О методах и средствах ультразвукового контроля магистральных газопроводов

Об авторах
Сотрудники ЗАО «РОСДИАГНОС- ТИКА», Санкт-Петербург:

Необходимо войти для просмотра
Комлик
Алексей Вячеславович

Технический директор, руководитель экспертной организации.
Специалист II уровня по УЗК.
Эксперт по промышленной безопасности
на объектах нефтяной и газовой промышленности.

Необходимо войти для просмотра
Агузумцян
Владимир Гарникович

Заместитель технического директора, к. т. н., с. н. с.
Специалист III уровня по акустическому виду НК.
Эксперт по промышленной безопасности
на объектах нефтяной и газовой промышленности.


Техническая диагностика и НК действующих магистральных газопроводов в значительной степени способствуют их непрерывной безаварийной работе. Контроль осуществляется с помощью проникающих в стенку трубы физических полей (ультразвукового, магнитного, электромагнитного) или специальных наносимых на поверхность веществ, которые оптически обозначают дефектные места на поверхности трубы. Преобладающим является ручной контроль. Во всех случаях проверяется участок объекта контроля, находящийся непосредственно под преобразователем (датчиком поля). При этом поверхность контроля должна быть доступна во всех точках, и требуется немало времени для выполнения полного стопроцентного сканирования.

В практике контроля газопроводов наиболее распространены вихретоковый, магнитный и ультразвуковой методы. Два первых уверенно выявляют трещиноподобные дефекты на глубине не более 5 мм от поверхности. Ультразвуковой метод позволяет выявлять как поверхностные, так и внутренние дефекты [1].

Во многих случаях поверхности действующих магистральных газопроводов, коррозионное состояние которых необходимо оценить, недоступны для сканирования. Они находятся под слоем грунта или воды, покрыты изоляцией, проходят под дорогами. В настоящее время существуют и развиваются высокопроизводительные технологии, позволяющие контролировать трубы без сканирования непосредственно над наблюдаемыми участками. Одна из них - дистанционный (дальний) ультразвуковой контроль нормальными волнами (УЗК НВ) [2]. Его физической основой является применение нормальных (волноводных) волн в цилиндрической оболочке. Это группа волн с разными свойствами и сложным распределением амплитуды в сечении стенки трубы.

В зависимости от назначения газопровода и минимального размера обнаруживаемого дефекта применяют низкочастотный УЗК НВ и высокочастотный УЗК.


Низкочастотный УЗК НВ. Затраты на контроль существенно снижаются, если удается контролировать десятки метров трубы за одну установку преобразователей. При этом труба остается в грунте, а очистка изоляции производится на небольшом участке, достаточном для установки датчиков (рис. 1). Контроль осуществляется эхо-методом с помощью волн, распространяющихся вдоль трубы на значительные расстояния, при частотах 10 - 200 кГц. При этом используются:

• продольные L-волны с колебаниями частиц в плоскости, параллельной направлению распространения волны и перпендикулярной поверхности трубы;

• крутильные (торсионные) 7-волны с колебаниями частиц в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны и параллельной поверхности трубы.

Отсутствие составляющей смещения, перпендикулярной поверхности трубы, позволяет использовать 7-волны для контроля труб, закопанных в грунте и/ или заполненных жидкостью [3].

Возбуждение и прием сигналов производится с помощью пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), плотно прижимаемых с помощью механических или пневматических бандажей к предварительно очищенной поверхности трубы (рис. 2а).

В зависимости от состояния трубы, ее окружения и частоты возбуждаемых колебаний дальность контроля может составить от 5 до 80 м. Помимо эхо-сигналов от дефектов наблюдаются сигналы, отраженные от тройников, гибов, поворотов, сварных швов, хомутов, врезок и т. д., причем зачастую дальность контроля ограничивается местоположением таких элементов (рис. 2 б). Для идентификации сигналов необходимы опытные специалисты и подробный чертеж контролируемого газопровода. Наличие изоляции, толщина покрытия, общая поверхностная коррозия, окружающая среда (грунт, вода) заметно снижают дальность контроля. При определенных условиях минимально выявляемый дефект составляет 2 % от площади поперечного сечения трубы, т. е. коррозионное поражение глубиной 20 % от толщины стенки будет обнаружено в том случае, если его угловая протяженность составляет 25 - 30° или 120 мм для трубы диаметром 600 мм. Положение дефекта в окружном направлении не определяется, в осевом направлении определяется с точностью ± 50 мм.


ЗАО «РОСДИАГНОСТИКА» широко применяет оборудование с использованием низкочастотного УЗК НВ для мониторинга технического состояния магистральных газопроводов, а также трубопроводных систем различного назначения (рис. 3). Результатом работ является обнаружение локальных зон с изменением площади поперечного сечения трубопровода на труднодоступных участках, за которыми необходимо вести периодический контроль.

Высокочастотный УЗК. В газовой отрасли УЗК применяется для качества сварных швов на магистральных газопроводах высокого давления в тех случаях, когда это предписывается нормативными документами.

Проблема контроля тела трубы впервые проявилась при проведении работ по капитальному ремонту изоляционных покрытий газовых труб, в процессе которого были обнаружены характерные виды повреждений металла газопроводов - стресс- и питтинг-коррозия на внешней (реже внутренней) поверхности трубы. После поднятия трубы из грунта и качественного снятия старой изоляции перед нанесением нового изоляционного покрытия необходимо проведение стопроцентного НК всего тела трубы, а также продольных и кольцевых сварных швов.

Очевидно, что сплошной контроль тела трубы, выполняемый поточечно при перемещении оператором преобразователя вручную, вне зависимости от физического принципа контроля (ультразвуковой, вихретоковый, магнитный), требует больших временных затрат и не гарантирует выявления всех недопустимых дефектов.

В настоящее время в ОАО «Газпром» для выполнения работ по комплексному техническому диагностированию магистральных газопроводов при капитальном ремонте изоляционных покрытий обязательным является проведение автоматизированного УЗК тела трубы.


ЗАО «РОСДИАГНОСТИКА» в рамках сотрудничества с ФГУ НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н. Э. Баумана выполнило работы по автоматизированному контролю 9 км магистрального газопровода ООО «Газпромтрансгаз Санкт-Петербург» автоматизированным комплексом «АВТОКОН- МГТУ» (рис. 4). Было выявлено 132 зоны внутренних расслоений, которые подтверждены ручным УЗК, в то же время по результатам внутритрубного магнитного контроля выявлено 10 дефектных труб из числа зафиксированных «АВТОКОН-МГТУ».

Расположение дефектных зон (расстояние от кольцевого и от продольного шва) были определены сканером-дефектоскопом с высокой точностью (± 5 мм), что подтвердилось измерением границ зон расслоения на вырезанных участках газопровода.

Также были выявлены зоны с поверхностной язвенной коррозией глубиной до 2 мм, что свидетельствует о довольно высокой чувствительности прибора, рассчитанного на выявление только внутренних дефектов.

Выявленные дефектные участки были вырезаны из трассы магистрального газопровода. Учитывая тот факт, что данные дефекты невозможно оперативно выявить другими методами НК, применяемыми при комплексном техническом диагностировании, кроме как УЗК, то очевидна и неоспорима целесообразность применения сканера-дефектоскопа «АВТОКОН-МГТУ» при капитальном ремонте изоляционных покрытий магистрального газопровода.

Бригада инженеров ЗАО «РОСДИАГНОСТИКА» осталась довольна безотказной работой прибора.

Автоматизированный ультразвуковой сканер-дефектоскоп «Автокон-МГТУ» [4] предназначен для сплошного контроля тела трубы диаметром от 720 до 1420 мм с толщиной стенки от 6 до 37 мм и позволяет с вероятностью 0,95 выявлять расслоения и утонения в теле трубы. В процессе контроля ведется регистрация результатов с указанием местоположения, ориентации и типа дефекта. Производительность контроля - 2 м/мин по длине трубы. Кроме того, при контроле качества сварных соединений сканер-дефектоскоп позволяет обнаруживать дефекты размером от 0,7 мм с определением характеристик и местоположения выявленных дефектов.

Конструктивно сканер-дефектоскоп выполнен в виде автономной роботизированной системы контроля. Она малогабаритна, проста в эксплуатации, масса около 18 кг. Результаты контроля запоминаются процессором с последующим переносом на ПК для дальнейшей распечатки и создания базы данных.

Авторы выражают благодарность академику РАН, проф. Н. П. Алешину и члену-корреспонденту РИА канд. техн.наук М. В. Григорьеву за методическую и практическую помощь в освоении автоматизированного комплекса «АВТОКОН-МГТУ» для контроля основного металла и сварных соединений магистральных газопроводов.

Литература

1. Пасси Г. Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций. - В мире НК. 2003. № 4(22). С. 43-49.

2. Cawley P., Lowe S., Alleyne D. N., Pavla kovich B. The use of guided waves for rapid screening of pipe-work. - In: 16th WCNDT / Book of Abstracts. - Montreal: 2004, p. 124.

3. Kwin H., Kim S. Y., Light G. M. Long-Range Guided Wave Inspection of Structures Using the Magnetostrictive Sensor. - J. Korean Soc. for Nondestructive Testing. 2001. V. 21. P. 383-390.

4. Алешин Н. П., Сыркин М. М., Григорьев М. В., Козлов Д. М. Автоматизированный сканер-дефектоскоп «Автокон-ЭМА-МГТУ». - Сварка. Диагностика. 2009. № 4. C. 28-30.

Комлик А.В., Агузумцян В.Г. О методах и средствах ультразвукового контроля магистральных газопроводов. − В мире НК. – Декабрь 2009 г. − № 4 (46). − С. 16−17. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.