5. Магистральный трубопровод. Контрольная работа по дисциплине Методы и средства неразрушающего контроля оборудования Магистральный трубопровод
 Скачать 182.23 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Институт химических технологий и инжиниринга федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (филиал в г. Стерлитамаке) (ИХТИ ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Стерлитамаке) Кафедра ОНХЗ Контрольная работа по дисциплине: «Методы и средства неразрушающего контроля оборудования» Магистральный трубопровод Вариант №5 Выполнил: ст. гр. БМЗз-17-31 Сидоров М.В. Проверил: доцент Бондарь К.Е. Стерлитамак 2022 СОДЕРЖАНИЕ Введение……………………….…………………………………………………....3 1 Конструкция устройств. Классификация………………………….....................5 2 Виды дефектов в рассматриваемых изделиях. Причины возникновения …..10 3 Влияние дефектов на работу устройства (как меняются его технические характеристики)…………………………………………...……………………..11 4Способы обнаружения дефектов. Методы диагностики………………..……12 5 Диагностическое оборудование для поиска дефектов……………….………23 Заключение………………………………………………………………….…….29 Список использованных источников…………………………………………….30 ВВЕДЕНИЕ По данным статистики, полученной в ходе проведения технического диагностирования более чем 600 единиц технологических трубопроводов в период 2011-2012 гг., только каждый четвертый технологический трубопровод удовлетворяет требованиям промышленной безопасности. Доля объектов, содержащих недопустимые дефекты, достигает 78,6%. В настоящий момент большая часть технологического оборудования опасных производств отработала нормативный срок службы и находится в эксплуатации более чем 30 лет, кроме того, наблюдается стагнация в обновлении основных фондов предприятий. Дальнейшая эксплуатация оборудования возможна на основании обследования технического состояния, установления работоспособности, остаточного ресурса безопасной эксплуатации, проведением анализа экономической эффективности, с дальнейшей модернизацией и перевооружением опасных производственных объектов. Для технологических трубопроводов в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности приказом ФСЭТАН от 25.01.2013 г. № 28 отменен основополагающий документ ПБ 03-585-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов». Одновременно с этим, введенное в конце 2012 года Руководство по безопасности «Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов» Серия 03 Выпуск 67 не является нормативным правовым актом и носит рекомендательный характер. На передний план, в таком случае, согласно статье 4 ФЗ 116 выходят Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Порядок осуществления экспертизы промышленной безопасности в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности» Серия 09 Выпуск 36, утвержденные приказом ФСЭТАН от 15.10.2012 № 584. Данный документ регламентирует общие условия, принципы и содержание работ по проведению ЭПБ технологического оборудования, однако налицо отсутствие связующего рабочего документа, роль которого исполнял ПБ 03-585-03. Фактически, возникает ситуация, когда ответственность за содержание работ по проведению ЭПБ возлагается на экспертные организации, в то время как критерии оценки текущего состояния имеют рекомендательный характер, ввиду чего конкретные выводы о результатах экспертизы не могут являться обязательными с точки зрения принятия мер. В современной практике в качестве базовой концепции оценки технического состояния и остаточного ресурса технологического оборудования принят подход, установленный в методике диагностирования технического состояния и определения остаточного ресурса технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств (ДиОР - 05). Данный подход основан на принципе «безопасной эксплуатации по техническому состоянию», согласно которому оценка технического состояния рассматриваемого оборудования осуществляется по параметрам технического состояния (ПТС), обеспечивающим его надежную и безопасную эксплуатацию, а остаточный ресурс по определяющим параметрам технического состояния. В качестве определяющих параметров технического состояния принимаются параметры, изменение которых (в отдельности или совокупности) может привести оборудование в неработоспособное состояние. 1 Конструкция устройств. Классификация Магистральные трубопроводы — это сооружения, которые осуществляют транспортировку нефти, нефтепродуктов, воды, газов и прочих веществ с производства или места добычи к конечной точке применения. К магистральным трубопроводам относятся основные трубы и их ответвления. Подобные сооружения имеют классификацию и делятся, согласно ей, на множество типов. Промышленные и магистральные трубопроводы осуществляют транспортировку разного рода сырья. Газ, нефть, вода и многие другие вещества проходят по этой конструкции к местам, где их употребляют по своим нуждам бытовые и промышленные потребители, предприятия переработки и прочие объекты. Трубопроводные конструкции на сегодняшний день занимают важные позиции в инфраструктурах многих стран. Магистральные сооружения влияют на экономику, промышленность и обеспечивают жизнедеятельность населения. С каждым годом к показателям надёжности этих конструкций добавляются новые требования безопасности. Такие важные стратегические объекты выполняют задачу по обеспечению людей энергией, без которой трудно представить современную жизнь. Магистральные конструкции, которые осуществляют транспортировку различного рода продуктов, могут быть разных видов. Их типы определяют по тем или иным параметрам. В зависимости от показателей рабочего давления трубопроводы бывают: 1. І класса. 2. ІІ класса. 3. ІІІ класса. К первому классу относятся конструкции с самыми высокими показателями рабочего давления, более 25 кгс/см². Второй класс обладает средним уровнем давления — от 12 до 25 кгс/см². Давление для третьего класса является самым низким — до 12 кгс/см². Помимо этого, подобные конструкции разделяют на: магистральные; местные. Магистральные трубопроводы, как уже было сказано, осуществляют перемещение различных продуктов от мест, где их добывают, до потребителей. Местные, в свою очередь, используются для сбора природного газа и распределения его в населённых пунктах или же на производствах различной направленности. Кроме этого, существует классификация этих конструкций по диаметру. Исходя из показателей диаметра труб, выделяют 4 основных класса: I — диаметр от 1000 и до 1200 мм; II — с 500 до 1000 мм; III — от 300 до 500 мм; IV — 300 и ниже. Существует несколько разновидностей магистральных конструкций по тому, как их прокладывают: Наземные. Такой тип прокладывают на специальных опорах, используя арочный или балочный метод. В редких случаях применяется висячий метод. Подземные. Прокладка этого типа трубопроводов осуществляется в почве посредством специальных канав. Помимо этого, конструкции могут монтироваться на опорах в тоннелях. Иногда встречаются ещё два типа конструкций: подводные и плавающие. Их применяют при прокладке по дну естественных водоёмов или же на поверхности воды. Помимо этого, трубопроводы принято разделять по величине конструкции на: 1. Магистральные конструкции. Осуществляют транспорт разных веществ на многокилометровые расстояния. В большинстве случаев они переносят нефтегазовые продукты. В состав магистральных конструкций входят различные насосные установки и газораспределительные устройства. Помимо этого, они имеют линейные части и специальные агрегаты, которые выполняют подготовительную работу. Функционирование насосов осуществляется непрерывно. Сбои происходят редко, неполадки в конструкции устраняются очень быстро. 2. Технологические конструкции. Такие системы применяются на различных предприятиях. Они транспортируют необходимые для функционирования предприятия вещества: пар, газ и т. д. Помимо этого, они выполняют функцию отвода отходов производства. 3. Коммунально-сетевые трубопроводы. Применяются для переноса горячей воды или пара. Установка таких систем отличается своей сложностью. По выполняемой работе такие системы подразделяются на: транзитные, распределительные и разветвления. Виды трубопроводов по схеме производстваСхема изготовления таких систем дифференцирует их на два типа: Простые. Сложные. Первый тип имеет последовательное соединение одной конструкции без ответвлений. Сечение такой системы может быть разного диаметра. Сложные конструкции являются сетью из труб и ответвлений. Такие конструкции могут обладать последовательными, параллельными и прочими вариантами соединения элементов. Классификация трубопроводов по температуре и показателю агрессивности транспортируемого веществаПо температуре рабочей среды конструкции разделяют на три вида: Холодные трубопроводы (менее 0 °C). Нормальные сети(от +1 до +45 °C). Горячие трубопроводы (выше 46 °C). По показателю агрессивности среды бывают: слабоагрессивные; среднеагрессивные; неагрессивные. Виды транспортируемых веществ Магистральные конструкции осуществляют транспортировку огромного количества веществ в разных агрегатных состояниях. Основные из них: природные газы, а также нефтяные углеводородные; углеводородные газообразные соединения, которые были получены искусственным путём; углеводородные газы сжиженного типа; нефть, которая транспортируется по трубопроводам от главных насосных станций до мест переработки; нефтепродукты, которые были получены путем переработки сырой нефти. Материал для трубопроводных конструкций выбирают, опираясь на многие показатели. Но в первую очередь выбор материала зависит от климатических условий. Помимо этого, важным критерием выбора материала является тип среды, транспортировку которой будет производить система. В основном применяются трубы из металла и пластика. Металлические трубы могут быть чугунными или стальными. Пластиковые, в свою очередь, подразделяют на: поливинилхлоридные (ПВХ), полиэтиленовые (ПЭ), полипропиленовые и прочие. Кроме этого, можно встретить системы из бетона, асбестоцемента, керамики, стекла. Самым популярным материалом, который применяется в изготовлении труб для магистральных систем, является сталь. Стальные изделия обладают рядом преимуществ: надёжность, прочность, экономичность, простота сварки. Магистральная труба из такого материала служит, как правило, достаточно долго и надёжно. По методу производства все трубы для магистральных конструкций принято разделять на: Не имеющие шва. Имеющие продольный шов. Имеющие спиральный шов. Труба магистральная бесшовная применяется в конструкциях с диаметром до 529 мм. Сварные трубы используют с диаметром 219 мм и выше. Длина выпускаемых труб, как правило, колеблется от 10,5 до 11,6 м. Диаметр наружной поверхности и показатели толщины стенок труб подчиняются определённым стандартам. Помимо этого, все трубы для трубопроводов подразделяют по климату, в котором они применяются на: Обычные. Северные. Обычные трубы используются при строительстве конструкций в средних и южных широтах, а северные — в холодных климатических условиях. Рабочая температура для первой группы труб — 0 °C и выше. Для северных труб эксплуатационная температура — от –20 °C до –40 °C. Сталь, которая используется для трубопроводных элементов, подвергается разным вариантам обработки и является, как правило, низколегированной. 2 Виды дефектов в рассматриваемых изделиях. Причины возникновения Известно, что основными механизмами повреждения технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических, химических и других производств, в большинстве случаев, являются: коррозия (общая поверхностная, водородная, сероводородная, межкристаллитная), коррозионное растрескивание, циклический режим нагружения, ползучесть металла, изменение химического состава металла и механических свойств металла. При этом принято считать, что для оценки текущего состояния достаточно выделить доминирующий механизм повреждения, ответственность за его выбор возлагается на организацию, проводящую экспертизу промышленной безопасности. Как показывает опыт, наиболее часто причинами появления дефектов технологических трубопроводов являются нарушения режима сварочного процесса, вследствие чего происходит образование непроваров, сквозных свищей, подрезов, раковин, подповерхностных дефектов сварных соединений и т.д. (рисунок). 3 Влияние дефектов на работу устройства (как меняются его технические характеристики) Такого типа дефекты являются источникам нескомпенсированных напряжений в области сварного шва и могут инициировать дальнейшее разрушение металла при значительном снижении прочностных характеристик материала в период эксплуатации. При этом среди дефектов сварных соединений превалируют (65%) подповерхностные дефекты (внутренние трещины, непровары), обнаружение которых возможно только с использованием специализированных методов неразрушающего контроля (ультразвуковой и радиографический контроль). 14% дефектов сварных соединений составляют нарушения геометрии сварных швов: превышение валика усиления, ширины шва и т.д. Такого типа несоответствия создают дополнительные центры концентрации напряжений в сварном шве, а при совместном появлении с дефектами типа трещин и свищей могут стать источником зарождающихся разрушений в сварном соединении. Как правило, доминирующую роль в исчерпании ресурса работоспособности оборудования играет один из представленных механизмов повреждения. Оценка определяющих ПТС и доминирующего механизма повреждения производится экспертом организации, проводящей оценку технического состояния. 4 Способы обнаружения дефектов. Методы диагностики Работы по техническому диагностированию оборудования выполняются в соответствие с программой производства работ (ППР), составленной и утвержденной исполнителем и согласованной заказчиком до начала производства работ. В общем случае, ППР включает в себя комплекс мероприятий, носящий универсальный характер. Типовая программа производства работ, приведенная в нормативной документации, легитимна при выполнении определенных условий, касающихся подготовки объекта к проведению технического диагностирования. Среди таких условий выделяются наличие проектной, технической и эксплуатационной документации на объект. В реальных условиях нередки случаи отсутствия актуализированной документации, либо всего комплекса документов как такового. Поэтому стандартный подход к техническому диагностированию неприменим, необходима детализация и дополнения. Вторым немаловажным фактором, влияющим на содержание работ по ЭПБ, является техническое состояние самого объекта экспертизы, его пригодность для контроля, а также техническая возможность проведения диагностирования. В конечном счете, все эти факторы должны быть учтены при планировании работ по ЭПБ, а принятая программа технического диагностирования обоснована с точки зрения установленных требований к промышленной безопасности. В таких случаях приемлемым выходом является использование индивидуальных ППР, позволяющих учесть все особенности оборудования. Требования к содержанию работ по техническому диагностированию четко определены в существующей нормативной документации. При этом в программе производства работ, как правило, содержатся традиционные локальные методы неразрушающего контроля. Подход основан на рассмотрении наиболее нагруженных узлов и элементов, работающих в наиболее неблагоприятных условиях, при этом места контроля носят унифицированный и «стандартизованный» характер. Однако практика диагностирования показывает, что в процессе эксплуатации наиболее вероятны местные и локализованные повреждения, а не общий износ оборудования. Причинами таких повреждений являются интенсивные пластические деформации, развивающиеся в зонах перенапряжений из-за технологических дефектов, дефектов монтажа (сварка под напряжением), интенсивных очагов коррозионных повреждений, подвижек грунта, температурных и других воздействий, приводящих к неоднородным статическим и динамическим нагрузкам. Современная приборная база предлагает несколько методов для выявления мест нескомпенсированных напряжений, среди них: АЭ контроль, метод магнитной памяти металла и пр. В ходе проведения АЭ контроля неоднократно фиксировались зоны зарождения дефектов. Впоследствии дополнительные дефектоскопические исследования подтвердили наличие таких дефектов как: внутренняя усталостная трещина, питтинговая коррозия, внутренние дефекты в сварных соединениях. Каким образом сегодня осуществляется ЭПБ технологических трубопроводов? Основные акценты направлены на проведение визуального контроля поверхности, оценку остаточной толщины, выборочный контроль сварных соединений (ультразвуковой, капилярный, вихретоковый контроль и т.д.) и расчет остаточного ресурса. Основным механизмом повреждения принято считать коррозионный износ. Но опыт последних лет показывает, что в некоторых ситуациях недостаточно, лишь измерив остаточную толщину, делать вывод о работоспособности оборудования, кроме этого требуется анализ причинно-следственных зависимостей параметров технического состояния. Так, например, определена необходимость исследования напряженно-деформированного состояния трубопроводов. Избыточные, неучтенные в проекте напряжения могут являться источниками появления и развития дефектов (трещины, коррозионные повреждения). В результате чего могут образовываться такие зоны? Прежде всего, это связано с прокладкой трубопровода и выполнения проектных требований. Так, разрушение опорных конструкций, образование застойных зон, смещений и изломов трубопроводов провоцирует появление повреждений. Статистика работ последних лет (см. рис.) показывает, что доля дефектов, связанных с нарушением опорных конструкций, составляет 17% от общего числа повреждений [3]. Если учитывать также дефекты монтажа (16%), то можно сказать, что 1/3 выявляемых дефектов так или иначе связано с образованием зон избыточных напряжений в металле трубопроводов. Рассмотрим случай оценки остаточного ресурса исходя из расчета на прочность под действием внутреннего давления согласно СА 03-003-07 Расчеты на прочность и вибрацию стальных технологических трубопроводов. Данный подход основан на оценке остаточной толщины вследствие коррозионного износа стенки металла. Поскольку на настоящий момент измерения остаточной толщины носят локальный характер, говорить об общем распределении остаточной толщины нельзя. Расчет ресурса производится в сечении, для которого по результатам контроля установлен наибольший износ. Однако возможны случаи, когда реальные сечения с наибольшим утонением не соответствуют зафиксированным при контроле. Как следствие, при расчете используется усредненный подход. При проведении подобных расчетов не принимается во внимание действительное техническое состояние отдельных локальных участков трубопровода, что в конечном итоге не обеспечивает достоверной оценки его работоспособности в течение разрешенного срока. Накопленный опыт технического диагностирования опасных производственных объектов нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств дает возможность выделять особенности отдельных объектов диагностики и необходимым образом учитывать их при проведении работ по оценке текущего состояния. Особенности технического диагностирования технологических трубопроводов, транспортирующих жидкие кислоты и щелочи. Значительная часть подобных технологических трубопроводов транспортирует агрессивные среды и поскольку в этом случае значительно повышаются требования промышленной безопасности, особенно важно при проведении диагностирования соблюдать все нормативные предписания. Основным механизмом повреждения трубопроводов, транспортирующих кислоты и щелочи, является коррозионный и эрозионный износ. Поэтому особое внимание следует уделять материальному исполнению, в данном случае основным показателем к применению выступает коррозионная стойкость. В первую очередь при наружном осмотре выявляются места возможного провисания и образования застойных зон; исследуется расположение сварных швов и фланцевых соединений, арматуры, компенсаторов и дренажных устройств; проверяется наличие защитных кожухов на фланцевых соединениях. Основным требованием к прокладке является отсутствие крепления к объекту других трубопроводов (кроме теплоспутников). Кроме того, существуют ограничения на проведение гидравлических испытаний на прочность и плотность, поскольку побочные реакции при контакте воды с химически активными кислотами и щелочами недопустимы. В качестве альтернативы, возможно применение пневматических испытаний при сопровождении испытания акустико-эмиссионным контролем. Оценка технического состояния осуществляется согласно «Правила безопасности при использовании неорганических жидких кислот и щелочей». Особенности технического диагностирования технологических трубопроводов, транспортирующих аммиак. В данном случае наиболее опасными являются дефекты, возникновение которых возможно при взаимодействии углеродистых и низколегированных сталей с аммиаком, что может привести к хрупкому разрушению металла. В зоне риска находятся участки возможной концентрации напряжений: сварные соединения, зоны язвенной коррозии, зоны ремонтно-сварочных работ. При диагностировании аммиачных трубопроводов необходимо обращать внимание на возможные отклонения от требований нормативной документации и характерные дефекты, среди которых выделяются: а) несоответствие фактического конструктивного исполнения трубопроводов требованиям проекта (расположение и вид опор, геометрические размеры и формы, применение труб с размерами, не предусмотренными проектом, наличие дополнительного оборудования др.). б) коррозия наружных поверхностей труб из-за воздействия внешних коррозионных факторов, а также эрозионно-коррозионный износ внутренней поверхности труб. в) дефекты в сварных швах, которые возникли на стадии монтажа в сварных стыках труб и в процессе эксплуатации могли развиться до опасных размеров. г) дефекты типа трещин коррозионного растрескивания, которые при длительном воздействии аммиака могут возникать в сварных швах малоуглеродистых сталей, не подвергнутых термообработке. д) наличие участков трубопровода, подвергавшихся ремонту с применением сварки (или огневых воздействий) при отсутствии у владельца трубопровода требуемой технической документации на проведение таких работ (технологии, удостоверений сварщиков, методики и результатов контроля и др.); е) отсутствие сертификатов качества изделий: труб, материалов, арматуры и использование нестандартных узлов, патрубков, заглушек, отводов, фасонных деталей, изготовленных на месте монтажа, ремонта или путем переделки стандартных деталей. Поскольку на объектах, транспортирующих аммиак, внутренний осмотр существенно ограничен, предпочтительно применение акустико-эмиссионного контроля. В тех случаях, когда при неразрушающем контроле трубопровода используется акустико-эмиссионный метод, дополнительные пневматические (гидравлические) испытания могут не проводиться. Особенности технического диагностирования трубопроводов, подверженных низкотемпературной водородной (сероводородной) коррозии. Данный механизм повреждения чаще всего встречается на оборудовании, работающем с нестабильным бензином, углеводородными газами установок прямой перегонки, термического и каталитического крекингов, сжиженными пропановой и бутановой фракциями, тяжелыми нефтяными фракциями и сульфидсодержащими конденсатами. Характерным дефектом является расслоение металла с образованием в отдельных случаях вздутий (отдулин) на поверхности оборудования, что обуславливает особенности при визуальном контроле поверхности. Эффективное выявление наличия расслоений, в таком случае, возможно при интерпретации результатов ультразвуковой толщинометрии, когда велика вероятность значительных вариаций измерений, вследствие появления «ложных» донных сигналов. Если говорить о материальном исполнении водородопровода, то в этом случае необходимым является применение нержавеющей стали. Требования к канальной прокладке водородопроводов приведены в ПБ 03-598-03. Особенности технического диагностирования трубопроводов, изготовленных из полимерных материалов. Применение полимерных материалов ограничено требованиями к химической стойкости, так например, их применение запрещено в случае транспортирования вредных веществ 1 класса опасности, взрывоопасных веществ и сжиженных углеводородных газов, а также веществ, к которым материал труб химически нестоек СН 550-82. Подход к техническому диагностированию трубопроводов, изготовленных с применением полимерных материалов, базируется на контроле качества сварных и клеевых соединений, внешний вид которых должен отвечать следующим требованиям СНиП 3.05.05-84: а) валик сварного соединения, полученный в результате контактной сварки встык, должен быть симметричным и равномерно распределенным по ширине и периметру; б) валик сварного соединения не должен иметь резкой разграничительной линии, его поверхность должна быть гладкой, без трещин, газовых пузырей и инородных включений; при сварке в раструб валик должен быть равномерно распределен по торцу раструба; в) при газовой прутковой сварке поливинилхлоридных труб не должно быть пустот между прутками, пережога материала изделий и сварочных прутков, неравномерного усиления сварного соединения по ширине и высоте, а его поверхность должна быть выпуклой и иметь плавное примыкание к основному материалу; г) при склеивании труб зазор между ними должен быть заполнен клеевой пленкой, равномерно выступающей по периметру соединения. Расчет трубопроводов производится по предельным состояниям: несущей способности (прочности и устойчивости) и деформациям (для трубопроводов, величина деформации которых может ограничить возможность их применения). Особенности технического диагностирования технологических трубопроводов высокого давления. Эксплуатационные риски такого типа трубопроводов, прежде всего, связаны с высоким давлением, в связи с чем, существует ряд особенностей, касающихся сортамента применяемых материалов, требований к прокладке, а также норм расчета предельного состояния. Особое внимание при контроле уделяется соединениям трубопровода (сварным стыки, фланцевые и резьбовые соединения, прокладки), а также крепежным деталям (шпильки). Особенности технического диагностирования трубопроводов, содержащих элементы с толщиной стенки менее 4 мм. Конструктивные особенности элементов трубопроводов с толщиной стенки менее 4 мм ограничивают возможности некоторых методов НК. Так например, неприменимы утвержденные методики проведения ультразвукового контроля. В данном случае ультразвуковой контроль заменяется равнозначным ему радиографическим методом контроля сварных соединений. В качестве дополнительных вариантов выполнения контроля используют акустико-эмиссионный контроль, вихретоковой контроль и магнитопорошковый метод. Особенности технического диагностирования трубопроводов без вывода из эксплуатации. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХТРУБОПРОВОДОВ устанавливает требования к подготовке объектов контроля, среди которых, остановка, охлаждение и удаление продукта. Стоит отметить, что п. 9 «Порядок продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах» допускает возможность проведения работ по техническому диагностированию работающих (эксплуатируемых) технических устройств. На практике часто возникает необходимость в оценке текущего технического состояния без вывода оборудования из эксплуатации. Как следствие, появляются дополнительные трудности при проведении контроля, связанные с высокой температурой поверхности, невозможности проведения испытаний пробным давлением и пр. Высокие температуры приводят к образованию с внешней и внутренней стороны труб тяжелой, хрупкой окиси железа (магнитный железняк), что препятствует проведению обычных ультразвуковых измерений с применением стандартных раздельно-совмещенных датчиков. В этом случае, искривленная поверхность препятствует корректной передаче звука в материал. Современное развитие приборной базы предлагает вариант решения задачи контроля таких объектов. Так, например, применение магнитострикционного электромагнитно-акустического преобразователя (а также специальных ультразвуковых преобразователей) позволяет проводить контроль в диапазоне температур до плюс 300 оС. Кроме того, работа прибора возможна без использования контактной жидкости, что позволяет проводить контроль без снятия изоляции и подготовки поверхности. Особенности технического диагностирования трубопроводов при необходимости обеспечения 100% объема контроля. Требование обеспечения 100% контроля сварных соединений возникает в следующих случаях Серия 03 Выпуск 67: - давление трубопровода превышает 10 МПа; - трубопровод относится к I категории при температуре менее минус 70 оС; - трубопровод сварен из разнородных сталей; - при сварке трубопроводов I категории, входящих в блоки I категории взрывоопасности; - при неоднократном выявлении недопустимых дефектов сварных соединений входе ультразвукового контроля. При отсутствии технической возможности проведения требуемого объема ультразвукового контроля из-за недоступности или конструктивных особенностей трубопровода допускается использование АЭ контроля вместо регламентируемых методов неразрушающего контроля ПБ 03-593-03 Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. Решение о необходимости проведения акустико-эмиссионного контроля трубопровода с целью сокращения объемов диагностических работ традиционными методами НК, либо для получения дополнительной информации об объекте с целью принятия решения о пригодности объекта к безопасной эксплуатации принимает экспертная организация. Применение, в частности, интегрального метода акустической эмиссии – неотъемлемая составная часть концепции обеспечения 100% объема контроля технологических трубопроводов. Известно, что к числу основных причин наступления предельных состояний можно отнести накопление микроструктурных дефектов в локальных зонах концентрации пластических деформаций. К таким зонам относятся, в частности, следующие: локальные участки трубопровода, подверженные неоднородным статическим или переменным нагрузкам; коррозионные области под напряжением; зона поперечного сварного соединения и околошовная зона, находящиеся также под действием переменной или статической нагрузки. В процессе длительной эксплуатации более вероятны местные или локализованные повреждения, а не общее ухудшение свойств материала по всей длине трубопровода. Как показала практика, большая часть отказов при этом приходятся на области интенсивных пластических деформаций, развивающиеся в зонах перенапряжений из-за технологических дефектов, дефектов монтажа (сварка под напряжением), интенсивных очагов коррозионных повреждений, подвижек грунта, установки ремонтных конструкций и т.д. Совокупность динамических и статических нагрузок в процессе эксплуатации вызывает при этом локальное образование двух основных типов повреждений, приводящих в конечном итоге к разрушению объекта, ‑ это трещиноподобные дефекты и дефекты коррозионной природы. К существенному увеличению скорости развития указанных повреждений могут приводить такие эксплуатационные факторы, как проведение периодических испытаний давлением, предусмотренных действующей нормативно-технической документацией, и нарушение технологического режима и правил ремонта со стороны эксплуатирующей организации. Такие дефекты в рамках существующих методик неразрушающего контроля могут быть не обнаружены или пропущены. Практический опыт свидетельствует, что для достоверной оценки технического состояния трубопровода необходимо использовать комплексный диагностический подход с применением нескольких независимых методов контроля, в т. ч. интегральных. Особенности технического диагностирования при течеискании. В настоящее время доля дефектов трубопроводной арматуры, связанных с негерметичностью соединений, составляет 46%. Вопросы течеискания при эксплуатации технологических трубопроводов актуальны всегда. Своевременное обнаружение течи продукта позволяет предотвратить возможное разрушение. Важно при этом определить как качественные (местоположение, характер возникновения), так и количественные характеристики течи. Источниками течей трубопроводных систем могут выступать несколько зон: корпус, фланцевые соединения и уплотнения запорно-регулирующей арматуры, технологические соединения, различного рода локальные дефекты эксплуатационного характера (сквозные трещины и коррозионный повреждения). Следует отметить, что применяемые методы течеискания на трубопроводах (масс-спектрометрия, акустическое контактное течеискание) предназначены для идентификации сквозной утечки продукта, однако для обнаружения утечек на ранних стадиях зарождения и течей с малым раскрытием они ограничено применимы. Есть основания полагать, что для её решения успешно может быть применен метод акустической эмиссии. Используя известные характеристики АЭ сигналов, получаемых при наличии утечки, эмпирические зависимости этих параметров с расходом продукта, становится возможным не только зафиксировать факт утечки, но и получить ее количественные характеристики. В настоящее время для оценки технического состояния технологических трубопроводов существует детально проработанная база необходимой нормативной документации, содержащая также отраслевые руководящие документы, учитывающие многообразие и специфику современного оборудования химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Кроме того, накопленный опыт позволяет использовать развитые методики технического диагностирования с применением широкого спектра параметров оценки текущего состояния. В то же время, учитывая темпы разработки и модернизации приборов неразрушающего контроля, проведение оценки текущего состояния оборудования опасных производственных объектов является одной из самых динамично развивающихся отраслей в области обеспечения промышленной безопасности. 5 Диагностическое оборудование для поиска дефектов Для получения УЗ волн применяют пьезоэлектрические, магнитострикционные, электромагнитно-акустические и другие преобразователи. Наибольшее распространение получили пьезоэлектрические преобразователи, в которых активным элементом являются пьезоэлементы, изготовленные из монокристалла кварца или пьезокерамических материалов - титанат бария, цирконат титаната бария, сульфат лития. На поверхность пьезоэлементов наносят тонкие слои серебра, служащие электродами. При подведении к электродам переменного электрического напряжения пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания (растягивается и сжимается) с частотой электрического напряжения (обратный пьезоэффект). При воздействии на пьезоэлемент упругих механических колебаний на его электродах возникает переменное электрическое напряжение с частотой воздействующих механических колебаний (прямой пьезоэффект). Основными характеристиками пьезоэлементов являются: частотный спектр, излучаемая мощность звука, направленность излучения. Мощность звука - это энергия, передаваемая звуковой волной. При этом интенсивность звука достигает 10 Вт/см2 . Направленность излучения преобразователя - это способность его излучать волны в одном направлении. КПД преобразователей составляет 40 - 70 %. Если пьезоэлемент приложить к контролируемой детали, то в ней будут возбуждаться и распространяться упругие волны. В зависимости от режима работы генератора переменного электрического напряжения их можно получать непрерывно или в виде импульсов. Кварцевые кристаллы. Если кварцевую пластинку поместить в переменное электрическое поле, кварц будет сжиматься и расширяться. Амплитуда колебаний будет зависеть от частоты подаваемого тока. Возможны два вида колебаний: поперечные и продольные. Частота колебаний кристалла может быть очень высокой - до 50 МГц, однако при таких частотах очень тонкие кварцевые пластинки легко повреждаются. Преобразователи из титаната бария. В качестве преобразователя может использоваться титанат бария, представляющий собой керамическое вещество. Такие преобразователи крайне устойчивы к воздействию влаги и работают при температурах до 150°С. Преобразователи из сульфата лития. Такие преобразователи имеют повышенную чувствительность (в 15 раз выше, чем у кварцевых) и более высокую разрешающую способность. Это дает возможность генерировать более кратковременные акустические импульсы, что позволяет обнаруживать дефекты расположенные ближе к поверхности. Для удобства использования, во избежание механических повреждений и износа преобразователей их помещают в специальном устройстве, называемом искателем. Искатели, предназначенные для ввода УЗ волны перпендикулярно поверхности объекта, называют прямыми, а для ввода под некоторым углом - наклонными или призматическими. УЗ волны вводят в объект и принимают отраженные сигналы следующими способами: бесконтактным, контактным сухим, контактным мокрым - через тонкий слой жидкости, струйным, иммерсионным способами. При контактном способе преобразователь просто прижимают к поверхности. Если контроль ведут в звуковом диапазоне, то преобразователь и поверхность контролируемого объекта контактируют без слоя жидкости (сухой контакт). При использовании УЗ волн, для ликвидации воздушного зазора применяют промежуточную среду - тонкий слой жидкости (минеральные масла, солидол, технический глицерин, спирт, воду). Для контроля вертикальных поверхностей и при температуре воздуха выше 20°С применяют высоковязкие масла. При струйном методе между поверхностью объекта и преобразователем создают зазор, в который непрерывно подают контактную жидкость. Этот способ используют, если поверхность объекта расположена вертикально или имеет кривизну. При иммерсионном способе преобразователь и изделие полностью опускают в ванну с водой. Этот способ имеет высокую стабильность излучения и приема УЗ волн, отсутствует износ преобразователя, позволяет контролировать объекты с грубо обработанной, корродированной или защищенной покрытием поверхностью, без предварительной подготовки. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) является важнейшим элементом, определяющим достоверность контроля. По направлению ввода упругих колебаний ПЭП бывают прямые, наклонные и комбинированные. По конструктивному исполнению и способу подключения ПЭП подразделяются на совмещенные, раздельно-совмещенные, раздельные. (рис.10) Демпфер служит для гашения свободных колебаний пъезопластины, т.е. для получения коротких УЗ импульсов, а так же для защиты пластины. Вследствие малой длины, УЗ волны распространяются преимущественно по прямой линии. Именно это свойство делает УЗ волны пригодными для обнаружения дефектов. Согласно общей схеме ультразвукового контроля акустическое поле источника (излучателя) распространяется в объеме материала объекта контроля. При наличии дефекта акустическое поле изменяет свою структуру. За дефектом имеется «акустическая тень» и поверхность дефекта отражает ультразвуковые колебания. Регистрируя с помощью приемника ослабление акустической волны или появление отраженной акустической волны, можно судить о наличии дефектов в объекте контроля
а - прямой совмещенные (контактный), 1 - протектор, 2 - пъезопластина, 3 - демпфер, 4 - заливочная масса, 5 - корпус. б - прямой совмещенный с акустической задержкой, 1 - твердая задержка, 2 - пъезопластина, 3 - демпфер. в - наклонный совмещенный с акустической задержкой, 1 - призма, 2 -пъезопластина, 3 - демпфер. г - наклонный раздельно-совмещенный с акустической задержкой, 1 -призма, 2 - пъезопластина, 3 - демпфер. Рисунок 10. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь Классификация методов УЗК. Для анализа процесса распространения ультразвуковых колебаний в объектах контроля используют три основных метода, различающихся по признаку обнаружения дефекта: теневой, зеркально-теневой эхо-метод. При теневом методе признаком обнаружения дефекта служит уменьшение интенсивности (амплитуды) прошедшей через объект ультразвуковой волны от излучающего искателя к приемному. Искатели располагают на противоположных поверхностях объекта, что вызывает необходимость двустороннего доступа к объекту. Применяют в основном для проверки проката малой и средней толщины. При зеркально-теневом методе дефект обнаруживают по уменьшению интенсивности (амплитуды) отраженной от противоположной поверхности изделия ультразвуковой волны. Противоположную поверхность, зеркально отражающую ультразвук, называют донной поверхностью, а отраженный от нее импульс — донным импульсом. Этот метод не требует двухстороннего доступа к изделию, его широко используют для контроля железнодорожных рельсов и для определения корневых дефектов стыковых сварных швов. Оба теневых метода используют обычно для соединений с грубо обработанной поверхностью. При эхо-методе признаком обнаружения дефекта является прием искателем эхо-импульса, отраженного от самого дефекта. Если о наличии дефекта судят по появлению эхо-импульса от дефекта и по уменьшению донного импульса, то это значит, что контроль ведут одновременно по двум методам: эхо-методу и зеркально-теневому; и сокращенно называют эхо-теневым методом. При любом методе контроля возможно использование двух искателей, один из которых выполняет функции излучения (И), а другой -приема (П). Такая схема включения искателей называется раздельной. В то же время при импульсном излучении для зеркально-теневого и эхо-методов возможно применение одного искателя (ИП), включенного по совмещенной схеме, при котором один и тот же искатель выполняет функции излучения зондирующих импульсов и приема эхо-сигналов.
Рисунок 11 Схемы использования основных методов УЗ-контроля ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной курсовой работе рассмотрены и проанализированы основные методы технического диагностирования магистральных трубопроводов, которые нашли широкое применение в современной промышленности. Основными требованиями к средствам диагностики являются: обеспечение достаточной точности замеров, удобство и простота использования при минимальной затрате времени. Помимо различных приборов, индикаторов узкого назначения в систему диагностических средств включают комплексы электронной аппаратуры. Эти комплексы могут состоять из датчиков - органов восприятия диагностических признаков, блоков измерительных приборов, блоков обработки информации в соответствии с заданными алгоритмами и, наконец, блоков хранения и выдачи информации в виде запоминающих устройств для преобразования информации в удобный для использования вид. Список использованных литературных источников Валеев С.И., Поникаров С.И. Техническая диагностика. Казан.нац.исслед.технол.ун-т.-Казань: Изд-во Академия наук РТ, 2015.-124 с. Валеев С.И., Ларин А.А. Исследование структуры металла оборудования длительное время, находящегося в эксплуатации // В сборнике: Перспективы развития науки и образования. Сборник научных трудов по материаламМеждународной научно-практической конференции в 13 томах. Тамбов. Часть 3. 2015.С.28-30. СО 153-34.17.439-2003 Инструкция по продлению срока службы сосудов, работающих под давлением- СПО ОРГРЭС, 2003.- 23 с. Кантор Б.Я., Шупиков А.Н., Онацкий Р.Л. Разрушение цилиндрической оболочки в зоне вмятины по действием внутреннего давления // Вестник НТУ «ХПИ». – 2012.- 7 с. Кантор Б.Я., Долинский В.М., Онацкий Р.Л. Влияние вмятин на несущую способность сосудов//Вестник НТУ «ХПИ».- 2010.- 99 с. ГОСТ Р 52857.11-2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек». |
