СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО РЕНТГЕНОВСКОГО КОНТРОЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК G01N23/18 

Заявляемая группа изобретений относится к области исследования, анализа и контроля материалов радиационным методом, и может быть использована для обнаружения, идентификации и ранжирования дефектов объектов, в частности трубопроводов и других цилиндрических сосудов для транспортировки газа, жидкостей, таких как сырая нефть, нефтепродукты и других химических веществ.

Известен способ по ГОСТ 27947 «Контроль неразрушающий. Рентгенотелевизионный метод» включает просвечивание объекта рентгеновским источником излучения (далее по тексту - источник излучения) и получение сигнала приемником излучения, которые расположены на диаметрально-противоположных сторонах. С приемника излучения сигналы поступают на видеоконтрольное устройство, получают изображение объекта, исследуют изображение объекта, выявляют дефекты. Данный способ не гарантирует достоверность и точность контроля и устройство для реализации известного способа громоздко, его невозможно использовать в полевых условиях.

Известно мобильное рентгенографическое устройство (Патент США №7319738, опубликован 15.01.2008, МПК: G01N 23/02, H05G 1/02), предназначенное для бесконтактного, неразрушающего контроля трубопроводов и т.п., состоящее из подъемного механизма, закрепленного на передвижном основании. Платформа имеет рельсу скольжения для перемещения С-дуги, которая установлена на крепежное приспособление с возможностью вращения, и связана с платформой. На С-дуге закреплена сканирующая система, состоящая из источника излучения и приемника излучения, расположенных на диаметрально противоположных сторонах. Приемник излучения связан с системой сбора данных и визуализации трубопровода, которая связана с компьютерной системой управления механизмом позиционирования.

Известное устройство имеет сложную громоздкую конструкцию, а для перемещения устройства вдоль трубопровода требуется наличие дорог, что не всегда возможно в полевых условиях. Кроме того, при данном типе крепления сканирующей системы не обеспечиваются условия для получения четких рентгеновских изображений, что влияет на точность контроля трубопровода, при этом в данном устройстве не обеспечивается автоматическая отметка на трубопроводе местоположения выявленных дефектов.

Наиболее близким к заявляемому способу является «Способ автоматизированного, цифрового, радиографического контроля трубопровода» (Патент США №7656997, опубликован 15.09.2008, МПК: G01N 23/02), выбранный в качестве прототипа.

Известный способ, включает в себя вращение системы позиционирования и перемещения вокруг трубопровода, просвечивание трубопровода источником излучения и получение сигнала приемником излучения, которые расположены на системе позиционирования и перемещения на диаметрально-противоположных сторонах. При этом на пульт управления поступают сигналы с приемника излучения, что позволяет получить изображение трубопровода и исследовать выявленные дефекты на компьютере. После завершения полного оборота системы позиционирования и перемещения вокруг трубопровода, система позиционирования и перемещения совершает продольное перемещение по трубопроводу. Вышеописанные действия повторяются многократно до завершения исследования трубопровода.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «Устройство для автоматизированного, цифрового, радиографического контроля трубопровода» (Патент США №7656997, опубликован 15.09.2008, МПК: G01N 23/02), выбранное в качестве прототипа.

Известное устройство содержит источник излучения, приемник излучения, систему позиционирования и перемещения, на которой установлены на диаметрально-противоположных сторонах источник излучения и приемник излучения, выполненные с возможностью вращения концентрично относительно трубопровода, пульт управления, связанный с приемником излучения, и обеспечивающий получение изображения трубопровода и исследование выявленных дефектов на компьютере.

Недостаток известных способа и устройства по патенту США №7656997, заключается в том, что они не обеспечивают:

- достаточного качества изображения исследуемого трубопровода, из-за наложения изображения сварного шва или основного металла трубопровода со стороны источника излучения на получаемую рентгенограмму, так как источник излучения и приемник излучения закреплены параллельно друг другу и поверхности трубопровода;

- достоверности и точности контроля трубопровода, из-за жесткого позиционирования приемника излучения относительно контролируемого трубопровода, что не позволяет изменять угол поворота приемника излучения относительно трубопровода;

- сканирование трубопровода по спирали. Это связано с тем, что в известных способе и устройстве после завершения перемещения по окружности система позиционирования и перемещения совершает продольное движение, исключающее возможность движения системы позиционирования и перемещения по спирали.

Основной задачей заявляемой группы изобретений является создание способа неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов и устройства для его реализации, обеспечивающих дефектоскопию трубопроводов и позволяющих получать качественное изображение исследуемого трубопровода, осуществлять автоматическую идентификацию и ранжирование выявленных дефектов и аномалий на полученных рентгенограммах, в том числе определение глубины залегания дефектов.

Технический результат заключается в повышении качества изображения исследуемого трубопровода, достоверности и точности контроля, за счет крепления источника излучения под углом не более 15 градусов к трубопроводу, для исключения наложения изображения сварного шва или дефектов основного металла трубопровода со стороны источника излучения на получаемую рентгенограмму и обеспечения многоракурсного просвечивания трубопровода путем изменения угла поворота приемника излучения, и осуществления синхронного радиального и продольного перемещения системы позиционирования и перемещения относительно трубопровода, что обеспечивает контроль трубопровода по спирали. Дополнительное повышение точности контроля обеспечивается за счет автоматической отметки дефектов непосредственно на исследуемом трубопроводе.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов, основанном на вращении системы позиционирования и перемещения вокруг трубопровода, его просвечивания с помощью установленных на диаметрально-противоположных сторонах системы позиционирования и перемещения источника излучения и приемника излучения. Источник излучения закрепляют под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода, и в случае обнаружения дефекта осуществляют изменение угла поворота приемника излучения, относительно поверхности трубопровода, производят повторное просвечивание трубопровода до получения объемного изображения дефекта, и по результатам просвечиваний устанавливают вид, форму и глубину залегания дефекта.

Оптимально изменять угол поворота приемника излучения относительно поверхности трубопровода в пределах от 0 до 25 градусов.

Для сканирования трубопровода по спирали целесообразно осуществлять синхронно радиальное и продольное перемещение системы позиционирования и перемещения относительно трубопровода.

Поставленная задача решается также тем, что в заявляемом устройстве для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов, содержащем блок управления и регистрации, систему позиционирования и перемещения, которая установлена соосно объекту контроля, охватывая объект, источник излучения и приемник излучения, установленные на диаметрально-противоположных сторонах системы позиционирования и перемещения. Источник излучения закреплен под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода с целью исключения наложения изображения сварного шва или основного металла трубопровода со стороны источника излучения на получаемую рентгенограмму и в систему позиционирования и перемещения введен механизм изменения угла поворота, соединенный с приемником излучения.

Предпочтительно дополнительно снабдить устройство дефектоотметчиком, расположенным внутри системы позиционирования и перемещения, выполненным в виде управляемого краскопульта.

Оптимально выполнить систему позиционирования и перемещения замкнутой. При этом нижняя часть системы позиционирования и перемещения может быть снабжена пластиной-вставкой, при помощи которой создается замкнутый контур системы позиционирования и перемещения, что обеспечивает более равномерное вращение системы позиционирования и перемещения вокруг объекта.

Систему позиционирования и перемещения можно выполнить разомкнутой.

Целесообразно блок управления и регистрации выполнить в виде компьютера, соединенного с монитором и пультом управления.

Технический результат заявляемого способа достигается за счет установления на системе позиционирования и перемещения источника излучения под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода и многоракурсного просвечивания трубопровода, обеспечиваемого изменением угла поворота приемника излучения. При этом заявленный результат достигается также с помощью устройства, в котором для повышения качества изображения, для автоматической идентификации и ранжирования выявленных дефектов и аномалий на полученных рентгенограммах, в том числе определения глубины залегания дефектов, источник излучения закреплен на системе позиционирования и перемещения под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода, и в систему позиционирования и перемещения введен механизм изменения угла поворота, соединенный с приемником излучения. Ведение многоракурсного просвечивания сварных швов и основного металла трубопровода, путем экспонирования трубопровода с последующим автоматическим формированием, обработкой и визуализацией восстановленного из двух проекций рентгеновского изображения позволяет повысить достоверность и точность неразрушающего рентгеновского контроля.

Дополнительную точность контроля обеспечивает автоматическая отметка дефектов на трубопроводе непосредственно в процессе контроля за счет введения дефектоотметчика, расположенного внутри системы перемещения и позиционирования, а также синхронное перемещение системы перемещения и позиционирования, в продольном и радиальном направлениях обеспечивающих контроль трубопровода по спирали.

Автоматическая идентификация и ранжирование выявленных дефектов и аномалий на полученных рентгенограммах, в том числе определение глубины залегания дефектов совершается путем использования специализированной программы.

На чертежах схематично представлено изображение заявляемого устройства.

На фиг.1 вид сверху.

На фиг.2 вид спереди.

Устройство для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов, предназначенное для реализации способа неразрушающего рентгеновского контроля, содержит систему позиционирования и перемещения 3, предназначенную для радиального и продольного перемещения вокруг трубопровода 4, которая установлена соосно трубопроводу 4, охватывая его, при этом на диаметрально-противоположных сторонах системы позиционирования и перемещения 3 установлены источник излучения 1 и приемник излучения 2. Источник излучения закреплен под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода, в систему позиционирования и перемещения 3 введен механизм изменения угла поворота 7, соединенный с приемником излучения 2, и дефектоотметчик 8, который расположен внутри системы позиционирования и перемещения 3. Система перемещения и позиционирования 3 содержит датчики (на чертежах не показаны), следящие за радиальным и продольным движением системы перемещения и позиционирования 3, что позволяет оператору вовремя устранять перекос системы перемещения и позиционирования 3 на трубопроводе 4 при ее продольном перемещении. Информация с датчиков (на чертежах не показаны) системы позиционирования и перемещения 3 и приемника излучения 2 передается на блок управления и регистрации 5, расположенный на безопасном, от влияния рентгеновского излучения, расстоянии - не менее 25 метров от контролируемого трубопровода 4. Устройство для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов имеет автономный источника питания 6. Для более равномерного вращения системы позиционирования и перемещения 3 вокруг трубопровода 4 нижняя часть системы позиционирования и перемещения 3 может быть снабжена пластиной-вставкой 9 (фиг.2), при помощи которой создается замкнутый контур системы позиционирования и перемещения 3.

Способ неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов основан на преобразовании энергии рентгеновского излучения, прошедшего через трубопровод 4, в видимое изображение, с последующей фиксацией изображения трубопровода 4, с передачей сигнала по каналу связи к блоку управления и регистрации 5 и отображением полученной информации на экране монитора (на чертежах не показан) с последующей обработкой в компьютере (на чертежах не показан), входящих в состав блока управления и регистрации 5.

Заявляемый способ реализуется через заявляемое устройство следующим образом.

Система позиционирования и перемещения 3 устанавливается на трубопроводе 4. Оператор подает команду с блока управления и регистрации 5 источнику излучения 1, закрепленному под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода. Источник излучения 1 формирует сколлимированный до размеров области регистрирующей части приемника излучения 2 пучок рентгеновского излучения. Пучок излучения, проходя через трубопровод 4, создает на приемнике излучения 2 сигнал, который соответствует рентгеновскому изображению, при этом система позиционирования и перемещения 3 обеспечивает равномерное движение в продольном и/или радиальном направлении, формируя непрерывное изображение сварного шва или основного металла трубопровода на мониторе (на чертежах не показан). При радиальном сканировании система позиционирования и перемещения 3 обеспечивает вращение источника излучения и приемника излучения на 360 градусов вокруг трубопровода 4, после чего система позиционирования и перемещения 3 движется продольно по трубопроводу, при этом также совершается сканирование трубопровода. Оператор, при обнаружении дефектов и необходимости более точного определения характеристик дефектов, путем подачи сигнала на механизм изменения угла поворота 7, изменяет угол поворота приемника излучения 2 от 0 до 25 градусов, к примеру, влево к сканируемой поверхности трубопровода 4 (фиг.1). Проводится повторное сканирование. Затем оператор изменяет угол поворота приемника излучения 2 от 0 до 25 градусов, к примеру, вправо к сканируемой поверхности трубопровода 4 и подает сигнал для движения системы позиционирования и перемещения 3 в обратном направлении. По завершению сканирования получают два изображения одного и того же участка трубопровода 4 снятых под разными углами. По двум проекциям проводится восстановление рентгеновского изображения участка трубопровода, в результате которого, на экране монитора (на чертежах не показан) блока управления и регистрации 5 визуализируется восстановленное рентгеновское изображение сварного шва или основного металла трубопровода 4, что позволяет не только выявлять и определять вид дефектов и их линейные размеры в одной плоскости, но и определять их геометрическую форму и размеры в объеме, а также глубину их залегания во внутреннем объеме основного металла или сварного шва трубопровода 4. Непосредственно во время сканирования, с использованием специализированного программного продукта, автоматически анализируются результаты контроля, обеспечивается регистрация, идентификация и определяется глубина залегания дефектов, а также отмечается наличие дефекта на рентгенограмме. Далее система перемещения и позиционирования 3 осуществляет движение продольно вдоль трубопровода 4 и шаги сканирования повторяются. Если система перемещения и позиционирования 3 совершает синхронное продольное и радиальное движение путем синхронизированного движения продольного и радиального приводов движения (на чертежах не показаны), то исследуемый трубопровод сканируется по спирали. При спиральном перемещении задается шаг спирали и устройство перемещается на один оборот по спирали, а при необходимости более точного определения характеристик дефектов оператор запускает устройство по спирали в обратном направлении, а затем устройство автоматически перемещается в продольном направлении в точку начала обратного спирального перемещения.

Дефектоотметчик 8, расположенный внутри системы позиционирования и перемещения 3, представляющий собой, например управляемый краскопульт, при обнаружении дефекта, получает сигнал на отметку дефектного участка, который подается оператором с блока управления и регистрации 5 в момент обнаружения дефекта.

Устройство для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов обеспечивает возможность диагностирования трубопроводов диаметром от 500 мм до 1400 мм. Система перемещения и позиционирования 3, является сменной.

Оборудование на систему позиционирования и перемещения крепится при помощи быстроразъемных соединений, к примеру, муфт.Переустановка системы позиционирования и перемещения 3 на другой диаметр трубопровода 4 осуществляется, примерно, за 20 мин.

Перемещение и работа системы позиционирования и перемещения 3 задается специальной программой. Результаты контроля систематизируются и хранятся в компьютере и других электронных носителях информации, что позволяет визуализировать и распечатывать изображения области дефекта или аномалий трубопровода.

Заявляемый способ был реализован при помощи устройства для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов, состоящего из:

- источника излучения 1, в качестве которого использован источник излучения моноблочного устройства, например, РАП 220-5 фирмы ООО «Фотон»;

- приемника излучения 2, который был разработан специально для заявляемого устройства на базе полупроводниковых детекторов и монокристаллов, и представляет собой дискретно-линейный детектор, который обеспечивает высокую дозовую и дефектоскопическую чувствительность за счет геометрических и плотностных характеристик, усиления сигнала и подавления помех, с чувствительностью не более 2% для стали толщиной до 40 мм, что соответствует 1 классу чувствительности для сварных соединений по ГОСТ 7512-82;

- системы позиционирования и перемещения 3, в которой используются приводы радиального и продольного перемещения, состоящие из двигателей, контроллеров управления и механических передач (на чертежах не показаны), что позволяет обеспечить точное позиционирование и перемещение источника излучения 1 и приемника излучения 2 при контроле трубопровода 4;

- автономного источника питания 6, предназначенного для питания устройства для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов в полевых условиях, к примеру, был выбран источник питания типа ESE 706 HS/A-GT ES компании ENDRESS (Германия);

- блока управления и регистрации 5, который был составлен из компьютера, содержащего специализированный программный продукт, монитора и пульта управления (на чертежах не показаны).

Устройство для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов позволяет осуществить диагностическое сканирование поверхности трубопроводов и обработку полученной информации с высокой скоростью. Так в результате проведенных экспериментов время полного оборота вокруг трубопровода с получением и полной обработкой изображения сварного шва длиной 3 м, составило не более 180 сек. Максимальная толщина стенки трубопровода определяется мощностью источника излучения и чувствительностью приемника излучения.

Устройство для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов создано компактным с минимальным весом, (к примеру, систему позиционирования и перемещения возможно установить на объект вручную силами двух человек), поэтому не требуется подъемно-транспортных механизмов при его погрузке, разгрузке, монтаже и демонтаже. Монтаж и демонтаж устройства занимает не более 20 мин.

Заявляемая группа изобретений обеспечивает закрепление источника излучения под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода в системе позиционирования и перемещения и многоракурсное просвечивание объекта за счет изменения угла поворота приемника излучения, что позволяет повысить качество контроля, а именно, обеспечение более высокого качества изображения исследуемого сварного шва и/или основного металла трубопровода, автоматическую идентификацию и ранжирование выявленных дефектов и аномалий на полученных рентгенограммах, в том числе определение глубины залегания дефектов.

Таким образом, применение заявленного способа неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов и устройства для его реализации позволяет повысить достоверность и качество контроля исследуемого трубопровода, что приводит к обеспечению эксплуатационной надежности трубопроводов.

Использование: для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов. Сущность: заключается в том, что выполняют вращение системы позиционирования и перемещения вокруг трубопровода, его просвечивание с помощью установленных на диаметрально-противоположных сторонах системы позиционирования и перемещения рентгеновского источника излучения и приемника излучения, при этом рентгеновский источник излучения устанавливают под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода, и при обнаружении дефекта осуществляют изменение угла поворота приемника излучения, относительно поверхности трубопровода, производят повторное просвечивание трубопровода до получения объемного изображения дефекта, и по результатам просвечиваний устанавливают вид, форму и глубину залегания дефекта. Технический результат: повышение качества изображения исследуемого трубопровода, достоверности и точности его контроля. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов, основанный на вращении системы позиционирования и перемещения вокруг трубопроводов, его просвечивания с помощью установленных на диаметрально-противоположных сторонах системы позиционирования и перемещения рентгеновского источника излучения и приемника излучения, отличающийся тем, что рентгеновский источник излучения устанавливают под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода и при обнаружении дефекта осуществляют изменение угла поворота приемника излучения относительно поверхности трубопровода, производят повторное просвечивание трубопровода до получения объемного изображения дефекта и по результатам просвечиваний устанавливают вид, форму и глубину залегания дефекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приемник излучения поворачивают относительно поверхности трубопровода на угол в пределах от 0 до 25 градусов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят синхронное радиальное и продольное перемещение системы позиционирования и перемещения относительно трубопровода.

4. Устройство для неразрушающего рентгеновского контроля трубопроводов, содержащее блок управления и регистрации, систему позиционирования и перемещения, которая установлена соосно трубопроводу, охватывая трубопровод, рентгеновский источник излучения и приемник излучения, установленные на диаметрально-противоположных сторонах системы позиционирования и перемещения, отличающееся тем, что источник излучения закреплен под углом не более 15 градусов относительно поверхности трубопровода, и в систему позиционирования и перемещения введен механизм изменения угла поворота, соединенный с приемником излучения.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что он дополнительно снабжен дефектоотметчиком, расположенным внутри системы позиционирования и перемещения.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что дефектоотметчик выполнен в виде управляемого краскопульта.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что система позиционирования и перемещения выполнена замкнутой.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что нижняя часть системы позиционирования и перемещения снабжена пластиной-вставкой.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что система позиционирования и перемещения выполнена разомкнутой.

10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что блок управления и регистрации выполнен в виде компьютера, соединенного с монитором и пультом управления.