Эффективное решение для обнаружения термически-усталостного растрескивания во врезках трубопроводов

Обеспечение бесперебойной работы трубопроводов, ответственных за транспортировку содержимого по различным участкам технологической установки, зависит от регулярной экспертизы трубопроводов, включая все ответвления (врезки). Для получения максимальной производительности и экономического эффекта необходимо выполнять неразрушающий контроль таких труднодоступных участков трубопроводов с применением современных технологий контроля. В Российской Федерации требования к контролю качества трубопроводов процессе изготовления, ремонта и эксплуатации устанавливает целый ряд нормативной документации, например: Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности, утвержденные приказами Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15 декабря 2020 года N 535, от 11 декабря 2020 года N 517, ГОСТ 32569-2013, СТО Газпром 2-2.4-083-2006, РДИ 38.18.016-94, РД 34.17.302-97 и т.д.

1 - ЗАДАЧА

Совершенствование традиционной методики контроля труднодоступной внутренней поверхности ответвлений (врезок) трубопроводов.

2 - ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Технология ультразвукового контроля с применением фазированных решеток совершенствует существующие методики контроля

3 - ПРЕИМУЩЕСТВА

Передовое оборудование для ультразвукового контроля обеспечивает лучший охват труднодоступных участков и позволяет получить дополнительную информация о дефектах для более обоснованного принятия решения

ЗАДАЧА

Термическое усталостное растрескивание или повреждение является реальной угрозой для соединений ответвлений (врезок) трубопроводов.

Ультразвуковой контроль с применением традиционных технологий (отображение эхо-сигналов от дефектов в виде А-скана) является, на данный момент, методом НК для обнаружения данного типа дефектов.

Традиционный подход к неразрушающему контролю таких соединений - это ультразвуковой контроль по касательной к ответвлению трубопровода (врезки).

Оператор (дефектоскопист) выполняет контроль с применением традиционных одноэлементных преобразователей для обнаружения трещин, развивающихся в интересующей области контроля.

Хотя такая технология доказал свою успешность в обнаружении подобных дефектов, очень часто геометрия некоторых ответвлений (врезок) усложняет процедуру контроля и может ограничить полный охват интересующей зоны, которую требуется проконтролировать с необходимой достоверностью.

Кроме того, определение размеров повреждений (дефектов) почти всегда является нерешаемой задачей.

Рис. 1: Термическое усталостное растрескивание

Рис. 2: Стандартный вид зоны контроля соединений врезок

Рис. 3: Традиционная схема прозвучивания врезки

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Технология ультразвукового контроля фазированными решетками (ФР) использует линейную матрицу (набор) пьезоэлементов, отдельно расположенных в корпусе одного преобразователя. Каждый элемент имеет отдельный генератор для последовательного независимого возбуждения с точной временной задержкой. Благодаря фазовой интерференции волновых фронтов от каждого соседнего элемента может быть сформирована объемная волна, направлением излучения и фокусировкой которой можно управлять.

Результатом является два способа сканирования: секторное или линейное. Линейное сканирование: построение изображения B-Скана (E-Скана) производится путем озвучивания материала под определенным углом падения через электронное переключение выбранной апертуры (набора активных элементов) в пределах всей линейной решетки, число элементов которой превышает размер апертуры.

Секторное сканирование: построение изображения S-Скана производится путем озвучивания материала под различными углами ввода в определенном диапазоне при фиксированной апертуре.

Технология ультразвукового контроля ФР с применением секторного сканирования была опробована в лабораторных испытаний. Для реализации испытаний были изготовлены образцы с искусственными дефектами в виде пропилов. Оператор размещал линейную ФР в те же положения, что и при традиционном контроле для сравнения. Для этого были использованы прибор M2M Gekko ® 64:128, 16-элементная ФР, частотой 4 МГц и наклонной призмой с углом 42 градуса.

Во-первых, угол отверстия трубы в каждом сечении был индивидуален, наибольшая амплитуда сигнала от угла получилась в положениях 90° и 270° (рис. 2). Настройка дефектоскопа с ФР производилась таким образом, чтобы обеспечить контроль всего сечения отверстия в трубе. Далее ФР была повернута к касательной врезки. При отсутствии пропила в зоне контроля индикации на S-скане отсутствовали. При обнаружении пропила, небольшими поворотами ФР, добивались максимальной амплитуды сигнала.

Затем оператор (дефектоскопист) измерял обнаруженные дефекты (пропилы) с помощью идентифицированных сигналов, образованных вершиной и двугранным углом между донной поверхности и стенкой дефекта (пропила). Оператор (дефектоскопист) идентифицировал сигналы, являющиеся следствием дифракции, что позволяло проводить измерения между двумя сигналами. Измерение размера требует, чтобы операторы держали ФР перпендикулярно дефекту/отражателю и оценивали длину с помощью абсолютного (или относительного) метода измерения размеров (следует отметить, что из - за сложности конструкции соединения радиальный размер определяется с погрешностью + / - 5 миллиметров (0,2 дюйма).

Все пропилы были успешно выявлены во всех испытуемых образцах благодаря увеличению зоны контроля за счет применения секторного сканирования. Следует отметить, что дефекты должны быть благоприятно ориентированы для обнаружения.

Рис. 4 Секторное сканирование (слева), Линейное сканирование, установлен угол ввода 0°(справа)

Рис. 5: Секторное сканирование из положения 90°/270°

Рис. 6: Секторное сканирование с применением ФР из положения 0°/180°

Рис. 7: Сканирование по касательной, демонстрирующее отображение S-скана без наличия отражателей

Рис. 8: Оптимальное положение ФР к касательной, для обнаружения отражателя в виде пропила

Рис. 9: Пропилы в отверстии (слева), ФР с демонстрацией отображения двугранного угла и вершины пропила (справа)

Рис. 10: Секторное сканирование в положении 90°/270° на образце толщиной 35 мм—диапазон углов качания от 40° до 70°, демонстрирующее полный охват зоны контроля: отверстия трубы, угла врезки и отверстия ответвления (врезки)

Рис. 11: Секторное сканирование в положении 0°/180° на образце толщиной 35 мм—диапазон углов качания от 40° до 65°, демонстрирующее полный охват зоны контроля: отверстия трубы, угла врезки и отверстия ответвления (врезки)

Описанная методика ультразвукового контроля с ФР была реализована на реальных объектах и подтвердила все результаты контроля, полученные с применением традиционного ультразвукового контроля.

Рис. 12: Ориентация ФР для обнаружения дефекта, расположенного в положении 225°

Рис. 13: Отображение трещины на S-скане дефектоскопа с ФР, расположенной в положении 225°

Рис. 14: Ориентация ФР для обнаружения дефекта, расположенного в положении 135°

Рис. 15: Отображение трещины на S-скане дефектоскопа с ФР, расположенной в положении 135°

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ

Ультразвуковой контроль с применением Фазированных решеток зарекомендовал себя как очень мощный инструмент для обнаружения, определения размеров и визуализации термических усталостных трещин, обнаруженных в ответвлениях (врезках) магистральных труб. Высокая угловая разрешающая способность в сочетании с высокочастотными ФР обеспечивает уникальное изображение морфологии трещины, недоступное при ручном ультразвуковом контроле.

Рис. 16: Отображение сигналов на А-скане от двугранного угла (слева) и дефекта обнаруженного по касательной (справа) при традиционном контроле

Рис. 17: Отображение трещины при выполнении сканирования ФР по касательной

---

Остались вопросы? Готовы ответить!