Определения нарушения сплошности сварных труб

Определения нарушения сплошности сварных труб. мы можем выделить шесть методов неразрушающего контроля и диагностики оптический, акустический, магнитный, вихретоковый, тепловой, радиоволновой.

Вихретоковый метод контроля заключается в следующем контролируемая труба помещается в магнитное поле катушки, питаемой от генератора переменного тока. В металле возникают вихревые токи, которые текут по замкнутым круговым путям и создают собственное магнитное поле, взаимодействующее с первоначальным полем катушки, или воздействующее на специальную измерительную катушку. Величина и фаза вихревых токов характеризует качество трубы, однако их величину непосредственно определить нельзя.

О величине вихревых токов судят по изменению напряжения тока, мощности или комплексного сопротивления в возбуждающей или измерительной катушках. Задачей теоретической разработки метода вихревых токов является установление математической связи между физическими свойствами испытуемого объекта, его геометрическими размерами и величинами электрических параметров подносимого контура. В настоящее время разработано большое количество различных конструкций преобразователей, которые принято классифицировать по следующим признакам по типу преобразования параметров объекта контроля в выходной сигнал вихретокового преобразователя по способу соединения катушек преобразователя по расположению преобразователя относительно объекта контроля.

По первому признаку преобразователи разделяют на параметрические и трансформаторные.

Параметрический преобразователь имеет лишь одну индуктивную возбуждающую катушку, активное и реактивное сопротивление которой зависит отпараметров объекта и условий его контроля. Трансформаторный вихретоковый преобразователь содержит не менее двух индуктивно связанных катушек возбуждающих и измерительных и преобразует контролируемый параметр в ЭДС измерительной катушки. По второму признаку вихретоковые преобразователи делят на абсолютные и дифференциальные.

Абсолютным называют вихретоковый преобразователь, сигнал которого определяется абсолютным значением параметра объекта контроля, дифференциальным - сигнал которого определяется приращением параметра объекта контроля. В зависимости от расположения относительно объекта контроля преобразователи разделяют на проходные, накладные и комбинированные. В свою очередь проходные разделяют на наружные, внутренние, погружные и экранные. Помимо обнаружения дефектов вихретоковьий вид неразрушающего контроля широко применяют в целях структуроскопии для контроля физико-механических свойств объектов, связанных со структурой, химическим составом и внутренними напряжениями их материалов.

Кроме того, вихретоковые приборы и установки используют для контроля размеров объекта, параметров его вибрации, обнаружения электропроводящих объектов металлоискатели и других целей. Магнитный метод описан выше. Тепловой вид неразрушающего контроля по ГОСТ 23483-79 основан на взаимодействии теплового поля объекта с термометрическим чувствительным элементом термопарой, фоторезистором, термоиндикаторами и т.п. и преобразовании параметров поля интенсивности, температурного градиента, контраста, лучистостей и др. в параметры электрического или другого сигнала и передаче его на регистрирующий прибор.

Температурное поле поверхности определяется особенностями процессов теплопередачи, зависящими в свою очередь от конструктивного исполнения контролируемого объекта и наличия внешних и внутренних дефектов.

Основной характеристикой теплового поля, используемой в качестве индикатора дефектности, является величина локального температурного градиента. Для контроля применяют пассивные и активные методы. При активном контроле объект подвергают воздействию от внешнего источника энергии, при пассивном такое воздействие отсутствует. Пассивный контроль в общем случае предназначен для контроля теплового режима объектов для обнаружения отклонений от заданной формы и геометрических размеров объектов контроля. В свою очередь активный контроль предназначен для обнаружения дефектов типа нарушения сплошности трещин, пористости, расслоений, инородных включений, а также изменений в структуре и физико-химических свойствах объекта контроля неоднородность структуры, теплопроводность структуры, теплоемкость и коэффициент излучения. В зависимости от способа получения информации различают также контактные и бесконтактные способы.

В процессе технической диагностики чаще всего применяют бесконтактные способы, обладающие высокой оперативностью и минимальной трудоемкостью.

Информация, получаемая бесконтактными тепловыми методами контроля, переносится оптическими электромагнитными излучениями в инфракрасной области. Интенсивность и частота инфракрасного излучения определяется энергией колебательного и вращательного движения молекул и атомов объекта и зависит от его температуры. Основным способом генерирования инфракрасного излучения является нагрев объекта, поэтому это излучение чаще называют тепловым.

Оптический метод также приведён и описан выше. Радиоволновой вид контроля основан на способности радиоволновых колебаний распространяться с малыми потерям и в однородной упругой среде отражаться от нарушений сплошности этой среды. Существуют два основных метода контроля - метод сквозного прозвучивания и метод отражения. Для радиоволнового метода контроля используются упругие колебания высокой частоты в диапазоне 1 25 МГц. Однако отдельные установки работают на низких 25 кГц и на весьма высоких 200 МГц частотах.

Акустический вид неразрушающего контроля представлен выше в определение размеров сварных труб. 2.3Определение физико-механических свойств сварных труб. Усталостное разрушение промысловых трубопроводов, обусловливается необратимым изменением физико-механических свойств и снижением характеристик трещиностойкости сварных соединений и основного металла. Усталостные трещины, развивающиеся при этом в результате циклических температурных напряжений и пульсации рабочего давления физико-механические свойства, возникают в зоне технологических дефектов сварных швов непровар корня шва, поры, шлаки и т.д. и далее переходят на основной металл труб. В связи с тем, что стенки трубопроводов вследствие их упругой деформации аккумулируют большое количество энергии перекачиваемого продукта, возникновение усталостных трещин в условиях пониженных температур может вызвать квазихрупкие или хрупкие разрушения большой протяженности.

Для определения этих свойств существует таблица 3. Оценка применяемости видов НК и Д при определении физико-механических свойств сварных труб. Объект контроля Вид неразрушающего контроля и диагностики.

Трубы сварные диаметром, мм 156-1000 t 3 300 t-толщина стенки трубы. Вихретоковый Магнитный Тепловой Оптический Радиоволнового Радиационный Акустический 3 4 4 0 0 3 5 По оценкам таблицы 3 для определения физико-механических свойств сварных труб мы можем выделить три метода неразрушающего контроля и диагностики акустический, магнитный, тепловой.

Все эти три метода уже были приведены выше, но остался не описанным радиационный метод. Радиационный неразрушающий контроль основан на использовании основных свойств радиоактивных излучений. Эти лучи неодинаково проникают через различные материалы и поглощаются в них в зависимости от толщины, рода материала и энергии излучения. Излучения бывают двух типов так называемые жесткие излучения, обладающие большей энергией, и мягкие излучения, обладающие малой энергией.

Жёсткие излучения в меньшей степени поглощаются веществом, через которые они проходят, а мягкие они сильней и они не могут проникать через толстые слои вещества. Для контроля подземных трубопроводов к радиационным источникам предъявляются следующие основные требования - изотоп должен излучать гамма-лучи определённой жесткости, достаточной для получения заметного обратного рассеяния от всей толщины стенки трубы - изотоп должен иметь достаточную продолжительность жизни, чтобы не производить частой его замены и не слишком часто вносить поправки в расчёты на уменьшение интенсивности излучения - изотоп должен иметь большую удельную активность, которая позволяла бы получать большую интенсивность излучения гамма-лучей при малых геометрических размерах препарата - физические свойства препарата радиоактивного изотопа должны обеспечивать удобства обращения с ним. Наиболее доступными и широко используемыми изотопами являются кобальт-60, туллий-170, цезий-137, иридий-192. В нефтегазовой отрасли радиационный неразрушающий контроль применяется, прежде всего, для контроля сварных соединений промысловых и магистральных трубопроводов, резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов, сосудов под давлением и других объектов.

И так, наиболее обоснованно из перечисленных методов для диагностики промысловых трубопроводов применять магнитный и акустический виды неразрушающего контроля, потому что эти два метода имеют наибольший средний бал по результатам всех таблиц.

Рассмотрим ультразвуковой акустический и магнитный неразрушающие виды контроля подробнее. 3.РАДИОГРАГФИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБ. Радиографический контроль основан на использовании основных свойств радиоактивных излучений.

Эти лучи неодинаково проникают через различные материалы и поглощаются в них в зависимости от толщины, рода материала и энергии излучения. Излучения бывают двух типов так называемые жесткие излучения, обладающие большой энергией, и мягкие излучения, обладающие малой энергией.

Жесткие излучения в меньшей степени поглощаются веществом, через которое oни проходят, а мягкие излучения сильней и они не могут проникать через толстые слои вещества. Для контроля подземных трубопроводов к радиоактивным источникам предъявляются следующие основные требования изотоп должен излучать гамма-лучи определенной жесткости, достаточной для получения заметного обратного рассеяния от всей толщины стенки трубы изотоп должен иметь достаточную продолжительность жизни, чтобы не производить частой его замены и не слишком часто вносить поправки в расчеты на уменьшение интенсивности излучения изотоп должен иметь большую удельную активность, которая позволяла бы получать большую интенсивность излучения гамма-лучей при малых геометрических размерах препарата физические свойства препарата радиоактивного изотопа должны обеспечивать удобства обращения с ним. Наиболее доступными и широко используемыми в радиографии изотопами являются кобальт-60, туллий-170, цезий-137, иридий-192. В радиографии известны два способа дефектоскопии материалов способ пропускания лучей и способ обратного рассеяния.

Поглощение гамма-лучей или непрерывного спектра бета-лучей, при прохождении их через вещество, может приблизительно характеризоваться экспоненциальным законом I I0e-мx где, I0 - интенсивность излучения источника при отсутствии поглотителя I - интенсивность излучения этого же источника после прохождения слоя вещества толщиной х м - линейный коэффициент ослабления, см-1. Эта интенсивность излучения J фиксируется детекторам.

Реакция детектора затем преобразуется в показанииприборапри помощи функции М FI где F - коэффициент пропорциональности, регулировка которого управляется электронной системой, осуществляющий реакцию детектора.

Для измерения по принципу обратного рассеяния, например бета-лучей, детекторы обычно устанавливают кольцеобразно вокруг источник. Детекторы гамма -лучей часто экранируют от прямого излучения, так как наилучшим углом рассевания является угол не менее 90є.Эффективност, с которой излучения преобразуется в выходные сигналы, почти полностью определяется типом применяемого детектора.

Однако при помощи специальных устройств можно повысить уже достигнутую общую эффективность. Например, решётка из параллельных пластинная источником и детекторам обеспечивает коллимирования, достаточное для предупреждения попадания рассеянного излучения в детектор. В случае монохрамотического гамма-излучения такой же результат может быть достигнут спектрометрией энергии в системе детектора.

Для источников гамма-лучей с н6епрерывным спектром этим коллимированием достигается повышения чувствительности к изменению толщины. Чувствительность и точность измерений способом обратного рассеяния ниже, чем способом пропускания излучения. К сожалению, способ пропускания излучения для контроля подземных трубопроводов без их вскрытия применить затруднительно, так как доступ к стенке трубы возможен только с внутренней стороны. Этот способ успешно применяется для контроля сварных стыков на сооружаемых трубопроводах и в отдельных случаях для контроля за состоянием стенки действующих магистральных трубопроводов.

Что же касается способа обратного рассеяния, то он вполне может быть применен для контроля подземных трубопроводов, поскольку позволяет вести контроль при одностороннем доступе. В приборе 12, 13 способ обратного рассеяния используется для выявления отдельных дефектов и изменений толщины стенки магистральных трубопроводов.

Основные элементы прибора размещены внутри корпуса 6 рис. 6 , на котором устанавливаются эластичные манжеты 7, плотно прилегающие к внутренней поверхности трубопровода 1 и перекрывающие его поперечное сечение. Благодаря этому давление перекачиваемой жидкости передается на прибор и он перемещается по трубопроводу. В передней части прибора по ходу в контейнере размещен источник радиоактивных излучений 19. Радиоактивные лучи 17, направленные к исследуемой стенке трубопровода, рассеиваясь от нее, попадают на сцинтилляционный кристалл 16, вызывая его свечение.

Фотоэлемент 18, расположенный рядом с кристаллом, преобразует его свечение в ЭДС, которое через усилитель 15 прикладывается к катушке гальванометра 13 с закрепленным на ней зеркалом 12, вызывая его колебания, пропорциональные ЭДС фотоэлемента и характеризующие Рис 6 Прибор для внутреннего обследования трубы. состояние стенки трубопровода. Для регистрации этих сигналов на зеркальце 12 направляется пучок света от источника 11, который, отражаясь, попадает на фотопленку 9, засвечивая ее. Пленка продвигается пропорционально пройденному прибором расстоянию при помощи приспособления, состоящего из роликов 2, которые укреплены на рычагах 3, распираемых пружиной 4. При перемещении прибора ролики катятся по внутренней стенке трубопровода и при помощи гибкого вала 5 вращают зубчатое колесо 10, на оси которого закреплен барабан с фотопленкой. В некоторых случаях пленка может перемещаться часовым механизмом 8. Для более точного определения поврежденного места в контрольных точках трубопровода на поверхности могут быть установлены мощные источники радиоактивных излучений 14, которые, воздействуя на кристалл 16, оставляют на фотопленке контрольную запись.

В приборе, наряду с радиографическим способом контроля, используется целый комплекс различных методов для более полного обследования трубопровода определение величины протекающих по трубопроводу токов, наличие в трубопроводе воды и др Кроме того, прибор снабжен устройством, преобразующим энергию перекачиваемой жидкости в электрическую для питания электрических схем прибора, и устройством, создающим специфические звуковые сигналы, по которым с поверхности земли следят за его перемещением по трубопроводу. 4.ВНУТРИТРУБНАЯ ДИАГНОСТИКА ВМЯТИН СНАРЯДАМИ ДЕФЕКТОСКОПА. В этом разделе приводится описание новой технологии определения параметров и размеров вмятин, которую разработала группа ROSEN на основе своего двадцатилетнего опыта работы в области внутритрубной диагностики.

Технология высококачественной внутритрубной диагностики сочетает в себе преимущества систем бесконтактных электронных измерений и широко известных рычажных каверномеров.

Преимущество бесконтактной системы состоит в том, что она может применяться при высокой динамической рабочей нагрузке, в то время как механическая система обеспечивает получение высокоточных результатов только в статических условиях.

При использовании технологии динамической компенсации, можно получить достаточно высокую точность измерения в сложных условиях эксплуатации.

Кроме того, меха-тронная технология увеличивает размер распознаваемых вмятин благодаря ее нечувствительности к твердым осадкам на стенках трубопровода или остаткам парафинов. Контроль механической целостности трубопроводов. В США процедура контроля механической целостности трубопроводов регулируется сводами федеральных нормативных актов, как для нефтепродуктопроводов, так и для газопроводов.

В частности, с 14 января 2005 года вступили в силу исправленные и дополненные нормативы для газопроводов. До этого, при осуществлении контроля механической целостности газопроводов руководствовались только ссылками на различные нормативы, например, на свод правил В31.8. Американского общества инженеров-механиков ASME . В обоих сводах содержатся жесткие предписания операторам трубопроводов по контролю механической прочности. Указанные предписания устанавливают пределы допустимых отклонений в геометрии трубопровода, таких как механические повреждения и вмятины.

Например, устанавливаются минимальные требования к определению размеров вмятин профилемер с высоким разрешением должен выявлять и замерять вмятины с глубиной от 6,35 мм. Кроме того, поощряется выявление соответствия технологии требованиям контроля механической целостности, а не общим нормативным предписаниям GERARD 2005 . В последних публикациях обсуждение вопроса о возможных видах механических повреждений трубопроводов сводится к следующему все, что по размеру превышает обычную вмятину, следует тщательно исследовать с привлечением соответствующей экспертной оценки.

Новейшие исследования подтверждают тот факт, что величина разрушающего давления зависит больше от формы вмятины, нежели от ее глубины DINOVITZER 2002 , LEIS 2004 . Этот вывод нашел свое отражение и в своде федеральных нормативных актов, которые рекомендуют проведение технического анализа по мере возникновения необходимости.

Следует использовать адекватные методы оценки для анализа таких факторов увеличения нагрузки, как коррозия, разрывы или трещины внутри вмятин или между ними, рихтовка вмятин, их форма и остроугольный характер. Если федеральные нормы не задают процедуры оценки причин нарушения механической целостности трубопроводов, то система мероприятий по контролю целостности и оценке его резльтатов, напротив, такие процедуры предусматривают. Высокое качество.

Классическое обследование профиля трубопровода на предмет выявления овальностей и крупных деформаций не дает описанную выше информацию, необходимую для оценки вмятин. Кроме того, адекватное выявление, определение параметров и снятие характеристик всех обнаруженных аномалий требует больших, чем обычно, оценочных усилий. Это подтверждается и недавним исследованием Олсона OLSON 2004 . Он сравнил результаты 78 раскопок с соответствующими данными профилемеров. Вероятность обнаружения вмятин в этом случае составляет только 32 . Рис. 7. Внутритрубный снаряд для высококачественной профилеметрии XGP вместе с различными инструментами высокого разрешения для выявления истоньшения стенки трубы и дефектоскопии трещин.

Слева направо ECD XGP, AFD XGP, CDP XGP и XGP. Внедрение высококачественного процесса внутритрубно-го обнаружения вмятин и механических повреждений может дать возможность получить информацию по профилям вмятин и факторам увеличения нагрузки, необходимую для того, чтобы начать процесс контроля механической целостности диагностируемого трубопровода. Тем более высококачественная информация имеется об обнаруженной аномалии, тем лучше будет последующий анализ повреждений.

Важно не только с высокой точностью замерить и описать вмятины, но еще и выявить и определить характеристики вышеупомянутых факторов увеличения нагрузки. Современный уровень развития техники Рис. 8 Геометрические модели профилей, использованные при анализе зоны охвата и разрешения а линейная вмятина б сферическая вмятина с радиусом г. в остроугольная вмятина с углом раскрыва а. Радиус на верхней части остроугольной вмятины принят за величину толщины стенки трубы. уровень развития техники, применяемой для определения характеристик факторов увеличения нагрузки, представлен внутритрубными снарядами-дефектоскопами с КИП на основе принципа рассеяния магнитного потока MFL , окружного рассеяния магнитного потока CMFL или недавно разработанным инструментом для дефектоскопии трещин с помощью электромагнитного акустического преобразователя ECD на основе использования электромагнитного действия ультразвука.

В дополнение к одном - из вышеупомянутых инструментов, или в комбинации с ним следует использовать внутритрубный снаряд-дефектоскоп с высоким разрешением XGP для получения профиля трубы рис. 7 . Круговое разрешение и зона охвата Производительность круговой диагностики профиля вмятин можно оценить при помощи аналитической модели.

По этой модели точность замера и вероятность обнаружения вмятин находится в прямой зависимости от кругового разрешения и зоны охвата датчиков каверномера.

В модели используются три разных формы вмятин а линейная вмятина б сферическая вмятина в остроугольная вмятина см. рис. 7 Основным параметром вероятности обнаружения является, главным образом, круговая зона чувствительности датчика каверномера. Как показано на рис. 3, у профилемера, подобного общепризнанному снаряду-дефектоскопу Рис. 9 Аналитическая модель, описывающая зависимость вероятности обнаружения от круговой зоны охвата рычагов каверномеров данного инструмента для диагностики профиля трубопровода.

По этой модели, дефектоскоп ROSEN EGP позволяет добиться высокой вероятности обнаружения, несмотря на то, что снабжен только восемью каналами по окружности. ROSEN EGP с круговой зоной охвата 100 , прогнозируемая вероятность обнаружения будет составлять 1 на каждые три типа вмятин. 100 зона охвата достигается при помощи бесконтактного рабочего блока датчиков.

Другой пример приводится на рис. 10Здесь представлена модель простого каверномера, снабженного 12 рычагами, стандартная зона охвата которого составляет 55 . Вероятность обнаружения в этом случае сокращается до 0,75 для остроугольной вмятины глубиной 8.1 мм 2 от внутреннего диаметра. Это также указывает на важность размера зоны охвата. Рис. 10. Описанная выше аналитическая модель. Вероятность обнаружения сокращается до 75 для гипотетического контрольного инструмента с зоной охвата всего лишь 55 , несмотря на то, что установлены 12 рычагов каверномера.

Еще один эффект, заслуживающий изучения это систематическое занижение размера вмятины, вызванное недостаточным круговым разрешением и зоной охвата. Учитывая, что вмятину в ее самой глубокой точке не задевает каверномер или сканирующий датчик, можно рассчитать максимально возможную величину занижения глубины вмятины для конфигурации обследования профиля. Рис. 11Аналитическая модель определяет максимальный коэффициент занижения размера вмятины в зависимости от разрешения и зоны охвата.

Снаряд-дефектоскоп XGP диаметром 406 мм оснащен 42 рычагами каверномеров и имеет зону охвата в 100 . График особо подчеркивает важность наличия достаточной зоны охвата у снаряда XGP. На рис. 11 иллюстрируется процесс занижения размеров вмятины. На графике в процентном отношении показано максимально возможное занижение размеров вмятины по сравнению с ее реальной глубиной и круговая зона охвата для разного количества рычагов каверномера.

Видно, что увеличение количества рычагов улучшает определяемость размера вмятин. Тем не менее, зона охвата близкая к 100 является более важным параметром для достижения точного замера глубины. Максимальная зона охвата в процентах, которую может дать инструмент по диагностике геометрических аномалий с одинарной пластиной датчиков каверномера, близка к процентному сокращению диаметра отверстия, проходимого для инструмента. Обычно, зона охвата сокращается приблизительно на 15 благодаря допустимым механическим отклонениям. Поэтому обычная величина прохода в 75 дает зону охвата максимум в 60 . Круговое разрешение определяет способности к параметризации геометрических аномалий. Действительно, недавние исследования показали, что должна определяться острота вмятины уже в 0,1 острота 2d w, где d глубина вмятины и w - ее ширина DINOVITZER 2002 . Должна выявляться и вмятина в 127 мм шириной, учитывая приведенный выше порог глубины величиной 6,35 мм. Исходя из этих теоретических соображений, желательно проводить обследование профиля трубопровода с применением снарядов-дефектоскопов, имеющих приемлемое полное круговое разрешение, например, 50,8 мм и датчики каверномера, расположенные на двух разделенных по оси пластинах и дающие круговую зону охвата более 95 . Заключение.

Для диагностики промысловых трубопроводов могут применяться множество методов неразрушающего контроля вихретоковый, оптический, магнитный, радиоволновой, радиационный, акустический, тепловой. Но наиболее универсальными являются акустический и магнитный методы.

Эти два метода позволяют обнаружить на более ранних стадиях развитие таких видов дефектов, возникающих в процессе эксплуатации газонефтепроводов, как коррозия металла, эрозионный износ стенок, трещины в сварных швах и основном металле, нарушение защитных свойств изоляционных покрытий, изменение пространственного положения элементов трубопровода.

Соответственно акустический и магнитный виды неразрушающего контроля предотвращают- внезапные отказы в работе промысловых трубопроводов, повышают их надежность, эффективность и безопасность при эксплуатации.

И так, мы можем сказать, что применение технической диагностики позволяет обнаружить дефекты различного происхождения, определять их характер и размеры, а, следовательно, появляется возможность классифицировать их по степени опасности и устанавливать очередность ремонта. При этом значительно сокращаются общие объемы работ, так как ремонт промысловых трубопроводов производится выборочно.

По результатам приведённых методов диагностики может быть рассчитана вероятность риска в отказе работы и прогнозируется остаточный ресурс трубопроводов.