Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ДЕФЕКТОСКОПОВ НА ФАЗИРОВАННЫХ РЕШЕТКАХ С РОЛИКОВЫМ ДАТЧИКОМ

Антонов И.В. 1 Соколов С.С. 1 Кузовников Е.В. 1 Тарасенко А.А. 2 Чепур П.В. 2
1 ООО НПП «Симплекс»
2 Тюменский государственный нефтегазовый университет
В настоящей статье рассмотрены особенности применения дефектоскопа фирмы Olympus на фазированных решетках с роликовым датчиком. В статье приведены результаты диагностики труб DY 1220 с помощью данного оборудования. Предложены для сравнения более точные результаты диагностики дефектоскопом с локальной иммерсионной ванной Olympus HydroForm. Установлено, что альтернативный прибор имеет более высокие эксплуатационно-технические характеристики и обеспечивает большую точность измерений, это связано с отсутствием ошибок, вызванных областями потери контакта на шероховатых и геометрически искаженных участках трубопровода. Проведен анализ РД ОАО «Транснефть» по ультразвуковому контролю. По результатам проведенных опытно-промышленных диагностических измерений сделаны выводы, что применение дефектоскопа с локальной иммерсионной ванной позволяет обеспечить большую точность измерений в сравнении с применением дефектоскопа с роликовым датчиком Olympus RollerForm.
ультразвук
дефектоскоп
иммерсионная ванна
УЗ-контроль
дефектоскопия
1. Вайншток С.М., Новоселов В.В., Прохоров А.Д. и др. Трубопроводный транспорт нефти: учебник для вузов. Т. 2. – М.: ООО «Недра -Бизнес-центр», 2004. – 621 с.
2. Иванцова С.Г., Пирожков В.Г., Тарасенко А.А. Оценка ремонтопригодности длительно эксплуатируемых нефтепроводов: учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности 090700 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ». – М., 2003. – 77 с.
3. Овчар З.Н., Хоперский Г.Г., Тарасенко А.А. Региональные особенности использования покрытий для защиты внутренней поверхности металлоконструкций резервуаров от коррозии // Известия вузов «Нефть и газ». – Тюмень, 1997. – № 6. – С. 130.
4. Семин Е.Е., Тарасенко А.А. Использование программных комплексов при оценке технического состояния и проектирование ремонтов вертикальных стальных резервуаров // Трубопроводный транспорт: теория и практика. – 2006. – № 4. – С. 85–87.
5. Тарасенко А.А., Вахромкин В.И., Гайдук Ю.В. Промышленная безопасность магистрального транспорта углеводородов. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. – 540 с.
6. Тарасенко А.А., Сильницкий П.Ф., Тарасенко Д.А. Противоречия в современной нормативно-технической базе при ремонте резервуаров // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10–15. – С. 3400–3403.
7. Тарасенко А.А., Чепур П.В. Эволюция взглядов на вопросы определения величины допустимых осадок резервуаров // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12–1. – С. 67–84.
8. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Кузовников Е.В., Тарасенко Д.А. Расчет напряженно-деформированного состояния приемо-раздаточного патрубка с дефектом с целью обоснования возможности его дальнейшей эксплуатации // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9–7. – С. 1471–1476.
9. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Тарасенко Д.А. Численное моделирование процесса деформирования резервуара при развитии неравномерных осадок // Нефтяное хозяйство. – 2015. – № 4. – С. 88–91.
10. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Чирков С.В. Исследование собственной жесткости вертикального стального цилиндрического резервуара // Нефтяное хозяйство. – 2014. – № 10. – С. 121–123.
11. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Шарков А.Е., Гретченко Д.А. Технология диагностики вертикальных стальных резервуаров без снятия антикоррозионного покрытия // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9–8. – С. 1703–1708.
12. Тиханов Е.А., Тарасенко А.А., Чепур П.В. Анализ экономической эффективности диагностирования вертикальных стальных резервуаров без снятия защитного покрытия // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11–2. – С. 404–408.
13. Тиханов Е.А., Тарасенко А.А., Чепур П.В. Технико-экономическое обоснование методики диагностирования резервуаров без снятия антикоррозионного покрытия // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (с международным участием). – Тюмень, 2014. – С. 302–308.
14. Чепур П.В., Тарасенко А.А. Технология диагностики нефтегазовых объектов без снятия антикоррозионного покрытия // Геология и нефтегазоносность западно-сибирского мегабассейна (опыт, инновации): материалы Девятой Международной научно-технической конференции (посвященной 100-летию со дня рождения Протозанова Александра Константиновича). – Тюмень, 2014. – С. 11–15.
15. Шеломенцева И.В., Коломийчук И.И., Тарасенко А.А. Промышленная безопасность опасных производственных объектов. Часть 1. Общие вопросы. – Тюмень, 2012. – 400 с.

Процессы коррозии, приводящие к снижению уровня эксплуатационной надежности и постепенному разрушению газо- и нефтепроводов, а также стенок вертикальных стальных резервуаров, являются актуальной проблемой при эксплуатации объектов транспорта углеводородов. Наименее затратным и экономически выгодным является своевременное определение дефектов и повреждений стенки трубопроводов методами неразрушающего контроля (НК). Одним из наиболее распространенных методов неразрушающего контроля является акустический. На практике используются колебания звукового диапазона частот. В ультразвуковом акустическом методе – колебания свыше 16 кГц.

Распространение ультразвуковых волн зависит от качества подготовки исследуемых поверхностей и свойств границ раздела сред. Основной принцип работы всех УЗ-дефектоскопов основан на отражении волн от граничных поверхностей и неоднородностей, к которыми относятся дефекты металла. Наиболее распространенный метод НК – эхо-метод. Один прибор генерирует и принимает колебания с помощью пьезоэлектрических преобразователей ПЭП, что позволяет определять наличие дефектов, устанавливать их положение и размеры. Однако необходимо отметить, что достоверность результата измерения зависит от качества подготовки поверхности контакта, а определять характер и тип дефекта необходимо специалисту в ручном режиме. Предпочтительно применять два вида УЗК – низкочастотный и высокочастотный в зависимости от вида дефектов диагностируемого объекта. Низкочастотный метод позволяет исследовать трубопровод на большие расстояния, получив доступ лишь к участку установки прибора. Дальность диагностики может составлять до 70 метров. Для настройки требуются специалисты и наличие подробного чертежа объекта. Данный метод не позволяет определить дефекты малых размеров. Высокочастотный метод используется для оценки качества сварных швов, наличия коррозии и определения прочих типов дефектов относительно малых размеров. Для диагностики трубопроводов, как правило, используются портативные дефектоскопы с ПЭП. Импульсный эхо-метод обеспечивает высокую точность, разрешающую способность, определяет местоположения неоднородности.

pic_1.wmf

Рис. 1. Зависимость значения амплитуды от глубины отражения сигнала

Требования к проведению дефектоскопии с использованием УЗК широко представлены в федеральных (ГОСТ 23667-85 – «Контроль неразрушающий. Дефектоскопы ультразвуковые. Методы определения основных параметров»; ГОСТ Р 55724-2013 – «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые») и ведомственных нормативных документах (РД-25.160.10-КТН-016-15 – «Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов»).

Согласно РД ОАО «Транснефть» УЗК подвергаются сварные соединения трубопроводов углеродистых низколегированных сталей наружным диаметром до 1220 мм включительно и номинальной толщиной стенки от 2 до 40 мм включительно. Амплитуду эхо-сигнала от дефекта А измеряют относительно уровня, установленного при настройке браковочного уровня чувствительности (80 % высоты экрана). Если А более 80 % высоты экрана, то дефект недопустим по амплитуде. Если А от 40 до 80 % высоты экрана, то дефект допустим по амплитуде, но подлежит фиксации и требуется его оценка по протяженности. Если А менее 40 %, то дефект допустимый и фиксации не требует (рис. 1).

Согласно решению Технического совещания ОАО «Транснефть» от 15.08.2013 по внедрению дефектоскопов на фазированных решетках для выполнения работ по диагностике перемычек, участков технологических трубопроводов и участков ЛЧ МН, не подлежащих ВТД, все организации, выполняющие диагностические обследования перемычек между магистральными трубопроводами, коллекторов МНА и напорных нефтепроводов НПС (ЛПДС, ПСП), участков технологических трубопроводов и участков ЛЧ МН, не подлежащих ВТД, при проведении работ по ультразвуковому контролю основного металла должны использовать дефектоскоп на фазированных решетках с роликовым датчиком типа CWP-05-64-08-05–VEO или аналогичный, в зависимости от применяемой ультразвуковой системы.

Опыт диагностических обследований показал, что применение дефектоскопов на фазированных решетках с роликовым датчиком для обследования участков трубопроводов, описанных выше, имеет недостатки. Однако в последнее время разработаны альтернативные приборы, не входящие в перечень разрешённого к использованию оборудования на объектах ОАО «АК «Транснефть», но дающие результаты с большей степенью точности при меньших затратах времени. В ходе опытных диагностических обследований трубопроводов различного диаметра выяснилось, что наиболее подходящими для промышленного применения с экономической и технической точки зрения являются дефектоскопы с локальной иммерсионной ванной. Основное преимущество применения дефектоскопа с иммерсионной ванной заключается в том, что такая технология обеспечивает постоянный контакт прибора с поверхностью обследуемого объекта (трубопровода, стенки резервуара и т.д.) и позволяет отказаться от высоких требований к границам раздела сред до области дефекта.

Для подтверждения эффективности применения УЗ-дефектоскопа с иммерсионной ванной было принято решение провести экспериментальное диагностическое обследование трубопроводов диаметром Dн = 1220 и 530 мм, имеющих специально изготовленные тестовые дефекты. В эксперименте использованы дефектоскопы Olympus RollerFORM на фазированных решетках с роликовым датчиком и Olympus Hydroform с локальной иммерсионной ванной.

Всего было обследовано 5 участков на трубопроводе диаметром 1220 мм и толщиной 15 мм, 5 участков на трубопроводе диаметром 530 мм и толщиной 15 мм каждым дефектоскопом, длина участков – 10 метров и 15 соответственно.

pic_2.tif

а

pic_3.tif

б

Рис. 2. а – данные дефектоскопа Olympus RollerFORM; б – данные дефектоскопа Olympus HydroFORM

Оказалось, что результаты диагностики при применении дефектоскопа Olympus RollerFORM с роликовым датчиком являются адекватными только в том случае, когда поверхность исследуемого трубопровода близка к идеальной геометрической форме. При прохождении ролика через участок сварного шва результаты искажаются вследствие потери контакта с исследуемой поверхностью, т.е. сигнал, генерируемый прибором, не поступает обратно на датчик. Проблема частично решается использованием контактной жидкости, однако это все равно не приводит к устранению проблемы потери контакта. Более того, с уменьшением диаметра трубопровода результаты диагностики только ухудшаются. Это подтверждается проведенными опытами – на рис. 2, а и б представлены диаграммы, полученные при обследовании трубопровода диаметром 530 мм с помощью дефектоскопа Olympus RolerFORM, дефектоскопа с локальной иммерсионной ванной HydroFORM.

В ходе опытного применения дефектоскопа на фазированных решетках с роликовым датчиком Olympus RolerFORM выяснилось, что прибор из-за недостаточной зачистки поверхности, влияния человеческого фактора и жесткой поверхности самого ролика дает неточные результаты и пропуски участков обследуемого трубопровода диаметром Dн = 1220. На диаграмме (рис. 3, а, б) зонам потери контакта соответствуют участки белого цвета.

Проведенные опытные диагностические обследования, анализ требований НТД позволяет сделать вывод, что дефектоскоп Olympus HydroFORM с иммерсионной ванной позволяет зафиксировать все дефекты без потери контакта (области с потерями контакта при использовании Olympus RollerFORM на каждой диаграмме составляют 5–10 %), что свидетельствует о его несомненном преимуществе при диагностировании трубопроводов перед дефектоскопом с роликовым датчиком (рис. 4).

pic_4.tif

а

pic_5.tif

б

Рис. 3. а – данные дефектоскопии с участками потери контакта; б – данные дефектоскопии с участками потери контакта

pic_6.tif

Рис. 4. Данные исследования с применением дефектоскопа Olympus HydroFORM

Так как в РД ОАО «АК «Транснефть» указано, что все отклонения амплитуды выше 40 % подлежат фиксации, можно сделать вывод, что роликовый дефектоскоп уступает по точности данных исследований по сравнению с методом с локальной иммерсионной ванной. Метод с иммерсионной ванны за счет постоянного контакта между преобразователем и трубой фиксирует все отклонения амплитуды. Также метод имеет ряд преимуществ:

1. Ультразвуковому контролю могут подвергаться трубы, имеющие черновую зачистку поверхности, высадку. Применение дефектоскопа с иммерсионной ванной (в отличие от роликового) позволяет получать данные без тщательной подготовки поверхности на участках трубопроводов с грубой шероховатостью.

2. Профиль контролируемой поверхности ограничен гибкостью протектора дефектоскопа Olympus RollerFORM, что приводит к потере контакта в случае наличия кривизны тела трубопровода. С уменьшением диаметра исследуемого трубопровода: возрастает площадь потери контакта, так, участки потери контакта составляют 5–10 % от общей площади исследования при опытном использовании Olympus RollerFORM. При использовании дефектоскопа с иммерсионной ванной такие ошибки исключены.

3. ФАР-сканирование с применением дефектоскопа Olympus HydroFORM позволяет получать результаты измерений с дискретностью до 1х1 мм, что существенно снижает вероятность пропуска язвенной коррозии трубопровода. Также высокое разрешение и возможность сплошного сканирования позволяет обеспечивать точную локализацию коррозионных повреждений.

4. Повышается надежность работы преобразователя за счет того, что преобразователь может быть отнесен от поверхности трубы на достаточно большое расстояние.

5. Дефектоскоп с иммерсионной ванной позволяет фиксировать расслоения в толще материала, т.к. установлен ПЭП с частотой 7,5 МГц в отличие от 5 МГц – в Olympus RollerFORM.

Рецензенты:

Обухов А.Г., д.ф.-м.н., профессор кафедры «Высшая математика», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень;

Мерданов Ш.М., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Транспортные и технологические системы», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.


Библиографическая ссылка

Антонов И.В., Соколов С.С., Кузовников Е.В., Тарасенко А.А., Чепур П.В. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ДЕФЕКТОСКОПОВ НА ФАЗИРОВАННЫХ РЕШЕТКАХ С РОЛИКОВЫМ ДАТЧИКОМ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 5-2. – С. 241-246;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38200 (дата обращения: 19.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074