CC BY
54
Литература
1. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
2. Приказ Ростехнадзора от 11.03.2013 N 96 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств».
3. Правила технической эксплуатации нефтебаз (утв. приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. N 232).
4. Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации нефтебаз, складов ГСМ, стационарных и передвижных автозаправочных станций. Утверждены Постановлением Министерства труда и социального развития Российской Федерации от 6 мая 2002 г. N 33.
5. Руководство по безопасности для нефтебаз и складов нефтепродуктов (утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 26 декабря 2012 г. N 777).
6. Руководство по безопасности вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов (утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 26 декабря 2012 г. N 780).
7. Постановление Правительства РФ от 24.11.1998 N 1371 (ред. от 15.08.2014) «О регистрации объектов в государственном реестре опасных производственных объектов».
Перспектива применения методов акустической эмиссии
и магнитной памяти для диагностики трубопроводов
горячего теплоснабжения
1 2 Мухортов М. Ю. , Дьяченков М. А. ,
Соколов М. Н.3, Васильев В. А.4
1 Мухортов Михаил Юрьевич /Mukhortov Michail Yurievich - начальник отдела технической
диагностики и проектирования; 2Дьяченков Максим Александрович /Dyachenkov Maksim Aleksandrovich - начальник лаборатории неразрушающего контроля; 3Соколов Михаил Николаевич /Sokolov Mikhail Nikolaevich - заместитель генерального
директора, ООО «ЦНПД»;
4Васильев Виталий Анатольевич / Vasiliev Vitalij Anatolevich - начальник управления магистрального трубопроводного транспорта, ООО «ИНТЕРЮНИС», г. Москва
Аннотация: в статье обосновывается эффективность комплексного применения метода акустической эмиссии (АЭ) и метода магнитной памяти металла (МПМ) при обследовании технического состояния трубопроводов горячего водоснабжения. Приводятся примеры установки датчиков АЭ, формы калибровочных сигналов АЭ, изменения амплитуды АЭ сигнала с расстоянием от источника АЭ в трубопроводе ГВС, локационной карты при АЭ контроле, напряженности и интенсивности изменения магнитного поля от расстояния по линии сканирования участка трубопровода.
Abstract: the article proves the effectiveness of the integrated application of the method of acoustic emission (AE) and the method of metal magnetic memory (MMM) when examining the technical condition of piping hot water. Examples of the sensors AE, shape calibration signals AE, AE signal amplitude variation with distance from the source of hot water in the
pipe AE, radar maps with the AE control, tension and intensity of the magnetic field on the distance of the scan line of the pipeline section.
Ключевые слова: трубопроводы горячего водоснабжения, промышленная безопасность, метод акустической эмиссии, метода магнитной памяти металла. Keywords: piping hot water, safety, acoustic emission method, the method of metal magnetic memory.
В условиях износа трубопроводов тепловых сетей, при ограниченных инвестиционных возможностях по их замене и ремонту, возникла негативная тенденция увеличения аварийного риска их эксплуатации. Поэтому актуальным является поиск технических решений, обеспечивающих контроль и снижение эксплуатационных рисков. Одним из наиболее перспективных подходов для достижения требуемого уровня промышленной безопасности трубопроводов горячего водоснабжения (ГВС) является внедрение современных методов диагностики.
Из эффективных методов, в этом направлении, можно назвать такие методы как: акустическая эмиссия (АЭ) [1] и метод магнитной памяти металла (МПМ) [2]. Производительность метода акустической эмиссии достигает 100 м/час, метода магнитной памяти металла - 20 м/час. Каждый из перечисленных методов имеет свои ограничения как по классу выявляемых дефектов, так и по возможностям их применения.
Метод магнитной памяти металла может быть применим только на вскрытых участках трубопровода ввиду того, что требуется сканирование датчиком прибора по поверхности трубопровода вдоль его образующей.
Высокая производительность метода АЭ достигается тем, что двумя приёмниками можно контролировать участок трубопровода до 50 метров и находить имеющиеся на этом участке дефекты с точностью не менее двух-трёх диаметров трубы. Применив многоканальные АЭ системы при АЭ диагностике, можно охватить значительные участки трубопровода. Так, при использовании восьмиканальной АЭ системы, можно контролировать участок трубопровода длиной до 350 метров. При увеличении числа каналов увеличивается объём контроля, но при этом возникает проблема, связанная с увеличением электромагнитных наводок на длинные кабельные линии, и падает производительность из-за дополнительных затрат времени на развёртывание кабельных линий. Метод АЭ может быть использован без ограничения для любых диаметров трубопроводов.
Работы по оценке эффективности применения методов АЭ и МПМ для контроля трубопроводов ГВС были проведены на участке общей протяженностью 10 000 м. Трубопроводы, изготовленные из труб стали Ст. 20 и предназначенные для транспортировки горячей воды потребителям, имеют следующие характеристики:
Способ прокладки трубопроводов - подземно-надземный.
Рабочая среда - вода.
Рабочая температура: +70 - +85° С.
Диаметр - 1000, 800, 700, 400 мм.
Метод монтажа трубопроводов - ручная электродуговая сварка.
Цель этих работ заключалась в выявлении и классификации дефектов, потенциально опасных для эксплуатации участков трубопроводов ГВС.
Работы проводились в два этапа, на первом этапе выявлялись источники АЭ и классифицировались в соответствии с ПБ 03-593-03 «Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов», утверждённым Госгортехнадзором 09.06.2003 г. [1].
На втором этапе, участки трубопроводов, на которых были выявлены источники АЭ, обследовались методом МПМ, проводился визуально-измерительный и при
необходимости ультразвуковой контроль. После этого проводилась оценка возможности дальнейшей эксплуатации обследованного трубопровода.
Для проведения АЭ контроля были выбраны схемы линейной локации, при которой все приёмники АЭ сигналов были объединены в одну линейную группу, и были заданы основные графические зависимости: распределение измеряемых шумов ASL, амплитуды, энергетического параметра и длительности АЭ сигналов по координате (линейная локация), по времени и по каналам. Это позволяло в оперативном режиме, т. е. непосредственно во время нагружения по монитору компьютера осуществлять контроль за состоянием всего охваченного датчиками участка трубопровода.
Акустико-эмиссионный контроль трубопровода проводился с использованием 8-ми канальной АЭ системы «ЗАМОЗ» (производства фирмы РАС, США). Расстояние между датчиками составляло до 50 метров (для трубопроводов ГВС), поэтому за один цикл измерений охватывался участок до 350 метров при использовании 8-и канальной АЭ системы. Вид датчика АЭ, установленного на трубопроводе, представлен на рис. 1.
Рис. 1. Датчик АЭ на поверхности трубопровода
Главным условием при использовании метода АЭ является обеспечение изменения давления в трубопроводе в процессе регистрации АЭ. Скачок давления необходим для инициирования имеющихся в трубопроводе дефектов. Регистрация сигналов АЭ осуществляется в реальном времени. Измерения начинаются до момента изменения давления в трубопроводе, продолжаются в процессе изменения давления и прекращаются после установления рабочего давления в трубопроводе, когда уровень регистрируемых сигналов АЭ достигает фонового значения шумового поля.
Основной задачей АЭ контроля является определение координат дефектов и установление степени их опасности для эксплуатации трубопроводов. Координаты дефектов определяются путём линейной локации, т. е. посредством регистрации времён прихода упругих колебаний на разные датчики. Сложность локации дефектов на таком объекте, как трубопровод, заключается в том, что наряду с сигналами АЭ регистрируется значительное количество шумовых сигналов. Для устранения этих сигналов необходимо, во-первых, произвести правильный выбор установочных параметров АЭ системы (фильтры, усиления, пороги), во-вторых, отфильтровать
шумовые сигналы в процессе обработки. Помимо этого, на таком протяжённом объекте, как трубопровод, не исключена вероятность прихода сигналов на датчики от нескольких, одновременно излучающих упругие колебания источников АЭ. В этом случае возможна значительная ошибка в локализации источников АЭ из-за того, что при традиционной линейной локации координата источника АЭ определяется по первым пришедшим сигналам на каждый из датчиков. Для того чтобы избежать этой ошибки, необходимо из потока сигналов АЭ получить достоверную информацию о каждом отдельном источнике АЭ. Для этой цели используется метод корреляционной локации. При определении координат источников АЭ этим методом перебираются все комбинации сигналов АЭ, пришедших на два датчика, и для локации выбираются те из них, которые соответствуют друг другу по времени прихода, форме, и амплитуде с учётом затухания волновой энергии в трубопроводе. Принцип корреляционного анализа для обработки АЭ информации, полученной при диагностике трубопроводов, реализован в специальной программе «Line-Focus». Эта программа обеспечивает корреляционную обработку, фильтрацию, поиск и удаление электромагнитных помех (в том числе с линий электропередач). Локализация источников АЭ проводится с учётом всех реальных сочетаний сигналов и характера их затухания даже в условиях большой скорости регистрации данных.
АЭ контроль трубопровода проводился в рабочей полосе частот 20-200 кГц, в предварительных усилителях АЭ сигналы усиливались на 40 дБ. Перед началом измерений определялась скорость распространения волны напряжения, степень затухания её амплитуды, точность локализации АЭ-источника.
Предварительные измерения проводились в двух режимах:
- регистрация и анализ формы волны сигналов АЭ с использованием цифровых регистраторов в каждом канале системы и программы регистрации и анализа формы волн;
- регистрация сигналов АЭ с использованием АЭ системы и основной программы сбора данных SAMOS.
На рис. 2. показаны формы сигналов, зарегистрированных от источника Ниелсена-Су при различных расстояниях до датчиков.
Сиг № 1Я1 [I = SB 4543437500 с. nan. 2j, X -1, mrc, V - а»пп . и.В
0 500 1000 1500 2000 2500 ЗООС 3500 4Ю0 <500 5000 5500 6000 650С
Сиг, № 198 (t - 96 <590277500 с, квм 11; X -1. икс: V - лмпп . мгВ
I 1 500 1000 150» 2000 2Я» ЗООС 3500 ЛООО <500 5000 55» 6000 65 ОС
Рис. 2. Вид сигнала от источника Ниелсена-Су при различных расстояниях от датчиков
Измеренная скорость упругих колебаний в воде составила 1550 м/с. На рис. 3. приведена зависимость амплитуды АЭ сигнала от расстояния от АЭ источника, полученная для контролируемого трубопровода. Затухание волны, по которой осуществлялась локация сигналов АЭ, при выбранных рабочих частотах 20-100 кГц, составило в среднем 5 дБ/м на расстоянии около 10 метров от источника. На участках трубы, отстоящих от источника колебаний на расстоянии 20-50 м, затухание на этих частотах колебаний составляет в среднем 0,5 дБ/м.
1 а'
Ё ч с
г
•<
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
I
1 ;
! 1
10
20
30
40
50
Расстояние от источника, м
Рис. 3. Изменение амплитуды АЭ сигнала с расстоянием от источника АЭ в трубопроводе ГВС
Акустико-эмиссионные измерения трубопровода проводились с применением интегральных приёмников акустической эмиссии РАС R3I с резонансной частотой 30 кГц.
В результате акустико-эмиссионного контроля участков трубопроводов выделено 15 участков трубопровода, содержащих источники АЭ, которые могут соответствовать дефектам, представляющим потенциальную опасность для эксплуатации трубопровода. Пример локационной карты такого участка показан на рис 4. Далее на этих участках проведено обследование методом магнитной памяти. Использовался магнитометрический прибор ИКН-2М-8.
В результате магнитного сканирования выявлены аномалии магнитного поля различного характера. Характерными дефектами, вызывающими аномалии магнитного поля, являются дефекты сварных соединений и коррозионные повреждения. Пример аномалии магнитного поля, вызванного дефектами в трубопроводе, показан на рис 5. Представлен график напряженности Нр и интенсивности изменения ЖМх магнитного поля от расстояния по линии сканирования участка трубопровода.
□ [68] □Цх|
X: расшшш Мира VI. Аиикгза*. «Ь[С1».11,42. Этрс. пи|с)М4а1си(.1|; [Е С.]
;
635 !
: - зооо
:
\
82 |
■
! ! : : !
С1 —
: : - ! -1000
; \
; : 1 : ! ": 1 ! |
1 1 1 0 2 и 3 0 4 0 50 6 3 1 0 20 £ 0 4 •1 ; 1 0 2 0 3 0 4 а 6 1 0 1 Ч
Рис. 4. Пример локационной карты при АЭ контроле
О 100 ЯП 300 4Ю КО 600 700 300 900 1000 1100 Ш) НЮ "Ш 15С0 1600 17Ю
О 100 20 300 4X1 КО 600 700 300 900 1000 1К» Ш> Ш> НЮ 15С0 Ш> 1700 1000
IX, ш
Рис. 5. График напряженности Нр и интенсивности изменения dH/dx магнитного поля от расстояния по линии сканирования участка трубопровода
Рис. 6. Вид обследованного участка трубопровода после снятия изоляции
В результате обследования 10 000 м трубопровода методами АЭ и МПМ выявлено 15 участков, содержащих потенциально опасные дефекты. В результате вскрытия этих участков установлено, что на трех участках выявлены дефекты в сварных соединениях, на остальных участках обнаружены коррозионные повреждения. Пример одного из таких участков показан на рис. 6.
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что комплексное использование методов АЭ и МПМ, с одной стороны, позволяет повысить эффективность контроля и, с другой, значительно сократить время его проведения. Это достигается за счет того, что методом АЭ проводится 100 % контроль выбранного участка трубопровода, при этом необходим доступ к поверхности только в отдельных точках примерно через 50 метров для установки датчиков, при этом локация АЭ источников осуществляется с точностью до двух диаметров трубопровода (1-2 метра). Далее в этих местах проводится сканирование методом МПМ. Этот метод позволяет определить местоположение дефекта с точностью до нескольких миллиметров, при этом нет необходимости вскрывать изоляцию и проводить зачистку поверхности трубопровода.
Литература
1. ПБ 03-593-03 «Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов».
2. Власов В. Т., Дубов А. А. Физические основы метода магнитной памяти металла. М.: ЗАО «ТИССО», 2004, 424 с.
