Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология неразрушающего контроля в нефтегазовой отрасли. Учебное пособие
.pdf
Для контроля качества сварных соединений обычно используют
эхоимпульсный метод. В изделие подаются короткие импульсы ультразвука и регистрируются сигналы, отражённые от дефекта. Признаком дефекта является появление дополнительных импульсов. В ряде
случаев целесообразно применить теневой метод, при котором признаком дефекта является уменьшение амплитуды сигнала, прошедшего через дефект.
К преимуществам ультразвуковой дефектоскопии относятся высокая чувствительность, оперативность, низкая стоимость, отсутствие
радиационной опасности. Этот метод широко используется для выявления трещин, непроваров, шлаковых включений в сварных швах
толщиной от 1,0 до 2800 мм.
Излучатели ультразвуковых колебаний подразделяются на три
типа: прямые, излучающие продольную волну перпендикулярно контактной поверхности, наклонные, вводящие поперечную волну под
углом к поверхности, и раздельно-совмещённые РС, излучающие
продольную волну под углом 5–10 к поверхности, перпендикулярной поверхности ввода.
В качестве излучателя используется пьезоэлемент в виде диска
или прямоугольной пластины.
Прямые и наклонные преобразователи обычно работают по совмещённой схеме, когда один и тот же пьезоэлемент является излучателем и приёмником. В РС-преобразователях одна пьезопластина излучает колебания, другая выполняет роль приёмника.
Для контроля сварных швов разработаны различные дефектоскопы. Обычно они работают следующим образом. От синхронизатора
поступают тактовые импульсы, запускающие генератор зондирующих импульсов, на выходе которого формируются кратковременные
радиочастотные колебания. Эти колебания возбуждают в пьезоэлементе ультразвуковые колебания соответствующей частоты. Одновременно тактовые импульсы запускают генератор развёртки изображения на экране дисплея. Отражённые от дефекта ультразвуковые
импульсы воспринимаются пьезоэлементом и преобразуются в элек-
51
трический сигнал, который усиливается и подаётся на экран дисплея.
Расстояние по развёртке от зондирующего импульса до отражённого
сигнала пропорционально глубине залегания дефекта, а амплитуда
отражённого сигнала пропорциональна размеру дефекта.
Для ускорения контроля и повышения точности измерений применяют микропроцессорные дефектоскопы, позволяющие автоматизировать процесс измерений, запоминать и отображать на цифровом
табло эквивалентные площади дефектов и координаты их залегания.
Дефектоскопия сварных продольных швов труб различных диаметров производится с помощью специальных автоматизированных
установок. Например, одна из разработанных установок смонтирована в технологическом потоке трубосварочного стана и состоит
из двух наклонных преобразователей, расположенных на трубе симметрично относительно сварного шва и поочерёдно излучающих
ультразвуковые импульсы. Эти импульсы через струю воды вводятся
в стенку трубы и распространяются в ней по направлению сварного
шва. Скорость тимконтроля достигает 60 м/мин.
Магнитная дефектоскопия
Магнитная дефектоскопия основана на обнаружении магнитных
потоков рассеяния, возникающих при наличии дефектов в намагниченных изделиях. Этим методом могут контролироваться только изделия из ферромагнитных материалов. При наличии дефекта часть
магнитного потока вытесняется дефектом на поверхность, образуя
поток рассеяния.
В зависимости от способа регистрации потока рассеяния магнитные методы подразделяются на магнитопорошковый, магнитографический и феррозондовый.
Магнитопорошковый метод. Этот метод заключается в том, что
на поверхность контролируемой намагниченной детали наносят ферромагнитный порошок, который может быть сухим или в виде суспензии. Под действием полей рассеяния частицы порошка скапливаются в зоне дефекта. Метод отличается простотой и широко используется для контроля стыковых швов трубопроводов.
52
Способы намагничивания изделий. При намагничивании изделия
используются способ приложенного магнитного поля или способ остаточной намагниченности. Способ приложенного магнитного поля
заключается в постоянном присутствии процесса намагничивания и
применяется в тех случаях, когда деталь выполнена из магнитомягкого материала или деталь имеет сложную форму. При способе остаточной намагниченности деталь предварительно намагничивают, а
затем после снятия магнитного поля на поверхность детали наносят
магнитную суспензию или порошок. Этот способ эффективен для материалов с большой коэрцитивной силой, то есть для магнитотвёрдых
материалов. Существуют различные способы намагничивания: продольный, циркулярный, комбинированный. Выбор способа намагничивания определяется конфигурацией детали и магнитными свойствами материала.
Магнитографический метод. Метод заключается в намагничивании
сварного шва с одновременной записью магнитного поля на магнитную
ленту. На сварной шов накладывается размагниченная магнитная лента,
которая прижимается ко шву эластичной подушкой. Затем производится намагничивание, после чего магнитную ленту устанавливают в считывающее устройство дефектоскопа. Этот метод применяется при контроле сварных швов магистральных трубопроводов.
Феррозондовый метод. Этот метод отличается тем, что поля рассеяния обнаруживаются феррозондовым датчиком. В настоящее время в качестве датчиков магнитного поля применяются преобразователи Холла.
Вихретоковая дефектоскопия
Вихретоковая дефектоскопия основана на регистрации изменения
поля вихревых токов, наводимых в изделии, при наличии в нём дефекта. Вихревые токи наводятся в изделии катушкой-индуктором.
При наличии дефекта увеличивается сопротивление поверхностного
слоя изделия, что приводит к ослаблению вихревых токов, которое
53
регистрируется катушкой-датчиком. Применение вихретоковых методов ограничено небольшой глубиной проникновения вихревого поля, составляющей доли миллиметра.
Полезадающие системы подразделяются на проходные, когда катушка-индуктор охватывает деталь или вставляется в неё, и накладные, если катушка-индуктор устанавливается на деталь торцом. Измерительные катушки (датчики) могут выполняться отдельно и располагаются вблизи контролируемой поверхности.
Для контроля сварных труб разработаны дефектоскопы с проходным преобразователем, выполненным в виде трёхкатушечной трансформаторной системы, обеспечивающей надёжную работу устройства в условиях высоких температур при наличии окалины и масел.
Дефектоскоп обнаруживает непровары в сварном шве.
Капиллярная дефектоскопия
Капиллярные методы позволяют обнаруживать поверхностные
дефекты как металлических, так и не металлических изделий, при
этом обнаруживаются дефекты, которые невозможно заметить невооружённым глазом. Метод основан на изменении светоотдачи дефектов путём заполнения их специальными контрастными индикаторными жидкостями. Некоторые жидкости содержат люминесцирующее вещество, дающее яркое свечение при облучении его ультрафиолетовым светом.
Поверхность контролируемого изделия вначале очищают от грязи
и лакокрасочных покрытий. После очистки и сушки на подготовленную
поверхность наносится слой индикаторной жидкости. Через некоторое
время индикаторную жидкость удаляют, но часть её остаётся в полостях дефектов. Чем меньше радиус капилляра и лучше смачиваемость
материала, тем быстрее и на большую глубину жидкость проникает в
капилляр. Основой индикаторных жидкостей служат керосин, скипидар, бензол, уайт-спирит. Иногда для выявления дефекта используется
порошковый метод, при котором порошок (например, мел) под действием индикаторной жидкости изменяет свой цвет.
54
Контроль сварных соединений течеисканием
Важнейшим требованием к конструкции трубопроводов, резервуаров, разнообразных ёмкостей является герметичность, которая заключается в отсутствии проникновения жидкости или газа сквозь
элементы конструкции и их соединения. Контроль течеисканием позволяет обнаруживать в сварных соединениях сквозные дефекты в
виде трещин, непроваров, газовых пор, свищей, прожогов. Размеры
сквозного дефекта оценивают потоком индикаторного вещества, протекающего через дефект в единицу времени.
Методы контроля течеисканием подразделяются на капиллярные,
компрессионные и вакуумные.
Капиллярные методы контроля основаны на явлении капиллярного проникновения жидкости, обладающей смачивающей способностью, сквозь дефекты. На одну поверхность изделия наносят высокопроникающую жидкость, например керосин, а на другую – адсорбирующее покрытие в виде мелового порошка. При наличии сквозного
дефекта через некоторое время меловой порошок темнеет под действием керосина.
Метод керосиновой пробы применяют при контроле сварных соединений ёмкостей, нефтяных резервуаров, цистерн и других изделий, в которых возможен доступ к сварным швам с обеих сторон.
Компрессионные методы контроля основаны на создании в испытуемом изделии избыточного давления пробного вещества (жидкости
или газа) и регистрации на наружной поверхности изделия мест течи
пробного вещества. Компрессионные методы подразделяются
на жидкостные и газовые.
Гидравлический метод течеискания является обязательным при
производстве и испытаниях герметичных систем (резервуаров, трубопроводов, котлов, нефтехранилищ). Контролируемое изделие заполняют специальной жидкостью или водой, затем создают в нём избыточное давление в течение некоторого времени. Обычно избыточное давление в изделии в полтора раза превышает рабочее давление.
Визуальный контроль наружной поверхности изделия позволяет обнаружить места протечек. Для повышения эффективности контроля
55
в рабочую жидкость добавляют люминофор, а осмотр наружной поверхности производят в ультрафиолетовом свете.
Газовые методы течеискания более чувствительные, чем жидкостные, так как газы проходят через мельчайшие дефекты. Самый простой газовый метод – пузырьковый, заключающийся в погружении
изделия, в котором создано избыточное давление воздуха, в ванну с
водой. Появление в воде пузырьков свидетельствует о наличии дефекта. При больших габаритах изделий, например, трубопроводы,
контролируемые сварные швы покрывают пенообразующим веществом (мыльным раствором). В этом случае признаком наличия дефекта
является появление мыльных пузырьков. При газовой дефектоскопии
иногда применяют люминесцентные газы.
Манометрический метод диагностики заключается в регистрации
изменения давления (жидкости или газа) внутри исследуемого изделия с помощью манометра.
К высокочувствительным приборам относятся гелиевые течеискатели, в которых рабочим веществом является газ гелий, обладающий большой проникающей способностью. Прошедший через
дефекты гелий фиксируется с помощью масс-спектрометра.
Вакуумный метод течеискания основан на регистрации падения
вакуума в полости контролируемого изделия (рис. 17).
Рис. 17. Вакуумно-пузырьковый метод контроля:
1 – вакуумная рамка, 2 – объект контроля, 3 – пенный индикатор,
4 – течь в сварном шве, 5 – пузырьки, 6 – насос, 7 – вакуум
56
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чём заключается преимущество неразрушающего контроля?
2. Приведите примеры вспомогательных тестовых воздействий при реализа-
ции методов неразрушающего контроля.
3. Назовите основные методы неразрушающего контроля.
4. Виды акустических колебаний, от чего зависит скорость звука и его затухание?
5. Назовите основные методы ультразвуковой дефектоскопии.
6. В чём заключается принцип вихретоковой дефектоскопии?
7. Каковы физические основы акустической эмиссии?
8. В чём заключается сложность неразрушающего контроля на основе акусти-
ческой эмиссии?
9. Какова природа рентгеновского и гамма-излучения?
10. Как с помощью ионизирующего излучения обнаруживаются дефекты?
11. Назовите основные дефекты сварных соединений.
12. Назовите основные методы неразрушающего контроля сварных соединений.
13. В чём заключается принцип радиационной дефектоскопии сварных соеди-
нений?
14. Назовите схемы намагничивания, применяющиеся при магнитных методах
контроля.
15. На каком физическом явлении основаны методы капиллярной дефектоскопии?
16. Приведите примеры реализации контроля сварных соединений методом те-
чеискания.
57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренные в учебном пособии методы неразрушающего контроля отличаются большим разнообразии и отсутствием одного универсального метода, пригодного для дефектоскопии большинства
промышленных объектов. В связи с этим актуальной для специалистов по неразрушающему контролю является задача приобретения
навыков выбора метода контроля конкретного объекта. При выборе
метода неразрушающего контроля необходимо учесть такие вопросы,
как эффективность и достоверность метода, затраты на диагностическую аппаратуру, временные затраты, удобство интерпретации результатов контроля, возможность автоматизации процессов диагностики, безопасность обслуживающего персонала.
Приобретению этих навыков способствуют практические занятия
и выполнение курсовой работы, включённые в рабочую программу
дисциплины.
Ряд методов неразрушающего контроля получили глубокое теоретическое обоснование и достаточно полное аппаратурное обеспечение и являются наиболее популярными при диагностике оборудования, в том числе в нефтегазовой отрасли. К таким методам относятся ультразвуковая и вихретоковая диагностики, капиллярные методы
и методы течеискания.
В то же время применение других перспективных методов, например акустико-эмиссионных, сдерживается отсутствием высокочувствительных узкополосных преобразователей акустических сигналов с высокой помехозащищённостью. Недостаточно отработаны
компьютерные алгоритмы выделения акустико-эмиссионных сигналов на фоне шумов в реальном масштабе времени.
На крупных промышленных объектах, например таких, как трубопрокатное производство, системы неразрушающего контроля
встроены в технологические процессы, что позволило повысить производительность дефектоскопии.
58
Дальнейшее развитие методов неразрушающего контроля связано
с автоматизацией контрольных операций и внедрением измерительных роботов, заменяющих человека с целью обеспечения его безопасности, например при применении радиационной дефектоскопии.
Роботы-снаряды уже сейчас находят применение при внутритрубной
диагностике. Аналогичные автоматизированные системы неразрушающего контроля будут находить всё большее применение при дефектоскопии производственного оборудования.
59
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / Под ред. проф.
В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 2003. – 636 с.
2. Богданов Е.А. Основы технической диагностики нефтегазового обору-
дования. – М.: Высшая школа, 2006. – 279 с.
3. Защита трубопроводов от коррозии. Т. 2 / Ф.А. Мустафин, Л.И. Быков,
А.Г. Гумеров и др. – СПб.: Недра, 2007. – 656 с.
4. Трубопроводный транспорт нефти. В 2-х т. Т. 2 / Под. ред. С.М. Вайнштока.
– М.: Недра. – 621 с.
5. Коршак А.А., Байкова Л.Р. Диагностика объектов нефтеперекачиваю-
щих станций. – Уфа: Дизайн Полиграф Сервис, 2008. – 176 с.
6. Стренадко И.М., Чуйко Д.Е., Цыцеров Е.Н. Практический опыт диагностики
и оценки состояния трубопроводов тепловых сетей с использованием внутритрубных дефектоскопов [Электронный ресурс]. – Режим доступа:: http://www.rosteplo.ru
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]