Для дефектоскопии применяются также источники высокоэнергетического фотонного излучения: линейные ускорители электронов,
микротроны и бетатроны. Благодаря высокой энергии излучения эти
источники целесообразно использовать при контроле изделий толщиной 70 мм и выше.
Линейные ускорители представляют собой компактные установки,
состоящие из излучателя, блока электропитания, теплообменника и
блока управления. Высокочастотный генератор создаёт в волноводе бегущее электромагнитное поле. Электроны, генерируемые пушкой, ускоряются этим полем. Ускоренные электроны попадают на мишень, в
которой возникает тормозное излучение. Излучатель содержит фокусирующий электромагнит. Преимущество линейных ускорителей состоит
в большой интенсивности тормозного рентгеновского излучения, благодаря чему они применяются при контроле сварных швов толщиной
400–500 мм. Использование линейного ускорителя, по сравнению
с изотопом, сокращает время контроля в 15–20 раз.
47
Микротрон представляет собой циклический резонансный ускоритель электронов, в котором электроны, запущенные в вакуумную камеру, движутся по окружностям разного диаметра, чем создаётся резонанс. Резонатор возбуждается через волновод с помощью мощного
магнетрона. Вакуумная камера находится под непрерывной откачкой
посредством насоса. Ускоренные электроны с последней орбиты попадают на мишень, где возникает рентгеновское излучение, либо выводятся из камеры, при этом электронный пучок обладает высокой моноэнергетичностью с малым поперечным сечением пучка порядка 2–3 мм.
Бетатрон выполнен в виде тороидальной вакуумной ускорительной камеры, расположенной между полюсами электромагнита. Электроны, генерируемые пушкой, ускоряются переменным магнитным
полем. В конце цикла ускорения электроны попадают на мишень,
в которой возникает тормозное излучение.
Основным средством регистрации прошедшего ионизирующего
излучения являются радиографические плёнки, которые подразделяются на две группы: безэкранные, используемые без флуоресцентных экранов, и экранные с применением металлических или флуоресцентных
усиливающих экранов (рис. 16). Усиливающее действие металлических
экранов основано на освобождении из них вторичных электронов под
действием ионизирующего излучения. Освобождённые электроны действуют на эмульсию плёнки и вызывают дополнительную фотохимическую реакцию, усиливающую действие первичного излучения. Усиливающее действие флуоресцентных экранов обусловлено дополнительным воздействием на плёнку свечения, возникающее в люминофоре
под действием рентгеновского или гамма-излучения.
Рис. 16. Трещина на радиографическом изображении (на пленке)
48
Рентгенографию как наиболее чувствительный способ применяют
преимущественно в цеховых и реже в полевых условиях в случаях, когда
к контролю качества сварных соединений предъявляют наивысшие требования по чувствительности. Гаммаграфия используется при контроле
качества сварных соединений, расположенных в труднодоступных местах, в полевых и монтажных условиях. Бетатронная радиография применяется при дефектоскопии сварных соединений большой толщины преимущественно в цеховых условиях. При выборе схемы просвечивания
источник излучения устанавливается с одной стороны свариваемого
шва, а радиографическая плёнка – с противоположной стороны, при
этом при установке направления излучения учитывается характер предполагаемого дефекта в свариваемом шве.
Кроме рассмотренных радиографических методов контроля,
в дефектоскопии применяют также ксерорадиографический и флюорографический методы, ускоряющие процесс получения изображения
дефекта.
В настоящее время находят применение оптические преобразователи, формирующие изображение дефекта в электронном виде с передачей его на расстояние и с применением компьютерной обработки полученного изображения с последующим визуальным анализом дефекта.
Другое направление развития радиационной дефектоскопии заключается в создании интроскопов, в которых в качестве преобразователей излучения применяются ПЗС – матрицы, позволяющие получить изображение дефекта в цифровом виде, обработать это изображение с помощью микропроцессора и вывести его на экран для визуальной оценки.
В ряде случаев для анализа дефектов используется томография.
Сущность метода заключается в получении резкого изображения
только тех частей объекта, которые находятся в тонком слое на определённой глубине, для чего синхронно перемещаются рентгеновская
трубка и кассета с плёнкой. В настоящее время широко используется
компьютерная томография, основанная на получении изображения
при послойном поперечном сканировании объекта коллимированным
49
пучком излучения, аналого-цифровом преобразовании этого излучения за объектом детекторами, обработке полученной информации
компьютером и выводе изображения на экран дисплея. Благодаря высокой точности измерений объём информации, содержащийся в томограмме, в сотни раз больше, чем при обычной рентгенограмме.
Ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений
Для генерации ультразвуковых сигналов обычно используются
пьезоэлементы, которые служат одновременно излучателем и приёмником ультразвука. Для ультразвукового контроля применяют колебания частотой 0,5–10 МГц. Пьезоэлемент в виде круглого диска излучает ультразвуковой пучок, диаграмма направленности которого
имеет форму усечённого конуса. Вблизи от излучателя на участке,
называемом ближней зоной, ультразвуковой пучок почти не расходится и имеет цилиндрическую форму с диаметром равным диаметру
пьзоэлемента. В дальней зоне начинается постепенное расхождение
ультразвуковых колебаний. Максимальная интенсивность излучения
сосредоточена по оси пучка. Диаграмма направленности ультразвукового поля тем острее, чем больше произведение диаметра излучателя на частоту излучаемых колебаний:
,
где d – диаметр пьезоэлемента, f – частота излучаемых колебаний.
При распространении ультразвукового сигнала его интенсивность падает. Это обусловлено не только расхождением пучка, но и
затуханием сигнала. Коэффициент затухания в металлах в основном
зависит от соотношения между средним диаметром зерна металла D
и длиной волны ультразвука l. Если l больше D, то затухание мало
и можно контролировать изделия толщиной до 10 м. Если зерно металла соизмеримо с длиной волны, то ультразвуковой контроль затруднён из-за сильного затухания сигнала. По этой причине затруднён контроль сварных швов литых деталей и швов, выполненных
электрошлаковой сваркой.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]