СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ РАССЛОЕНИЙ СТЕНОК ТРУБ Российский патент 2013 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к диагностированию стенок труб и может использоваться при выявлении внутренних расслоений стенок труб эксплуатирующихся трубопроводов.

Известен способ выявления внутренних расслоений стенок труб, заключающийся в разрезании стенки трубы и обнаружении расслоений визуально на травленой или нетравленой поверхности реза [Конакова М.А., Бирилло И.Н., Осенняя Т.Н. О влиянии расслоений металла на работоспособность магистральных газопроводов // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2007. - №1. - С.45-48].

Основным недостатком способа является необходимость разрушения объекта контроля.

Известен способ акустико-эмиссионного (АЭ) контроля технического состояния трубопровода, заключающийся в том, что по длине трубопровода размещают АЭ преобразователи, нагружают трубопровод, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по параметрам сигналов акустической эмиссии судят о степени поврежденности трубопровода, отличающийся тем, что трубопровод оснащают стационарными АЭ преобразователями, каждый из которых установлен в герметичный защитный корпус и прижат с тарированным усилием к телу трубопровода посредством прижимной оснастки через обеспечивающую максимальный акустический контакт АЭ преобразователя с телом трубопровода контактную смазку, и содержит кабель с разъемом на конце, помещенный в защитный корпус и выведенный через защитный канал на поверхность земли, при этом коммутируют АЭ преобразователь с заданной периодичностью с мобильной аппаратной частью АЭ системы [см. патент РФ №2207562, МПК⁷ G01N 29/14, опубл. 27.06.2003].

Недостатком способа является значительная трудоемкость и длительность процедуры контроля, а при наличии на контролируемом участке трубопровода несколькихвидов акустически активных дефектов (трещины, внутренние расслоения), невозможность выделения акустических сигналов, возникающих в трубопроводе вследствие наличия каждого из дефектов.

Известен способ термографического обнаружения дефектов сплошности в твердом теле, заключающийся в тепловом воздействии на объект контроля и регистрации на наружной поверхности возникающего теплового поля [Завидей В.И., Зотов К.В. Новые методы и приборы в неразрушающем контроле расслоений металла трубопроводов и сосудов при работе в сероводородной среде // ].

Недостатком этого способа является необходимость применения высокочувствительных (не менее 0,03°C) тепловизионных систем, позволяющих оценивать тепловое поле на контролируемой поверхности, а также тарировочных эталонов для интерпретации результатов контроля.

Известен способ ультразвукового обнаружения внутренних несплошностей, взятый нами в качестве прототипа, заключающийся в подготовке контролируемой поверхности трубы к ультразвуковому контролю, сканировании ее ультразвуковым преобразователем, подключенным к прибору (толщиномеру, дефектоскопу), и выявлении мест расслоений по показаниям прибора [РД 24.200.13-90 Трубы стальные бесшовные. Методика входного ультразвукового контроля сплошности].

Недостатком способа является невозможность распознавания вида дефекта (внутреннее расслоение стенки, коррозионное или эрозионное утонение поверхности трубы) при отсутствии доступа к внутренней поверхности трубы для осуществления визуального контроля ее состояния.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего нивелировать недостатки прототипа.

Технический результат, проявляющийся при осуществлении изобретения, выражается в повышении точности выявления внутренних расслоений стенок труб при наличии доступа только к наружной поверхности трубы.

Поставленная задача и технический результат в способе выявления внутренних расслоений стенок труб, включающем подготовку поверхности трубы к ультразвуковому контролю, сканирование ее ультразвуковым преобразователем, подключенным к прибору (толщиномеру, дефектоскопу), и выявление мест расслоений по показаниям прибора решается тем, что на контролируемую поверхность наносят координатную сетку, выполняют измерения толщины стенки трубы в каждой ячейке координатной сетки последовательно двумя преобразователями с разными рабочими частотами, определяют наличие внутреннего расслоения на основании разности значений толщины стенки, регистрируемых в каждой ячейке координатной сетки двумя преобразователями, и изменения количества ячеек со значениями толщины, составляющими 20…80% от номинального значения толщины стенки трубы, при этом преобразователи должны различаться рабочими частотами не менее чем в два раза, размер ячеек координатной сетки не должен превышать удвоенный диаметр пьезопластины преобразователя, а идентификационным признаком внутреннего расслоения является изменение значений толщины не менее чем на 10%, определенное исходя из значений, зарегистрированных двумя датчиками в точке контроля, и изменение не менее чем в 1,5 раза количества ячеек с показаниями, составляющими 20…80% от номинального значения толщины стенки.

Для понимания сущности предлагаемого изобретения отмечаем, что способ основан на возможности ультразвуковых волн отражаться от дефекта или его огибать в зависимости от соотношения длины волны и геометрических размеров дефекта.

Способ реализуют следующим образом. Подготавливают поверхность трубы для ультразвукового контроля, наносят на контролируемую поверхность координатную сетку, измеряют в центре каждой ячейки координатной сетки толщину стенки трубы ультразвуковым прибором с датчиком с большей рабочей частотой, определяют количество ячеек N₁, в которых значения толщины стенки составляют 20…80% от ее номинального значения, измеряют в ячейках координатной сетки толщину стенки толщиномером с датчиком с меньшей рабочей частотой, определяют количество ячеек N₂, в которых значения толщины стенки составляют 20…80% от ее номинального значения, определяют значение отношения N₁/N₂ и изменение показаний толщиномера Δδ в каждой точке контроля, выявляют наличие внутренних расслоений по значениям отношения N₁/N₂ и Δδ. При этом идентификационным признаком внутреннего расслоения является изменение значений толщины Δδ в точке контроля не менее чем на 10%, а отношение количества ячеек с показаниями, составляющими 20…80% от номинального значения толщины стенки, не менее чем в 1,5 раза.

Пример.

В процессе проведения ультразвуковой толщинометрии элементов надземной трубопроводной обвязки (наружный диаметр 720 мм, номинальная толщина стенки 15,5 мм) компрессорной станции был обнаружен трубный элемент, имеющий на участке размером 210×150 мм значения толщины 6,1…9,4 мм (39,4…60,6% от номинального значения толщины стенки). В том случае, если зарегистрированные значения обусловлены уменьшением толщины стенки трубного элемента, то он подлежит замене вследствие недостаточной прочности, а если зарегистрированные значения обусловлены наличием внутреннего расслоения стенки, то трубный элемент не требует замены, так как обладает прочностью, достаточной для обеспечения дальнейшей безопасной эксплуатации.

Для определения причины появления аномальных значений толщины стенки трубного элемента использовали два пьезоэлектрических преобразователя (далее - ПЭП) с рабочей частотой 5,0 и 2,5 МГц, имеющими диаметр пьезопластины 12 и 8 мм соответственно. Для проведения измерений на наружную поверхность контролируемого участка трубного элемента была нанесена координатная сетка с размером ячеек 10×10 мм.

На фиг.1 показаны результаты ультразвуковой толщинометрии (мм) участка трубного элемента при измерении ультразвуковым толщиномером УТ-93П с пьезоэлектрическим преобразователем с рабочей частотой 5,0 МГц, на фиг.2 показаны результаты ультразвуковой толщинометрии (мм) того же участка ультразвуковым толщиномером УТ-93П с пьезоэлектрическим преобразователем с рабочей частотой 2,5 МГц.

Количество точек контроля на участке: 315.

При проведении измерений в точках контроля ультразвуковым толщиномером УТ-93П с ПЭП с рабочей частотой 5,0 МГц значения толщины составили: в 115 точках контроля 15,3…15,4 мм, в 200 точках контроля 6,1…9,4 мм (39,4…60,6% от номинального значения толщины стенки), т.е. N₁=200.

При проведении измерений в точках контроля ультразвуковым толщиномером УТ-93П с ПЭП с рабочей частотой 2,5 МГц значения толщины составили: в 310 точках контроля 15,4…15,5 мм, в 5 точках контроля 8,8…9,6 мм (56,8…61,9% от номинального значения толщины стенки), т.е. N₂=5.

Отношение количества ячеек координатной сетки со значениями толщины стенки, составляющими от 20 до 80% номинальной толщины стенки трубного элемента, равно N₁/N₂=200/5=40.

Изменения показаний толщиномера Δδ в каждой точке контроля при использовании ПЭП с рабочими частотами 5,0 МГц и 2,5 МГц определяли по формуле:

$$\Delta \delta =\frac{|{\delta }_{\mathrm{5,0}}-{\delta }_{\mathrm{2,5}}|}{\min ({\delta }_{\mathrm{5,0}};{\delta }_{\mathrm{2,5}})}100\%$$ ,

где δ_5,0; δ_2,5 - значение толщины стенки, зафиксированное в точке контроля толщиномером при использовании ПЭП с рабочими частотами 5,0 и 2,5 МГц соответственно.

Изменения показаний толщиномера Δδ в ячейках координатной сетки составили 10,5…154,1%.

Таким образом, Δδ=10,5…154,1%, N₁/N₂=40, т.е. в стенке трубы выявлены внутренние расслоения.

Для проверки достоверности заявляемого способа был выполнен демонтаж 12 элементов трубопроводной обвязки, у которых после реализации заявляемого способа выявлено наличие внутренних расслоений стенок и проведено определение наличия вида дефектов путем визуального контроля внутренних поверхностей элементов, а также поверхностей реза, выполнявшихся на участках трубных элементов с аномальными значениями толщины.

Результаты экспериментальной проверки на всех 12 объектах подтверждают достоверность заявляемого способа.

Использование: для выявления внутренних расслоений стенок труб. Сущность заключается в том, что осуществляют подготовку поверхности трубы к ультразвуковому контролю, сканирование ее ультразвуковым преобразователем, подключенным к прибору, и выявление мест расслоений по показаниям прибора, при этом на контролируемую поверхность наносят координатную сетку, выполняют измерения толщины стенки трубы в каждой ячейке координатной сетки последовательно двумя преобразователями с разными рабочими частотами, определяют наличие внутреннего расслоения на основании разности значений толщины стенки, регистрируемых в каждой ячейке координатной сетки двумя преобразователями, и изменения количества ячеек со значениями толщины, составляющими 20…80% от номинального значения толщины стенки трубы. Технический результат: повышение точности выявления внутренних расслоений стенок труб при наличии доступа только к наружной поверхности трубы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ выявления внутренних расслоений стенок труб, включающий подготовку поверхности трубы к ультразвуковому контролю, сканирование ее ультразвуковым преобразователем, подключенным к прибору, и выявление мест расслоений по показаниям прибора, отличающийся тем, что на контролируемую поверхность наносят координатную сетку, выполняют измерения толщины стенки трубы в каждой ячейке координатной сетки последовательно двумя преобразователями с разными рабочими частотами, определяют наличие внутреннего расслоения на основании разности значений толщины стенки, регистрируемых в каждой ячейке координатной сетки двумя преобразователями, и изменения количества ячеек со значениями толщины, составляющими 20…80% от номинального значения толщины стенки трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что идентификационным признаком внутреннего расслоения является изменение значений толщины стенки трубы не менее чем на 10%, определенное исходя из значений, зарегистрированных двумя датчиками в точке контроля, и изменение не менее чем в 1,5 раза количества ячеек координатной сетки с показаниями, составляющими 20…80% от номинального значения толщины стенки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения проводят ультразвуковыми преобразователями с рабочими частотами, различающимися не менее чем в два раза.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер ячеек координатной сетки не должен превышать удвоенного диаметра пьезопластины преобразователя.