Контроль трубопроводов

Повышение надежности и безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов и сосудов для транспортировки,  хранения и переработки нефтегазопродуктов требует разработки надежных методов и средств оперативного контроля их состояния в процессе эксплуатации и профилактического осмотра.

Значительная протяженность действующих коммуникаций, труднодоступность их пролегания, значительные габариты сосудов и оборудования, используемых в процессах переработки нефти и газа требует использования бесконтактных методов панорамного обзора состояния оборудования, продуктопроводов и окружающей среды, среди которых все большее распространение получает метод инфракрасной термографии. Методы  инфракрасной термографии положительно зарекомендовали себя при поиске утечек газа, определении трасс пролегания скрытых трубопроводов, обнаруживаемых с борта самолета. В меньшей степени получили развитие тепловые методы неразрушающего контроля в нефтехимической отрасли. Отсутствуют сведения о применении методов ИК-термографии для решения задач неразрушающего контроля трубопроводов и оборудования в нефтяной, газовой и химической отраслях промышленности.

Одним из наиболее характерных видов разрушения металла трубопроводов, днищ и корпусов резервуаров для хранения и переработки нефтегазопродуктов, содержащих сероводородную среду, является расслоение и охрупчивание металла и интенсивная коррозия   сварных швов.

Целью настоящей работы являлась иллюстрация возможности применения методов ИК-термографии для контроля расслоений в корпусах сосудов, трубопроводов, подвергающихся воздействию сероводородной среды.

В основе неразрушающего метода термографического обнаружения дефектов сплошности лежат закономерности распространения тепловой волны в твердом теле. При наличии участков повышенного термического сопротивления, то есть участков с трещинами и расслоениями, дефекты нарушения сплошности обнаруживаются по распределению температурного поля на поверхности объекта контроля. Для  практической реализации данного метода необходимо создание определенного теплового воздействия на объект контроля, при котором неоднородности теплового поля, реализуемые на поверхности, достаточны для практического обнаружения современными измерительными системами.

Для определения возникающих тепловых поверхностных аномалий в области существования дефектов типа расслоения, проведено численное моделирование процесса распространения тепловой волны в пластине, имеющей внутренние дефекты в виде осесимметричных разрывов материала, расположенных на различной глубине. Для повышения вероятности обнаружения дефектов использовалась методика  нестационарного теплового процесса, когда осуществляется одностороннее скачкообразное тепловое воздействие на одну из поверхностей пластины.

Результаты расчетов позволили установить значения уровней тепловых потоков и длительности теплового воздействия на поверхность дефектных образцов, при которых наступает гарантированное  обнаружение дефектов. На рис.1 представлены результаты численного моделирования нестационарного распределения температур над поверхностью кругового расслоения радиусом 10 мм в пластине из Ст.20 толщиной     20 мм с глубиной залегания 10 мм.

Как видно, с увеличением времени фиксация температурного поля от начала теплового возмущения, значение поверхностного температурного контраста, характеризующего дефект, возрастает. В зависимости от характерного  размера дефекта максимальное значение контраста достигается в некотором  временном интервале. Для характерных толщины стальной пластины 10-50 мм оптимальное время проведения измерений, соответствующее максимальному контрасту тепловой картины и наилучшему выявлению дефектов, составляет 10-80с (рис.2).

Экспериментальное определение промоделированных дефектов осуществлялось с использованием термовизионной системы AGEMA-880, расположенной на расстоянии 1 м от контролируемой поверхности. В макетах образцов из Ст.20 толщиной 20мм создавались дефекты иммитирующие круговые расслоения диаметром 10, 20 и 30 мм, расположенных  на  средней от поверхности глубине залегания, а также одного размера на глубине 7 и 15 мм. Одна из сторон поверхности натурного образца подвергалась тепловому воздействию водой, нагретой на 10оС по отношению к окружающей среде. Контроль за температурным полем в процессе теплового воздействия осуществлялся со стороны поверхности, не подвергающейся тепловому воздействию.

Применение современных тепловизионных систем с повышенной чувствительностью 0,03°С (TH-9100 PRO) и пространственной разрешающей способностью, существенно расширяет возможности практического применения метода и дает возможность уменьшить уровень теплового воздействия на объект, а во многих случаях поводить контроль наличия расслоений в стационарных условиях на действующих установках. 

канирующая система построена на принципах использования низкочастотных электромагнитных полей (Low Frequency Electromagnetic Technique (LFET). Диапазон используемых частот составляет от единиц герц до десятков килогерц.

В последнее время все большее внимание во всем мире уделяется повышению оперативности и достоверности контроля сварных стыков строящихся трубопроводов. При этом особое внимание отводится замене радиационных методов ультразвуковыми методами контроля. Самым передовым словом техники в этом направлении можно считать применение УЗ фазированных решеток.

Главным достоинством УЗ фазированных решеток можно считать возможность программного формирования диаграммы направленности ультразвукового блока, включая фокусировку, точку и угол ввода. Это позволяет, применяя один и тот же ПЭП, реализовать все схемы контроля, применяемые в многоэлементных системах с линейным сканированием. Например, контроль прямым и однократно отраженным лучом, схема тандем, TOFD и т.д.

Дефектоскоп X-32 - это первый портативный ультразвуковой прибор для неразрушающего контроля, в котором  применены преобразователи на фазированных решетках и самая современная микроэлектронная база. Его интерфейс нагляден и удобен в работе, а многочисленные функции, реализованные в нем, облегчают и оптимизируют процесс контроля:

            Наличие 32 активных элементов обеспечивает получение высокой пространственной разрешающей способности, что позволяет получать распределения и точные размеры дефектов;

            Возможность использования до 128 элементов (с дополнительным блоком мультиплексирования M-box), что позволяет осуществлять мультиплексирование (линейное сканирование);

            Оперативное выполнение секторного сканирования (S-скан) при проведении производственного контроля;

            Наличие режимов одномерной эхографии (А-сканирование), двухмерной эхографии (B-сканирование), линейного (L-) сканирования и секторного (S-) сканирования) в реальном масштабе времени;

            Анализ изображений в режимах одномерной эхографии (А-сканирование), двухмерной эхографии (B- или D-сканирование), линейного (L-) сканирования и секторного (S-) сканирования

            Наличие входа для квадратурных кодировщиков положения;

            Возможность полного программирования при контроле изделий сложной формы;

            Формирование ультразвуковых пучков под более 2 000 углами для получения максимальной зоны контроля и разрешающей способности;

            Формирование прямоугольных импульсов зондирования напряжением до 200 В, обеспечивающее получение высококачественных импульсов излучения и изображений дефектов;

            Временное разрешение - 2,5 нс;

Представленные данные показывают на перспективность применения методов термографии, метода низкочастотных электромагнитных полей и метода ультразвукового контроля с применением фазированных решеток для  дефектоскопии сосудов и трубопроводов, подвергающихся интенсивной коррозии под действием агрессивных сред. К преимуществам метода термографии следует отнести безопасность, неконтактность измерений, возможность осуществления оперативного контроля состояния протяженных поверхностей, возможность применения на действующем оборудовании, в котором реализуются термические циклы. Представляется  технически  целесообразным применение описанного «панорамного» метода с локальными методами контроля, в частности, электромагнитным. Наряду  с описанными преимуществами термографический метод не свободен от недостатков, главным из которых является необходимость  обеспечения оптического доступа к поверхности контролируемого объекта, а также соблюдение требования к обеспечению однородного характера излучательных свойств поверхности объекта. Несмотря на перечисленные недостатки, которые устраняются  приемами нанесения  поверхностных покрытий, существует широкий класс объектов с возможностью его прямого применения.

 Сочетание тепловизионного метода контроля с электромагнитным  и метода УЗК на фазированных решетках позволит получать качественные результаты на действующем оборудовании без прерывания технологического процесса, а количественные данные о выявленных дефектах  до проведения ремонта.