Течеискание на технологических трубопроводах применением метода акустической эмисси - Профессия «дефектоскопист» как она есть | Дефектоскопист.ру
Профессия «дефектоскопист» как она есть | Дефектоскопист.ру

Старый 18.12.2014, 21:01  
Поделиться
#1
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию Течеискание на технологических трубопроводах применением метода акустической эмисси

Об авторах


Харебов Владимир Георгиевич
Генеральный директор,
ООО «ИНТЕРЮНИС», г. Москва

Сотрудники Филиала «ИНТЕРЮНИС-Урал», Екатеринбург:



Кузьмин Алексей Николаевич

Заместитель директора, к. ф.-м. н, III уровень по АЭ контролю


Жуков Антон Валерьевич
Директор, III уровень по АЭ контролю


Стюхин Николай Федорович
Специалист лаборатории диагностики, II уровень по АЭ контролю


Опыт эксплуатации технологических трубопроводов различного назначения показывает, что невозможно полностью исключить возникновение течей. Своевременное обнаружение течи продукта, будь то газ или жидкость позволяет предотвратить возможное разрушение в трубопроводной системе и, таким образом, повысить ее эксплуатационную безопасность. Важной проблемой при этом является определение местоположения, количественных характеристик течей и причин их образования. В частности, принципиально важным является ответ на вопрос, образовалась течь на несплошностях и негерметичности запорно-регулирующей арматуры, фланцевых и других соединений, либо речь идет об утечках на локальных дефектах эксплуатационного характера, таких как сквозные трещины и коррозионные повреждения. Несвоевременное выявление и локализация течей на эксплуатационных повреждениях трубопроводов приводит, как правило, к весьма серьезным и зачастую необратимым последствиям.

Следует отметить, что применяемые методы течеискания на трубопроводах (масс-спектрометрия, акустическое контактное течеискание) предназначены для поиска и определения местоположения сквозной утечки продукта, однако, для обнаружения утечек на ранних стадиях зарождения и течей с малым раскрытием они ограниченно применимы. Вопрос же причины образования течей при использовании этих методов вообще не рассматривается. В то же время эта задача представляется весьма актуальной и востребованной, особенно в мониторинговых системах. Есть основания полагать, что для ее решения успешно может быть применен метод акустической эмиссии (АЭ) [1]. В настоящей работе предпринята попытка экспериментального изучения особенностей акустического излучения образовавшейся на коррозионном дефекте течи подземного участка технологического нефтепровода.
Изображения
Тип файла: jpg 01.jpg (4.0 Кб, 148 просмотров)
Тип файла: jpg 02.jpg (4.6 Кб, 144 просмотров)
Тип файла: jpg 03.jpg (3.9 Кб, 144 просмотров)
Тип файла: jpg 04.jpg (5.3 Кб, 143 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 18.12.2014, 21:04  
Поделиться
#2
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 1. Схема АЭ контроля трубопровода с применением многоканальной модульной АЭ-системы A-Line 32D производства ООО «ИНТЕРЮНИС»: цифры в скобках - номера каналов; цифры без скобок - номера шурфов; красным цветом указано место образования сквозной утечки при гидроиспытаниях (12 м от 8-го шурфа, измерительный канал 5)

Механизм образования сквозной течи

Известно, что акустическое излучение при протечке газа (жидкости) через места повреждения трубопроводов обусловлено превращением кинетической энергии струи в энергию упругих колебаний. Протечки обычно приводят к возникновению турбулентности, обусловливающей появление ультразвуковых сигналов в диапазоне частот 10 ÷ 100 кГц [2]. При этом возможности современной АЭ аппаратуры при решении задач течеискания позволяют обеспечить высокую чувствительность метода к величине утечки. Так по данным [2] предел чувствительности по раскрытию сквозного дефекта достигает 0,1 мм, по расходу жидкости (воды, нефти) 8 ÷ 25 л/ч; погрешность определения местоположения дефекта - 1 м при расстоянии между ближайшими датчиками до 100 м.


Рис. 2. Вид наружной поверхности стальной металлоконструкции, подверженной питтинговой коррозии: а - плита из нержавеющей стали, пораженная питтинговой коррозией по данным [3] (х80); 6 - поверхность трубы на исследуемом участке, подверженном питтинговой коррозии (х10)

Эти данные подтверждаются практическими исследованиями, проведенными специалистами ООО «ИНТЕРЮНИС» при гидравлическом испытании давлением подземного участка технологического нефтепровода. Схема АЭ контроля участка представлена на рис. 1. В ходе испытания еще до достижения рабочего давления между четвертым и пятым измерительными каналами на эксплуатационном дефекте образовалась течь, в результате чего давление упало до нуля. Отметим, что в месте утечки при последующем дополнительном дефектоскопическом контроле обнаружились многочисленные отслоения изоляционного покрытия в районе нижней образующей трубопровода. Повреждения изоляции образовались в результате факторов естественного старения. После вскрытия изоляции в месте утечки и удаления образовавшихся продуктов коррозии обнаружилось, что толщина трубопровода полностью соответствует паспортным значениям 15,8 мм, никаких утонений, свидетельствующих о наличии общей или язвенной коррозии, зафиксировано не было. На рис. 2 б представлен характерный внешний вид поверхности трубопровода непосредственно в месте утечки. Эта картина оказалась практически идентичной картине питтинговой коррозии (рис. 2а), особенности которой исследовались в [3]. Закономерности развития локальных коррозионных дефектов с точки зрения механики разрушения достаточно хорошо изучены, в том числе и для трубных сталей типа 17Г1С. Авторы работы [3] показали, что питтинги в трубных сталях развиваются обычно со скоростью, соизмеримой со скоростью развития общей и язвенной коррозии. Но очень часто в металлоконструкциях, работающих под действием растягивающих нагрузок, вершина питтинга является концентратором напряжений, с которого начинается коррозионная трещина. В работе [4] на примере трубопровода сырого газа сделан вывод, что развитие локального коррозионного растрескивания под напряжением. Показано, что с течением времени совокупность микротрещин может приводить к зарождению магистральной трещины вплоть до разрушения. Немаловажно также отметить тот факт, что взаимодействие микрорасслоений структуры металла с коррозионными дефектами усиливает концентрацию напряжений и проникновение среды внутрь металла. При этом оценка состояния трубопровода методом толщинометрии становится неэффективной в силу локализации разрушения, что хорошо согласуется с результатами данного исследования, о чем уже упоминалось.

Совокупность приведенных примеров позволила предположить, что сквозная утечка на диагностируемом участке образовалась именно вследствие образования и развития локальной питтинговой коррозии. При этом основными элементарными источниками АЭ в результате развития питтинговой коррозии являются, прежде всего, механизмы генерации упругих волн при образовании и росте трещин.

Результаты эксперимента


Рис. 3. Диаграммы параметров АЭ на участке нефтепровода со вскрытой утечкой между четвертым и пятым измерительными каналами по времени проведения эксперимента (ось X, с): а - средняя амплитуда сигнала; б - длительность сигнала; в - активность АЭ

Эксперимент проводился с использованием многоканальной АЭ системы A-Line 32D. Методика организации эксперимента подробно была описана в [5]. Отметим, что расстояние между ближайшими датчиками АЭ для устойчивой регистрации сигнала выбиралось существенно ниже предельно допустимого (60 - 100 м) и составляло в среднем не более 50 м. Измерения проводились в полосе частот фильтра 30 - 250 кГц, характерной для АЭ контроля линейной части магистральных трубопроводов [2]. В ходе контроля на основном металле трубной секции между четвертым и пятым измерительными каналами была выявлена течь (рис. 1) в результате образования сквозного дефекта на очаге коррозионного поражения. На рис. 3 представлены диаграммы изменения параметров АЭ: активность, длительность, амплитуда событий АЭ по времени измерения вплоть до полного падения давления на участке в результате образования течи. Давление на участке поднималось нагружающим устройством с нуля (начало измерений на графике) со скоростью 6 - 7 кгс/см2. Таким образом, к началу образования утечки давление достигло 32 кгс/см2, т. е. разрушение произошло еще до достижения рабочего давления 35 кгс/см2. Из диаграмм видно, что момент утечки соответствует взрывному увеличению значений параметров АЭ на ближайших к ней четвертом и пятом каналах. В то же время, до момента образования течи никаких предпосылок, свидетельствующих о предстоящем разрушении, выявлено не было. Напротив, уровень интенсивности и амплитуды сигналов АЭ находился на уровне пороговых значений. Такое поведение параметров АЭ хорошо согласуется с [6], где показано, что катастрофическое разрушение при коррозионном растрескивании происходит без заметных внешних предварительных признаков.

Оценка предельной дальности распространения сигнала от утечки


Рис. 4. Локационная диаграмма вскрытой утечки вблизи пятого канала измерения в условиях линейной схемы локации

В ходе эксперимента принципиально важным было на практике оценить дальность распространения упругих волн от утечки и соответственно предел чувствительности использованной аппаратуры. На рис. 4 показана полученная в реальном времени локационная диа грамма контролируемого участка трубопровода. Из этой диаграммы, которая была получена в условиях реализации линейной схемы локации, видно, что утечка устойчиво регистрируется между четвертым и пятым каналами, расстояние между которыми составило 46 м. В ходе дальнейшей постобработки и удаления ложных и переотраженных сигналов средствами программного обеспечения системы A-Line 32D был точно определен максимум локации, который с точностью 1 м пришелся в область расположения выявленной утечки. Анализ сигнала АЭ на последующих третьем и шестом каналах показал, что они также регистрируют сигнал от утечки, но в существенно ослабленном виде. Так из рис. 5 следует, что началу образования утечки соответствует незначительное повышение уровня сигнала АЭ до 24 дБ над порогом шумов в 18 дБ на обоих каналах. Видно, что уровень сигнала на этих каналах изменяется на начальной стадии образования утечки и быстро затухает задолго до спада давления. Этот факт отчасти подтверждает данные [2], где предельно допустимая дальность распространения сигнала утечки от источника до приемника составила около 80 м. Однако на практике с учетом возможностей современной АЭ аппаратуры эта цифра должна составлять не более 50 м.
Изображения
Тип файла: jpg 1.jpg (24.8 Кб, 152 просмотров)
Тип файла: jpg 2.jpg (58.4 Кб, 156 просмотров)
Тип файла: jpg 3.jpg (63.1 Кб, 158 просмотров)
Тип файла: jpg 4.jpg (23.9 Кб, 155 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 18.12.2014, 21:06  
Поделиться
#3
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 5. Изменение уровня шума АЭ на удаленных от утечки третьем и шестом измерительных каналах

Элементарные источники АЭ при образовании и развитии течи

Анализируя далее диаграмму спада активности АЭ на рис. 3, можно отметить, что с падением давления до нуля (11-я минута измерения) изменение активности АЭ, особенно на ближнем к утечке пятом канале, происходит нелинейно. Видно, что активность не только не уменьшилась до нуля, как этого следовало ожидать после спада давления, но при этом даже несколько выросла, изменился характер сигнала АЭ. На рис. 6 представлены виды характерных осциллограмм и спектра сигнала АЭ в первые секунды после образования утечки, а также после спада давления до нуля. Видно, что на начальной стадии наблюдается явно выраженный низкочастотный сигнал от утечки с высокой длительностью и малым затуханием. Напротив, после спада давления вид сигнала АЭ резко меняется: длительность уменьшается, спектр смещается в высокочастотную область. Это позволило сделать вывод о том, что тип источника АЭ также изменился. В первом случае речь, вероятно, идет о генерации упругих звуковых волн в области турбулентного движения струи [1], при этом для оценки параметров генерируемого звукового поля используется представление турбулентного потока как источника звука. Во втором случае источники, связанные с турбулентными завихрениями струи, практически нивелируются, на смену им приходит генерация упругой волны в результате действия элементарных механизмов АЭ при образовании и развитии трещин. Характерный для развития трещины сигнал представлен на осциллограмме (рис. 6-2). Отметим, что наблюдаемый сигнал регистрируется вовремя и после спада нагрузки. Есть основания полагать, что элементарными источниками АЭ в этом случае могут служить процессы, аналогичные поведению усталостных трещин при циклическом нагружении [7]. Так в работе [8] показано, что при цикле растяжения и последующем полном снятии нагрузки на берегах трещины развиваются сжимающие остаточные напряжения, т. е. трещина начинает смыкаться при некоторой положительной (растягивающей) нагрузке. В исследуемом трубопроводе в условиях эксплуатации также присутствуют постоянные циклические нагрузки, связанные с гидродинамическими процессами движения продукта в трубопроводе. Последний факт, в частности, был подтвержден экспериментально в работе [9].


Рис. 6. Осциллограммы (слева) и частотные спектры (справа) сигналов АЭ, регистрируемые в процессе эксперимента: 1 - начало образования утечки, давление 3,2 кгс/см2; 2 - непосредственно после падения давления до нуля

Результаты исследования позволили сделать вывод о том, что в рассматриваемом случае течь возникла именно по причине процессов образования и роста сквозной трещины на локальном коррозионном дефекте. Об этом свидетельствуют также и соответствующие статистические параметры потока событий АЭ (амплитудное распределение и функция распределения временных интервалов), показывающие существенные отклонения от первоначального вида на утечке, сигнал от которой имеет некоррелированный, случайный характер.

Выводы

В заключение отметим, что полученные в работе экспериментальные данные позволили создать методическую основу применения метода АЭ для оценки характера утечки на скрытых участках трубопроводов. Решение этой задачи представляется крайне важным для эксплуатации при определении степени опасности обнаруженного сквозного дефекта трубопровода и последующего принятия решения. Полагаем, что данный опыт будет также полезен разработчикам при проектировании систем мониторинга, используемых на трубопроводах различного назначения.

Литература

1. Дробот Ю. Б., Грешников В. А., Бачегов В. Н. Акустическое контактное течеискание. - М.: Машиностроение, 1989.

2. Баранов В. М., Гриценко А. И., Карасевич А. М. и др. Акустическая диагностика и контроль на предприятиях топливно-энергетического комплекса. - М.: Наука, 1998.

3. Медведева М. Л. Коррозия и защита оборудования при переработке нефти и газа. - М.: Нефть и Газ, 2005. - 312 с.

4. Ботвина Л. Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. - М.: Наука, 2008.

5. Жуков А. В., Кузьмин А. Н., Стюхин Н. Ф. Контроль трубопроводов с применением метода акустической эмиссии. - В мире НК. 2009. № 1(43). С. 29-31.

6. Баранов В. М., Губина Т. В. Применение акустической эмиссии для исследования и контроля коррозионных процессов. - М.: МИФИ, 1990.

7. Грешников В. А., Дробот Ю. Б. Акустическая эмиссия. Применение для испытания материалов и изделий. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.

8. W. Elber. Fatigue Crack Closure Under Cyclic Tension. - Engineering Fracture Mechanics. 1970. V. 2. No. 1. P. 37-45.

9. Кузьмин А. Н., Жуков А. В., Журавлев Д. Б. Акустико-эмиссионная диагностика магистральных газопроводов с применением тензометрии. - В мире НК. 2002. № 4(18). С. 60-62.
Изображения
Тип файла: jpg 5.jpg (30.6 Кб, 156 просмотров)
Тип файла: jpg 6.jpg (35.0 Кб, 149 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 19.12.2014, 12:05  
Поделиться
#4
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 4,831
Благодарил(а): 77 раз(а)
Поблагодарили: 730 раз(а)
Репутация: 688
По умолчанию

Харебов В.Г., Кузьмин А.Н., Жуков А.В., Стюхин Н.Ф. Течеискание на технологических трубопроводах с применением метода акустической эмиссии. − В мире НК. – Сентябрь 2009 г. − № 3 (45). − С. 52−55. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.
Вложения
Тип файла: pdf 45_52-55.pdf (1.62 Мб, 40 просмотров)
admin вне форума   Ответить с цитированием
Старый 26.12.2014, 08:55  
Поделиться
#5
kama0256
Свой
 
Аватар для kama0256
 
Регистрация: 03.05.2013
Сообщений: 148
Благодарил(а): 18 раз(а)
Поблагодарили: 16 раз(а)
Репутация: 16
По умолчанию

Тот факт, что АЭ великолепно обнаруживает утечки, понятно и известно давно. В моей практике, когда еще были аналоговые приборы АЭ с выводом информации на самопишущие приборы, перья самописцев зашкаливали по всем измерительным каналам и выходили из строя в момент образования утечек в изделиях. То, что авторы статьи успешно обнаружили утечку в трубопроводе, верно определили ее координаты, свидетельствует о их квалификации - флаг им в руки.
Цитата:
Сообщение от В мире НК Посмотреть сообщение
до момента образования течи никаких предпосылок, свидетельствующих о предстоящем разрушении, выявлено не было. Напротив, уровень интенсивности и амплитуды сигналов АЭ находился на уровне пороговых значений. Такое поведение параметров АЭ хорошо согласуется с [6], где показано, что катастрофическое разрушение при коррозионном растрескивании происходит без заметных внешних предварительных признаков.
Здесь тоже все верно подмечено. Тогда становится непонятным, для чего нужна АЭ, если с ее помощью не удается остановить процесс разрушения. Мы тоже в свое время ставили задачи отслеживания АЭ в процессе испытания разных изделий с целью предотвращения их разрушения, далеко не всегда это удавалась; чаще изделие разрушалось и выходили из строя преобразователи АЭ.
[quote="В мире НК;41354"]Результаты исследования позволили сделать вывод о том, что в рассматриваемом случае течь возникла именно по причине процессов образования и роста сквозной трещины на локальном коррозионном дефекте. Об этом свидетельствуют также и соответствующие статистические параметры потока событий АЭ (амплитудное распределение и функция распределения временных интервалов), показывающие существенные отклонения от первоначального вида на утечке, сигнал от которой имеет некоррелированный, случайный характер[/quote
Результаты АЭ оценены правильно, что также свидетельствует в пользу авторов статьи.
Цитата:
Сообщение от В мире НК Посмотреть сообщение
В заключение отметим, что полученные в работе экспериментальные данные позволили создать методическую основу применения метода АЭ для оценки характера утечки на скрытых участках трубопроводов. Решение этой задачи представляется крайне важным для эксплуатации при определении степени опасности обнаруженного сквозного дефекта трубопровода и последующего принятия решения. Полагаем, что данный опыт будет также полезен разработчикам при проектировании систем мониторинга, используемых на трубопроводах различного назначения.
Характер утечки и степень опасности дефекта Владелец трубопровода может спокойно определить и без АЭ, осмотрев место разрушения и получив результаты исследования образцов материала, вырезанного из очага разрушения. Время и место разрушения трубопровода тоже можно определить без АЭ по спаду давления в системе и выходу продукта на поверхность земли. Все-же мониторинг с использованием АЭ может иметь место в особо ответственных ситуациях, например в атомной промышленности и др. с целью выявления опасных развивающихся дефектов.
kama0256 вне форума   Ответить с цитированием
Старый 05.05.2015, 20:04  
Поделиться
#6
avk
Новичок
 
Регистрация: 05.05.2015
Адрес: Нижний Новгород
Сообщений: 13
Благодарил(а): 2 раз(а)
Поблагодарили: 1 раз в 1 сообщении
Репутация: 2
По умолчанию

Характер АЭ на докритической стадии зависит от "природы" трещины.
Так, усталостные трещины выявляются нормально (достаточно высокая амплитуда), а вот стресс-коррозия не очень. Так что и выбирать объекты для мониторинга АЭ надо с учетом наиболее вероятных механизмов трещинообразования.
Что до течеискания с помощью АЭ, то для жидких сред лучше подходят коррелометры (принцип тот же, а методология отработана).
avk вне форума   Ответить с цитированием
Ответ
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Допольнительные дни к отпуску. Defekt Радиографический контроль 22 17.02.2015 16:19
Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций admin Статьи о дефектоскопии 4 03.04.2014 09:57
НК как компонент стратегии минимизации рисков и затрат admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 20:45
Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при ст admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 13:30
Методология автоматизированного УЗК сварных стыков рельсов.. admin Статьи о дефектоскопии 5 21.12.2012 22:44


Опции темы
Опции просмотра

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход

VK Defektoskopist OK Defektoskopist Facebook Defektoskopist Instagram Defektoskopist YouTube Defektoskopist


Текущее время: 11:29. Часовой пояс GMT +3. Copyright ©2000 - 2020. Перевод: zCarot.
Внимание, коллеги! В целях нормальной работы форума администрация оставляет за собой право на обработку персональных данных зарегистрированных пользователей. В случае вашего несогласия просьба написать жалобу на defektoskopist.ru@gmail.com