Ответы на вопросы. Учебнометодическое пособие для выполнения лабораторных работ по дисциплине Техническая диагностика объектов транспорта и хранения углеводородов
 Скачать 5.85 Mb.
|
|
Амплитудный заключается в установлении фиксированного и плавающего уровня дискриминационного порога UП, ниже которого сигналы АЭ аппаратура не регистрирует. Фиксированный порог устанавливается при наличии шумов постоянного уровня, плавающий – переменного. Частотный метод подавления шумов заключается в фильтрации сигнала, принимаемого приемниками АЭ, с помощью низко- и высокочастотного фильтров (ФНЧ/ФВЧ). В этом случае для настройки фильтров перед проведением контроля предварительно оценивают частоту и уровень соответствующих шумов. Сигналы от источника АЭ типа трещины характеризуются тем, что их испускает один источник, они кратковременны, а время их поступления на преобразователи акустической эмиссии (ПАЭ) отражает расстояние до трещины. Положение источника АЭ на плоскости находят методами триангуляции. По скорости распространения волны в материале и разности времен прихода сигнала на разные ПАЭ рассчитывают местоположение множества точек для источника АЭ, которые будут находиться на окружностях радиусами R 1 , R 2 и R 3 от соответствующих ПАЭ (рисунок 4.3). Рисунок 4.3 – Схема локации источника АЭ на плоскости 59 Характерными особенностями метода АЭ контроля, определяющими его возможности и область применения, являются следующие: - метод АЭ контроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности; - чувствительность метода АЭ контроля весьма высока. Он позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей миллиметра, что значительно превышает чувствительность других методов; - свойство интегральности метода АЭ контроля обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ контроля, неподвижно установленных на поверхности объекта; - метод АЭ контроля обеспечивает возможность проведения контроля объектов без удаления их гидро- или теплоизоляции. Для проведения контроля достаточно вскрыть изоляцию только в местах установки преобразователей, что многократно снижает объем восстановительных работ; - метод обеспечивает возможность проведения дистанционного контроля недоступных объектов, таких, как подземные и подводные трубопроводы, аппараты закрытых конструкций и т.п.; - метод позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов и имеет меньше ограничений, связанных с их свойствами и структурой; АЭ метод может быть использован также для оценки скорости развития дефекта и, соответственно, оценки остаточного ресурса контролируемого объекта. Регистрация АЭ позволяет определить образование свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках и фланцевых соединениях. Существенным недостатком метода является сложность выделения полезного сигнала из помех, когда дефект мал. Вероятность выявления сигнала АЭ высока только при резком развитии дефекта, поэтому метод АЭ контроля рекомендуется применять в сочетании с другими методами неразрушающего контроля. 60 4.2 Акустико-эмиссионный контроль резервуаров АЭК проводится для выявления развивающихся дефектов сварных соединений и основного металла стенки и днища резервуара. Для проведения АЭ контроля резервуаров используется многоканальная АЭ система, обеспечивающая регистрацию сигналов акустической эмиссии от дефектов в сварных соединениях и основном металле трех нижних поясов стенки резервуара за один цикл проведения контроля. Перед проведением работ по АЭ контролю следует: - максимально устранить источники акустических помех; - откалибровать АЭ аппаратуру; - определить уровень шума и радиус зоны приема датчиков. При проведении АЭ контроля производится непрерывное наблюдение за поступающими данными. Если в ходе нагружения будет отмечено аномальное увеличение активности АЭ – источники АЭ IV (Е) класса опасности, то для предупреждения возникновения аварии (аварийной утечки), испытания приостанавливаются до выяснения причин обнаруженного явления. На основе полученных и обработанных данных источники АЭ в сварных соединениях и основном металле стенки резервуара оцениваются по степени опасности: I - пассивный; II - активный; III - критически активный; IV - катастрофически активный. На основе полученных и обработанных данных АЭ контроля днища источники сигнала оцениваются по степени опасности: А - очень слабая коррозия; B - ранняя стадия развития коррозии; С - локальная коррозия; D - сильная коррозия днища; E - очень сильная коррозия днища, обнаружена утечка. 61 В случае оценки состояния днища по категории Е необходимо немедленно вывести резервуар из эксплуатации и провести полную техническую диагностику. В случае обнаружения источников АЭ II, III или IV классов, или в случае, когда интерпретация АЭ источников затруднена, производится УЗ контроль участков стенки резервуара в местах обнаружения источников АЭ. Окончательная оценка выявленных источников АЭ осуществляется по результатам УЗК. Дефекты, являющиеся источниками АЭ III или IV классов недопустимы. 4.3 Аппаратура АЭ контроля Выпускаемые акустико-эмиссионные приборы и системы используются для контроля и диагностики различных промышленных объектов: магистральных и технологических трубопроводов, баллонов, сосудов давления, резервуаров нефтепродуктов, грузоподъ емного оборудования и т.д. Рисунок 4.4 – Преобразователи акустической эмиссии Преобразователи акустической эмиссии, кроме моделей во взрывозащищенном исполнении, имеют режим автоматического тестирования самого датчика, который благодаря излучению волн позволяет также производить проверку работоспособности соседних датчиков и акустико-эмиссионной системы в целом. Чувствительная пьезоэлектрическая система герметизирована специальным эластичным герметиком. Весь объем корпуса, включая электронную схему, залит 62 эпоксидным компаундом с повышенной адгезией к нержавеющей стали. Преобразователи имеют износостойкий керамический протектор или протектор из нержавеющей стали. Модели преобразователей различаются по рабочей полосе частот, напряжению питания, коэффициенту усиления предварительного усилителя, исполнению (обычное герметичное или взрывозащищенное герметичное), материалу протектора. Преобразователи акустической эмиссии крепятся на контролируемый объект с помощью магнитных прижимов. Рисунок 4.5 – Магнитные прижимы Управление системой, сбор и анализ данных обеспечивается специальными программами. Например, в программный пакет AE Studio, поставляемый вместе с акустико-эмиссионной системой входят: - «Корал» – программа и технология обработки данных акустико- эмиссионного контроля линейных объектов (линейные участки технологических и магистральных нефте-, газо-, продуктопроводов и т.д.); - «Буря» – пакет независимых одна от другой программ и технология обработки данных акустико-эмиссионного контроля объемных объектов (резервуаров, нефтяных танков, сферических оболочек и т.д.). 63 Пакет программ «Буря» предназначен для комплексной, детальной обработки акустико-эмиссионной информации, полученной в результате контроля промышленных объектов и включает в себя следующие программы обработки данных: - «Днище» – программа обработки данных акустико-эмиссионного контроля плоских днищ круглой формы, не имеющих возможности для установки на них датчиков акустической эмиссии (днища РВС). Особенностью программы является возможность использования дополнительных датчиков, которые расставляются на стенке резервуара, для фильтрации акустико-эмиссионных событий с днища от событий, произошедших в верхней части объема РВС. Рисунок 4.6 – Программа обработки данных «Днище» - «Сфера» – Программа обработки данных акустико-эмиссионного контроля сферических объектов (сферические хранилища и резервуары, сферические днища емкостей). Включает отдельную программу «Сфера-Д», необходимую для рисования карты объекта и создания файла координат расстановки датчиков на сферической поверхности с упорядоченной таблицей расстояний между при емниками. 64 - «Цилиндр» – Программа обработки данных акустико-эмиссионного контроля цилиндрических объектов (цистерн, колонн, стенок РВС). Включает отдельную программу Цилиндр-Д, необходимую для рисования карты объекта и создания файла координат расстановки датчиков на цилиндрической поверхности с упорядоченной таблицей расстояний между приемниками. Рисунок 4.7 – Программа обработки данных «Сфера» 65 Рисунок 4.8 – Программа обработки данных «Цилиндр» Рисунок 4.9 – Резервуар с характерными дефектами 66 Лабораторная работа №5: «Вибрационный метод контроля» Цель работы. Изучение основных причин и источников вибрации, а также физических параметров, характеризующих ее. Ознакомление с системами вибрационного контроля технического состояния машин и оборудования на объектах трубопроводного транспорта. 5.1 Общие положения Вибрационный метод контроля технического состояния машин (вибродиагностика) является одним из информативных и доступных методов диагностики. Применительно к оборудованию НПС вибродиагностика позволяет контролировать техническое состояние магистральных и подпорных насосных агрегатов в режиме постоянного слежения за уровнем вибрации, а также оценивать работоспособность вентиляторов, насосов систем охлаждения, маслоснабжения, отопления, откачки утечек и прочего оборудования путем периодического измерения и анализа параметров вибрации. На рисунке 5.1 приведены основные дефекты, вызывающие вибрацию насосного агрегата, локализованные по месту их проявления. 67 Ри су но к 5.1 – О сн овны е деф ект ы , вызыв ающ ие в иб рац ию на со сн ог о аг рег ата 68 Из приведенных данных следует, что большинство дефектов механической, гидродинамической и электромагнитной систем приводит к изменению вибрации насосных агрегатов. Таким образом, все дефекты насосного агрегата приводят к изменению параметров вибрации, измерив которые можно получить информацию о техническом состоянии, причинах его изменения и оценить остаточный ресурс. При эксплуатации насосных агрегатов имеет место два принципиально различных метода измерения вибраций (колебаний) при помощи датчиков измерения абсолютных колебаний и относительных колебаний. Колебания насосных агрегатов создаются преимущественно их вращающимися частями и пульсациями давления в насосе и подводящих трубопроводах. При этом, главным возбудителем колебаний является неуравновешенность роторов насоса и электродвигателя. Различают колебания трех видов. Рисунок 5.2 – Виды колебаний и места их измерения (на примере подшипника скольжения) Относительные колебания валов. Это быстрые движения вала ротора по отношению к вкладышу подшипника. Абсолютные колебания опор подшипников. Под этим подразумеваются быстрые движения вкладыша подшипника и корпуса подшипника по отношению к жесткой опорной точке в пространстве. Абсолютные колебания валов. Это быстрые движения вала ротора по отношению к жестко установленной опорной точке в пространстве. 69 В области механических колебаний приняты три измеряемые величины: - вибросмещение (амплитуда колебаний) - отклонение точки измерения от положения покоя; - виброскорость - скорость движения точки измерения вокруг своего положения покоя; - виброускорение - ускорение движения точки измерения вокруг своего по- ложения покоя. Применительно к оборудованию НПС используют только характеристики вибросмещения (амплитуду колебания) и виброскорость. При измерении вибрации предпочтение отдается тому виду колебаний, который имеет самую большую информативность. Для насосов и электродвигателей НПС оценка вибрации проводится на основе измерения абсолютных колебаний корпусов подшипников и реже относительных колебаний валов. Чтобы выяснить причины, вызывающие вибрации насосного агрегата, необходимо провести диагностические работы с частотным анализом вибраций насосного агрегата. При частотном анализе с помощью виброизмерительной аппаратуры определяются все частотные составляющие вибраций, которые вызывают колебание машины. Частотный анализ вибраций с помощью виброизмерительной аппаратуры можно осуществлять, в основном, тремя способами: гармоническим анализом вибраций, полосовым выделением частотных составляющих и при применении перестраиваемых фильтров. При гармоническом анализе вибрации виброизмерительная аппаратура сама определяет частоту вращения ротора машины, настраивает встроенный фильтр на эту частоту и фильтр «пропускает» только ту часть сигнала возмущения, которая соответствует частоте вращения ротора. Данный способ выделения гармонических составляющих вибрации является наиболее точным, но требует применения (кроме датчика вибрации) датчика, 70 определяющего частоту вращения вала машины (например, фотоэлектрического или лазерного). Более простым способом выделения частотных составляющих вибрации является применение полосовых фильтров. Встроенные полосовые фильтры настраиваются на определенную частоту, которая зависит от положения переключателя прибора. При этом фильтр пропускает полосу частот, соответствующую его характеристикам. Поэтому, изменяя положение переключателя, мы можем определить, какие частотные составляющие присутствуют в общем уровне вибрации. В ряде виброизмерительных приборов имеется перестраиваемый фильтр. Если это автоматически перестраиваемый фильтр, то прибор сам последовательно изменяет частоту пропускания фильтра, и по изменениям показаний индикатора можно определить, какие частотные составляющие и с какой величиной присутствуют в общем уровне вибрации. Однако визуально это сделать сложно. Поэтому для такого частотного анализа обычно используют самописцы, подключаемые к выходу прибора, и записывают амплитудно-частотную диаграмму, по которой впоследствии определяют отдельные частотные составляющие вибрации. Для диагностических работ можно использовать любой из этих способов частотного анализа вибрации. Конструктивно насос и электродвигатель имеют выносные подшипники, корпуса которых используются для установки датчиков вибрации и датчика измерения частоты вращения ротора. При эксплуатации насосных агрегатов необходимо проводить периодический контроль и оценку интенсивности вибрации агрегата в соответствии с нормами вибрации на них. В качестве нормируемого параметра вибрации устанавливается среднее квадратическое значение виброскорости. 71 5.2 Технические средства вибрационной диагностики машин Диагностическая аппаратура предназначается для специальной обработки вибрационного сигнала и измерения параметров вибрации: дискретизации и аналого-цифрового преобразования (АЦП) сигнала, снятия амплитудно- фазочастотных характеристик (АФЧХ) вибрации, определения гармонического спектра вибрации в линейном и логарифмическом масштабах, амплитуд и фаз гармоник, а также для запоминания исходных данных и результатов их обработки. Вибрация преобразовывается в электрический сигнал посредством датчика, связанного с объектом измерения. Для измерения абсолютной вибрации подшипников и других невращающихся элементов машины в качестве датчиков в настоящее время используются пьезоэлектрические датчики. Источником электрического сигнала таких датчиков является пьезочувствительный элемент. На рисунке 5.3 схематично изображен датчик абсолютной вибрации. 1 – пьезочувствительный элемент; 2 – сейсмическая масса; 3 – корпус датчика; 4 – объект измерения; 5 – предварительный усилитель; 6 – антивибрационный кабель; а, б – контакты подвода питания к усилителю; в, г – выход электрического сигнала Рисунок 5.3 – Конструкция датчика-пьезокселерометра 72 Пьезочувствительный элемент обычно изготавливают из специального керамического материала, он же обычно играет роль упругого элемента, на котором закреплена сейсмическая масса. Величины массы и жесткости упругого элемента, как известно, определяют собственную частоту датчика. Эта частота должна быть значительно (обычно вдвое) выше максимальной частоты измеряемой вибрации. Конфигурация элементов датчика различна. Она выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимую собственную частоту датчика, его чувствительность к вибрации и нечувствительность к поперечным составляющим вибрации. На выходе предусилителя формируется переменный электрический сигнал, пропорциональный действующему виброускорению в направлении измерения. Пьезочувствительнй элемент формирует слабый электрический сигнал, что требует установки в непосредственной близости от датчика предварительного усилителя. Для соединения датчика с предусилителем используется специальный антивибрационный кабель, поскольку в обычных кабелях может генерироваться помеха вследствие их вибрации. Длина соединительного кабеля обычно не превышает 10 м. В ряде случаев предусилитель располагается непосредственно в корпусе датчика. В этом случае говорят о вибродатчике со встроенной электроникой. Диапазон измеряемой вибрации определяется чувствительностью датчика и динамическим диапазоном предусилителя или предельным значением усиливаемого сигнала. Таким образом, основными характеристиками рассматриваемого датчика являются его чувствительность, собственная частота, диапазон виброускорений объекта, рабочий диапазон температур, помехозащищенность и нечувствительность к поперечным составляющим вибрации. Для измерения перемещений, в частности, относительной вибрации валов, используется совсем иной по используемым физическим эффектам вибродатчик – вихретоковый. На рисунке 5.4 изображена схема измерения относительной вибрации вала. 73 1 – датчик; 2 – радиочастотный кабель; 3 – УВЧ-генератор; 4 – объект измерения (вал); а, б – подвод питающего напряжения; в, г – выход электрического сигнала, пропорционального зазору Δ Рисунок 5.4 – Конструкция вихретокового измерительного канала Измерение вихретоковым методом основано на регистрации изменений электромагнитного поля в зависимости от зазора между торцом датчика, содержащего обмотку, через которую проходят вихревые токи, и электропроводящей поверхностью объекта измерения. Постоянная составляющая выходного электрического сигнала соответствует средней величине зазора между датчиком и объектом, а переменная – виброперемещению объекта. Результаты измерений зависят от толщины и электромагнитных свойств объекта в месте установки датчика, в связи с чем для каждой группы объектов с идентичными параметрами производится соответствующая настройка (тарировка) измерительной схемы. Частотный диапазон измерения вибрации вихретоковым методом ограничен сверху частотой УВЧ-генератора и собственной частотой крепления датчика. Выходной электрический сигнал направляется в измерительный блок, который осуществляет обработку сигнала в соответствии с реализуемыми функциями прибора и формирует, индицирует значения измеряемых параметров. 74 Системы вибродиагностики и вибромониторинга подразделяются на стационарные, осуществляющие необходимый контроль измеряемых параметров непрерывно (online), и системы, использующие переносную аппаратуру с ограниченным числом каналов для периодического измерения контролируемых параметров (offline). Стационарные вибродиагностические системы предназначены для: – непрерывного автоматического контроля вибрации; – сбора, обработки и хранения параметров вибрационных сигналов; – вибродиагностики дефектов оборудования в процессе его работы. Программный комплекс включает модули предварительной обработки информации, основной программный модуль и вспомогательные модули. Структурно аппаратура выполнена из функционально завершенных измерительных блоков – виброизмерительный канал с унифицированными выходами, вторичные блоки преобразователя, коммутатор с интерфейсом, IBM совместимый АЦП и программное обеспечение, использование которых возможно в различных сочетаниях в зависимости от практических задач. Программные средства обеспечивают автоматический сбор данных по параметрам вибрации во временной и частотных областях, их хранение, визуализацию и составление отчетов. Они поддерживают также функции определения тревожных состояний по всем нормируемым отклонениям вибрационных параметров (по уровню интенсивности, внезапному изменению, возникновению низкочастотной вибрации, плавному росту вибрации) и обеспечивают соответствующую сигнализацию при возникновении тревоги. Помимо каналов виброизмерений абсолютной вибрации статорных элементов (подшипников), в систему могут быть включены каналы виброизмерений и обработки сигналов относительной вибрации вала. В системах с периодическим контролем вибрации оборудования переносной аппаратурой технология контроля вибрации и вибродиагностики имеет существенные отличия. 75 Используемый прибор, как правило, представляет собой коллектор для измерения вибрации с достаточной внутренней памятью. Он содержит от одного до нескольких (обычно до 16) виброизмерительных каналов. В приборе реализуется маршрутная технология сбора данных, позволяющая в процессе измерений идентифицировать точки контроля вибрации (агрегат, номер подшипника, направление измерения). Развитое программное обеспечение включает разнообразные интеллектуальные модули для диагностики и оценки состояния оборудования в интерактивном режиме. |