CC BY
13\\ территория нештегаз \\
№ 12 \\ декабрь \ 2010
A.A. самокрутов, д.т.н. генеральный директор, В.Г. Шевалдыкин, д.т.н., зам. генерального директора по научной работе, ООО «АКС»
Возможности и перспективы акустических сканеров-дефектоскопов
Совершенствование системы обеспечения надежной и безопасной эксплуатации ГТС ОАО «Газпром» требует решения ряда актуальных задач диагностирования, среди которых можно выделить следующие:
1. Повышение чувствительности, достоверности и производительности технологий неразрушающего контроля в процессе выполнения капитального ремонта методом переизоляции как при диагностике основного металла тела трубы (с учетом повышенной чувствительности к дефектам типа КРН), так и при контроле стыковых сварных швов.
2. Решение проблемы экспресс-диагностики тела трубы без снятия изоляционного покрытия для обеспечения контроля перемычек на линейной части МГ и трубопроводов на компрессорных станциях.
3. Совершенствование средств внутри-трубного контроля с целью повышения их чувствительности и расширения области применения.
Перспективным путем решения поставленных задач является применение акустических сканеров-дефектоскопов. Создание и внедрение данных устройств является одним из приоритетных направлений деятельности научно-производственной компании «Акустические Контрольные Системы» (АКС).
Ультразвуковой (УЗ) или акустический метод НК - один из наиболее универсальных и широко используемых видов контроля для поиска и измерения дефектов в металлах и сварных швах. Однако при всех достоинствах данного метода его применение ограничено необходимо стью использования контактной жидкости и высокими требова ниями к качеству подготовки поверхности металла перед контролем.
Рис. 1. Сканер-дефектоскоп А2075 SoNet в развернутом положении с блоком управления
Преодоление данных недостатков возможно за счет технологий возбуждения и приема УЗ-колебаний без применения жидкости. Это электромагнитно-акустический способ (ЭМА) и способ сухого точечного контакта (СТК). В сочетании с технологиями фокусированных антенных решеток и при использовании эффекта волноводного распространения УЗ-колебаний в стенках труб удалось найти пути решения поставленных задач и разработать как экспериментальные установки, так и серийные образцы сканеров-дефектоскопов. Для решения задачи поиска дефектов тела трубы (общей коррозии, КРН, расслоений и т.п.) был разработан ультразвуковой сканер-дефектоскоп А2075 SoNet (рис. 1).
Принцип работы прибора основан на эхоимпульсном прозвучивании стенки трубы волнами Рэлея на частоте 500 кГц. Прозвучивание производится в кольцевом направлении по всей окружности трубы и повторяется с шагом 5 мм при движении сканера линейно по верхней образующей трубы. Результатом работы является ска-нограмма - изображение развертки трубы с цветояркостной индикацией дефектных областей с указанием координат дефектов и уровней сигналов (рис. 2). За счет применения ЭМА-преобразователя использование контактных жидкостей не требуется, что позволяет работать в широком диапазоне температур и обеспечивает высокую чувствительность и воспроизводимость результатов. В пределе он обеспечивает обнаружение дефектов КРН высотой от 0,7 мм. Конструктивное исполнение позволяет транспорти-
ровать прибор и выполнять поисковый контроль силами одного оператора. Сканер-дефектоскоп соответствует требованиям нормативной документации, прошел весь цикл необходимых испытаний, внесен в соответствующий реестр ОАО «Газпром», производится серийно, поставляется в специализированные диагностические организации и широко используется при диагностике газопроводов.Технические и дефектоскопические параметры сканера-дефектоскопа соответствуют требованиям технических условий. Наряду с возможностью сохранения всех результатов контроля на внешнем компьютере, во внутренней памяти прибора сохраняется информация обо всех номерах проконтролированных труб, дате, времени и координатах проведения контроля. Эти данные формируются автоматически и недоступны оператору, что позволяет диагностическим организациям наладить объективный контроль за работой диагностических бригад.
Использование ЭМА-сканера-дефектоскопа при выполнении диагностических работ позволяет получить следующие позитивные результаты:
• снижение трудоемкости и стоимости подготовительных работ за счет исключения дополнительной зачистки поверхности трубы;
• повышение производительности и достоверности контроля за счет исключения контактной жидкости;
• получение и документирование результатов контроля в режиме реального времени.
Это в совокупности обеспечивает повышение достоверности результатов и интегральное снижение стоимости диагностики тела трубы на 15-20% по сравнению с существующими технологиями. Общемировой тенденцией в технологиях контроля сварных швов является расширение применения автоматизированных ультразвуковых сканеров-дефектоскопов
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ ремонт трубопроводов \\ 61
РЕМОНТ ТРУБОПРОВОДОВ
Рис. 2. Пример сканограммы с дефектами и вид автоматически формируемого отчета
с фазированными антенными решетками. Этот метод постепенно вытесняет рентгеновский контроль, т.к. по сравнению с ним является более высокочувствительным, производительным, безопасным и дешевым в эксплуатации.
Перспективной разработкой в этом направлении представляется сканер-дефектоскоп «АВТОКОН МГТУ-АКС» (рис. 3). Он построен на базе механической платформы сканера-дефектоскопа АВТОКОН МГТУ предыдущего поколения и УЗ-дефектоскопа А1550 1пЬг№ог (производство ООО «АКС»), работающего методом цифровой фокусировки антенной решетки на частоте 4 МГц. На данном этапе используется жидкостный тип контакта и требуется подготовка поверхности контроля. Специализированное программное обеспечение прибора обеспечивает управление прибором, оперативное получение результатов УЗ-контроля в форме В- и С-сканов, их документирование и формирование отчетов. В процессе работы антенная решетка перемещается вдоль сварного шва, и формируются изображения его поперечных сечений с шагом 2 мм за счет цифрового сканирования сечения шва фокусом электронно управляемой антенной решетки. После прохода по всей окружности трубы выполняется преобразование полученного набора изображений поперечных сечений сварного шва в его изображение в плане (С-скан) и формируется отчетный документ (рис. 4).
По сравнению с классическими системами контроля сварных швов применение технологии цифровой фокусировки антенных решеток позволило повысить чувствительность и достоверность контроля при умень-
шении площади подготовки поверхности в околошовной зоне. Потенциально возможно использовать данную технологию для внутритрубного контроля сварных швов. Разработанные сканеры-дефектоскопы не позволяют вести контроль при наличии изоляции на теле трубы в силу эффекта существенного затухания УЗ-волн Рэлея и Лэмба, обусловленного слоем изоляции. Решение этой задачи возможно за счет применения другого типа УЗ-волн - поперечных с горизонтальной поляризацией (БН-волн). Их отличительной особенностью является слабое влияние присоединенной к поверхности трубы изоляции на затухание УЗ-колебаний при их распространении в стенке трубы. При этом энергия волны распределяется равномерно по всей толщине стенки, что, с одной стороны, позволяет обнаруживать дефекты на любой глубине, но
Рис. 3. Сканер-дефектоскоп АВТОКОН МГТУ-АКС, выполненный на базе УЗ-томографа с фокусируемыми антенными решетками
с другой - дает меньшую чувствительность к КРН по сравнению с волной Рэлея. Основным фактором, ограничивающим применение БН-волн, является сложность их возбуждения и приема с помощью типовых УЗ-преобразователей.Только применение ЭМА-метода или технологий СТК позволяет преодолеть это ограничение. В нашей компании были проведены исследования, позволяющие оценить применимость и чувствительность волноводного низкочастотного эхометода при кольцевом прозвучивании и использовании БН-волн. С учетом требуемой моды УЗ-колебаний и диапазона толщин стенок трубы была выбрана рабочая частота 80 кГц. Возбуждение и прием БН-волн производилось преобразователями с СТК, конструктивно объединенными в матричную антенную решетку (рис. 5). Тестирование проводилось на фрагментах труб диаметром 1020 и 1420 мм, содержащих как модели дефектов, так и дефекты естественного происхождения различных типов. Сканирование выпол-
Рис. 4. Пример результата сканирования сварного шва и форма отчетного документа для сканера-дефектоскопа АВТОКОН МГТУ-АКС
62 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 12 \\ декабрь \ 2010
\\ ТЕРРИТОРИЯ нештегаз \\
№ 12 \\ декабрь \ 2010
нялось путем ручного после довательного перемещения решетки с СТК вдоль образующей трубы с определенным шагом. Получаемые эхосиг-налы записывались, и после их обработки на компьютере результат представлялся в форме двусторонней развертки трубы с цветояркостными отметками от дефектов. Исследовались возможности метода при наличии изоляции различных типов и без изоляции как при сканировании решеткой с СТК с внешней, так и с внутренней поверхности трубы. Полученные дефектограммы для наиболее характерных ситуаций приведены на рисунках 6-7.
Следует отметить следующие основные результаты, полученные в ходе выполнения работы:
1) разработаны преобразователи, алгоритмы, выбран частотный диапазон и отработана технология контроля, что в комплексе обеспечило реализацию волноводного низкочастотного эхометода с применением БН-волн для контроля тела трубы;
2) исследуемый метод обеспечивает достоверное обнаружение дефектов в теле трубы с высотой от 20% от толщины стенки
Рис. 5. Многоэлементная антенная решетка на основе преобразователей с сухим точечным контактом
при линейной длине от 30 мм при наличии на трубе изоляции всех типов; 3) практически подтверждена возможность контроля при возбуждении и приеме УЗ БН волн в стенке трубы через полимерную изоляцию толщиной до 1,0 мм;
4) на основе данного метода возможно создание сканеров-дефектоскопов, работающих как снаружи, так и внутри трубы для экспресс-диагностики труднодоступных участков газопровода, обеспечивающих диагностику тела трубы без полного вскрытия и снятия изоляции и имеющих производительность порядка
0.5.1 м/мин.
На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы.
1. Проблема обеспечения надежной и безопасной эксплуатации ГТС ОАО «Газпром» может быть решена за счет широкого использования при диагностике как электромагнитно-акустических сканеров-дефектоскопов, так и основанных на технологии сухого точечного контакта.
2. В ближайшее время планируется создание сканеров-дефектоскопов, реализующих ультразвуковой низкочастотный волновод-
ный метод и использующих технологию сухого точечного контакта для решения проблемы контроля тела труб перемычек без полного вскрытия и снятия изоляции.
3. Дефектоскопическая аппаратура, реализующая ультразвуковой низкочастотный волноводный метод с использованием технологии сухого точечного контакта, может быть установлена на внутритрубных транспортных роботах для решения проблемы полного контроля стенки трубы при вну-тритрубном обследовании оборудования и трубопроводов КС.
4. Повышение достоверности контроля сварных швов обеспечивается за счет использования технологий ультразвуковых фокусируемых антенных решеток, которые в перспективе планируется размещать на внутритрубных транспортных роботах.
А.
ООО «АКУСТИЧЕСКИЕ «КОНТРОЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ» 115598, г. Москва, ул. Загорьевская, д. 10, корп. 4, технопарк «Загорье» Тел./факс: +7 (495) 984-74-62 e-mail: [email protected] www.acsys.ru
Рис. 6. Сканограммы тестового образца двухшовной трубы диаметром 1020 мм, средняя толщина стенки - 13,5 мм: а) при сканировании решеткой с СТК по внешней поверхности трубы; Ь) при сканировании решеткой с СТК по внутренней поверхности трубы. Образы дефектов соответствуют: 1) продольному пропилу глубиной 4,5 мм и общей площадью 100 кв. мм; 2) продольному пропилу глубиной 6,5 мм и общей площадью 200 кв. мм
Рис. 7. Сканограммы одношовной трубы диаметром 1420 мм, длиной 11,2 м, средняя толщина стенки - 18 мм с естественными дефектами и моделями дефектов, полученных при сканировании решеткой с СТК по внешней поверхности трубы, с образами дефектов: 1) раскрывшаяся трещина КРН длиной 130 мм, глубиной 6 мм; 2) отверстие 010 глубиной 2 мм; 3) отверстие 010 глубиной 4 мм; 4) группа (9 шт.) отверстий 06 глубиной 2 мм; 5) каверна 20x20x2 мм; 6) вышлифовка прямоугольной формы 100x80x4 мм; 7) задир 50x15x3 мм; 8) пропилы П-образной конфигурации 100x80x4 мм; 9) каверна 20x20x2 мм; 10) вышлифовка прямоугольной формы 60x60x5 мм
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ ремонт трубопроводов \\ 63
