Практическая оценка метода акустической эмиссии на технологических газопроводах

[В мире НК]

Практическая оценка метода акустической эмиссии на технологических газопроводах

Об авторах

Необходимо войти для просмотра
Харебов Владимир Георгиевич
Генеральный директор ООО «Интерюнис».

Необходимо войти для просмотра
Жуков Антон Валерьевич
Директор Филиала «Интерюнис-УРАЛ».

Необходимо войти для просмотра
Кузьмин Алексей Николаевич
Заместитель директора Филиала «Инетрюнис-УРАЛ».


Метод АЭ контроля находит все более широкое применение при диагностике различного типа трубопроводных систем в промышленности. Большинство трубопроводов отработало установленный срок и нуждается в своевременном контроле. Однако проведение такого контроля в полном объеме зачастую осложняется внешними условиями: расположением труб на большой высоте, подземными участками трубопроводов, трубопроводами в обмуровке, изоляции, проходящими в технологических каналах, вблизи стен зданий и сооружений и прочими препятствиями. Отсутствие доступа к потенциально опасным с точки зрения разрушения зонам препятствует получению полной информации о действительном состоянии объекта и в дальнейшем может привести к неблагоприятным последствиям.

В этих условиях применение интегрального метода АЭ контроля для технического диагностирования технологических газопроводов практически не имеет альтернативы [1]. Сложность применения указанного метода заключается в том, что на сегодняшний день недостаточно нормативной документации, регламентирующей подобный контроль. При этом специалистам-практикам бывает крайне затруднительно самостоятельно решать такие задачи, как определение предельных граничных условий для проведения АЭ диагностики и осуществление корректной фильтрации помех в условиях сильной зашумленности регистрируемого потока событий АЭ. В конечном итоге допущенные ошибки не позволяют корректно интерпретировать результаты контроля.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 1. Обследованный участок трубопровода​

Для решения этих вопросов специалисты компании «Интерюнис» провели ряд экспериментов по изучению свойств распространения упругих волн на реальных газопроводах диаметром 520 ÷ 1220 мм с толщинами 10 ÷ 16 мм, используя оборудование АЭ систему Лель / A-Line 32D (DDM)/ с пьезоакустическими преобразователями типа GT200. Объект исследования - газопровод (0 1220 мм, hстенки = 12 мм, сталь 19Г1С), выведенный из эксплуатации в 2008 г., представлен на рис. 1. Обследованный участок представляет собой плеть из пяти труб общей протяженностью 56 м. Схема установки ПАЭ для определения свойств распространения сигнала АЭ в ближней (ПАЭ № 1 - 4) и дальней (ПАЭ № 1, 5 - 9) зонах показана на рис. 2. В точке 1 был установлен имитатор источника АЭ сигналов производства компании «Интерюнис».

 

[В мире НК]

Необходимо войти для просмотра
Рис. 2. Схема расположения ПАЭ на обследуемом участке трубопровода

Необходимо войти для просмотра
Рис. 3. Вейвлет-спектрограмма мод S0 и А0 на восьмом ПАЭ (44,8 м)​

Основываясь на предположениях [2], в условиях дальней волновой зоны максимум спектра мощности регистрируемого АЭ сигнала в тонкостенной модели приходится на начальные моды волн Лэмба. Исходя из этого, в ходе проведения эксперимента регистрирующая аппаратура настраивалась таким образом, чтобы ее максимальная чувствительность приходилась на нулевые (симметричную S0 и антисимметричную А0) составляющие волн Лэмба [3]. В результирующем волновом потоке акустического излучения регистрировались осциллограммы поступающих на вход сигналов. Дальнейшая их обработка проводилась с применением механизма вейвлет-преобразования и расчета дисперсионных кривых волн Лэмба [4]. Эта операция производилась с применением специализированного ПО компании «Интерюнис» - пакета AL_OSC-N v.2.06. На рис. 3 (вверху) показан характерный пример осциллограммы, зарегистрированной на расстоянии 44,8 м от источника сигналов АЭ.

Соответствующие этим сигналам вейвлет-спектрограммы и дисперсионные кривые начальных мод волн Лэмба представлены ниже. Немаловажно отметить тот факт, что представленный вид сигнала четко разделяется на две характерные составляющие с различными временами прихода. При этом соответствующие этим двум составляющим спектрограммы действительно укладываются в рассчитанные для них теоретические дисперсионные кривые S0 (слева) и А0 (справа) волн Лэмба.

В результате была получена возможность идентифицировать тип распространяющихся волн, а также определить характерные моды. Кроме того, из представленных спектрограмм четко видны многочисленные помеховые составляющие волнового пакета, соответствующие, вероятно, процессам переотражения указанных мод от сварных швов и других структурных неоднородностей. Однако, как показал эксперимент, существенного искажения в форму сигнала они не вносят. На основе этой информации был создан эффективный фильтр, позволяющий по виду спектрограммы и дисперсионным кривым выделять характерные моды, соответствующие реальному источнику АЭ.

В дальнейшем не составило большого труда определить свойства регистрируемых компонент волн Лэмба. Так, при совмещении расчетных дисперсионных кривых с максимумами энергий регистрируемых мод на вейвлет-спектрограмме получаем расстояние до АЭ источника (правый верхний угол спектрограммы на рис. 3). В данном случае после выделения мод точность вычисления координаты составила 1 - 2 %.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 4. Характерный вид мод S0 и А0 через 11,2 (а); 22,4 (б); 33,6 (в); 44,6 (г); 56 м (д) от АЭ источника. Полоса пропускания фильтра аппаратуры на входе сигнала АЭ: 30 - 500 КГц​

Полученные результаты также хорошо иллюстрирует рис. 4, где представлены осциллограммы (слева) и соответствующие им спектрограммы с дисперсионными кривыми для сигналов АЭ, зарегистрированных на разных удалениях от источника. Видно, что чем дальше источник сигнала АЭ находится от регистрирующего устройства, тем большее число помех участвует в формировании результирующей спектрограммы. Однако принципиальной отличительной особенностью представленных рисунков является тот факт, что по мере удаления от источника сигнала АЭ на осциллограммах виден постепенно растягивающийся во времени фронт волны с большим количеством отдельных осцилляций, а на вейвлет-спектрограмме присутствует четкое разделение регистрируемых мод волн Лэмба и помеховых сигналов.

Необходимо войти для просмотра
Рис. 5. Характеристики распространения компонент волн Лэмба: а - затухание моды А0 и S0; б - изменение скорости в зависимости от расстояния до источника​

На рис. 5 представлены характеристики распространения волн Лэмба на обследуемом участке. Отметим, что с удалением от источника затухание сигнала уменьшается обратно пропорционально расстоянию, а свойства мод практически перестают меняться. Так, при удалении от источника на 20 м затухание симметричной компоненты уменьшается до 0,5 дБ/м, а скорость распространения достигает значения 5120 м. На расстоянии 60 м от источника АЭ сигнал уверенно фиксируется. С увеличением расстояния сигнала АЭ от источника затухание сигнала не превышает 0,1 дБ/м (рис. 5а). Отсюда сделан вывод, что максимальное расстояние между ПАЭ может достигать 100 - 120 м, что хорошо согласуется с расчетными данными [5], но для гарантированного приема АЭ сигналов рекомендуется ограничивать расстояние 70 - 80 м и, соответственно, возможен одновременный контроль одной 24 канальной системой Лель / A-Line 32D (DDM)/ до 2 км трубопроводов.

 

[В мире НК]

Необходимо войти для просмотра
Рис. 6. Схема расстановки ПАЭ и местоположение АЭ источника​

Приведем еще один пример практического применения механизма вейвлет-анализа при диагностике реального объекта. Специалисты компании «Интерюнис» в 2008 г. проводили Э контроль газопровода диаметром 520 мм с толщиной стенки 12 мм, марка стали Ст20, протяженность участка 431 м. В результате контроля на одном из участков газопровода обнаружен активный АЭ источник (рис. 6).

Необходимо войти для просмотра
Рис. 7. Вид и вейвлет-спектрограмма сигнала, принятого на ПАЭ № 2​

На рис. 7 представлен сигнал, принятый на ближайший датчик. Особенностью этого сигнала является то, что между модами S0 и А0, несмотря на достаточно большую разницу во времени прихода, происходит эффект наложения из-за большой длительности S0. Аппаратура при этом фиксирует этот эффект как один сигнал, который на осциллограмме и в стандартной постобработке также практически не разделяется. Проблема заключается в том, что сигнал, представленный на рис. 7, будет иметь скорость распространения моды S0 порядка 5050 м/с (который, однако, существенно быстрее затухает с расстоянием), поэтому сигнал, пришедший на дальний канал 1, будет иметь скорость моды А0 порядка 3200 м/с. Из этого следует, что координаты источника будут вычислены неверно. Погрешность в этом случае достигает 2 м! При большем удалении АЭ источника от ПАЭ погрешность будет возрастать. По виду вейвлет-спектрограммы на рис. 7 (внизу) видно, что компоненты, несмотря на большое количество шумов, имеют четкое разделение, а максимум спектра мощности приходится на антисимметричную нулевую компоненту А0 волны Лэмба, которая смещена вправо. С помощью вейвлет-анализа и теоретически рассчитанных дисперсионных кривых определяем компоненты волн Лэмба, при этом точность определения координат дефекта достигает 2 - 3 %.

Выводы

С применением специального программного обеспечения компании «Интерюнис» отработаны на практике современные механизмы обработки и анализа сигналов АЭ на реальных трубопроводных системах.

Установлены граничные условия проведения АЭ контроля технологических газопроводов, повышающие вероятность обнаружения дефекта и точность определения их местоположения.

Представленные в статье результаты могут быть положены в основу как конкретных методических рекомендаций для диагностики газопроводов различного назначения, так и при разработке мониторинговых диагностических систем.

Литература

1. Шип В. В., Муравин Г. Б., Чабуркин В. Ф. Вопросы применения метода АЭ при диагностике сварных трубопроводов. - Дефектоскопия. 1993. № 8. С. 17-23.

2. Егоров Н. Н., Тоом К. Э. Использование поверхностных и нормальных волн в ультразвуковой дефектоскопии. - Контроль и диагностика. 2004. № 6. С. 6.

3. Викторов И. А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. - М.: Наука, 1966. 169 с.

4. Терентьев Д. А., Елизаров С. В. Вейвлет-анализ сигналов АЭ в тонкостенных объектах. - М.: ООО «ИНТЕРЮНИС». 15 с.

5. Буденков Г. А., Недзвецкая О. В., Сергеев В. Н., Злобин Д. В. Оценка возможностей метода акустической эмиссии при контроле магистральных трубопроводов. - Дефектоскопия. 2002. № 2. С. 29-36.

 

[admin]

Харебов В.Г., Жуков А.В., Кузьмин А.Н. Практическая оценка метода акустической эмиссии на технологических газопроводах. − В мире НК. – Сентябрь 2008 г. − № 3 (41). − С. 24–26. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.

 

[avk]

Чем был заполнен газопровод?

 

[kama0256]

Чем был заполнен газопровод?

А в ответ одно молчание, видимо авторы статьи не зарегистрированы на сайте.

 

[kama0256]

Не вдаваясь в физику процесса. Навряд ли в перспективе будет применяться АЭ на технологических газопроводах КС. Теоретически, это может применяться на шлейфах, но не на самой станции, в связи со сложностью исполнительной схемы газопровода (разного рода переходами, ответвлениями, наличием СДТ, изменением нагрузки при испытаниях и т.д.). Да и на шлейфах будут проблемы с изменением нагрузки. На сегодняшний день дефекты технологических трубопроводов устраняются при капитальном ремонте при проведении экспертно-диагностических работ, когда применяется достаточный комплекс методов НК и проведение дополнительной АЭ при этом неоправдоно.

 

[kama0256]

Специалисты компании «Интерюнис» в 2008 г. проводили Э контроль газопровода диаметром 520 мм с толщиной стенки 12 мм, марка стали Ст20, протяженность участка 431 м. В результате контроля на одном из участков газопровода обнаружен активный АЭ источник (рис. 6).

А где подтверждение выявленного источника другими методами НК?: (1):

 

[PаPеR]

Чем был заполнен газопровод?

Очевидно, что газообразным продуктом.

Не вдаваясь в физику процесса. Навряд ли в перспективе будет применяться АЭ на технологических газопроводах КС. Теоретически, это может применяться на шлейфах, но не на самой станции, в связи со сложностью исполнительной схемы газопровода (разного рода переходами, ответвлениями, наличием СДТ, изменением нагрузки при испытаниях и т.д.). Да и на шлейфах будут проблемы с изменением нагрузки.

Я Вам скажу, что применяется, и с успехом. И на шлейфах, и на обвязках.
Все методы контроля взаимодополняют друг друга. АЭ отлично выявляет развивающиеся дефекты (разумеется, при грамотном подходе к проведению работ).
Сложность исполнительной схемы преодолевается грамотной расстановкой датчиков и созданием схемы локации. Как правило, речь идёт о подземном участке. Переходы и СДТ могут лишь повлиять на расстояние между датчиками (читайте затухание). С изменением нагрузки эксплуатация справляется тоже на "ура".

На сегодняшний день дефекты технологических трубопроводов устраняются при капитальном ремонте при проведении экспертно-диагностических работ, когда применяется достаточный комплекс методов НК и проведение дополнительной АЭ при этом неоправдоно.

Практика показывает, что кап.ремонт - не гарантия.
Примеры:
-развитие КРН спустя 5 лет после КРТТ в области, где нет повреждения изоляции (ответ "почему так?" найдёте в литературе);
- образование трещин в сварных швах на непроварах в корне после КРТТ (молодцы, отличный сделали ремонт);
- образование трещин в сварных швах в области стыковки участков (образование зон НДС).

 

[kama0256]

Я Вам скажу, что применяется, и с успехом. И на шлейфах, и на обвязках.

Позвольте усомниться. На сегодняшний день отсутствует стандарт общества (Газпром), регламентирующий применение АЭ на технологических обвязках КС. В СТО Газпром 2-3.5-354-2009 "Порядок проведения испытаний магистральных газопроводов в различных климатических условиях" нет ни слова про АЭ на ТТ. Основным сдерживающим применение АЭ фактором, на мой взгляд, является испытание на прочность технологических газопроводов согласно данного СТО гидравлическим давлением 1,25 Рраб. в течение 24 часов, а потом на герметичность при Рраб. в течение 12 часов. Какой оператор (если применить АЭ при испытании) выдержит такой марафон?

 

[kama0256]

-развитие КРН спустя 5 лет после КРТТ в области, где нет повреждения изоляции (ответ "почему так?" найдёте в литературе)

Голословное утверждение.

 

[kama0256]

- образование трещин в сварных швах на непроварах в корне после КРТТ (молодцы, отличный сделали ремонт)

А вот с этим согласен. Недавно был отказ только на линейке по данной причине (рентген не провели, а заключение о годности якобы отремонтированного стыка представили). На нерадивого подрядчика должен быть направлен грамотный принципиальный технадзор.

 

[PаPеR]

Позвольте усомниться. На сегодняшний день отсутствует стандарт общества (Газпром), регламентирующий применение АЭ на технологических обвязках КС. В СТО Газпром 2-3.5-354-2009 "Порядок проведения испытаний магистральных газопроводов в различных климатических условиях" нет ни слова про АЭ на ТТ. Основным сдерживающим применение АЭ фактором, на мой взгляд, является испытание на прочность технологических газопроводов согласно данного СТО гидравлическим давлением 1,25 Рраб. в течение 24 часов, а потом на герметичность при Рраб. в течение 12 часов. Какой оператор (если применить АЭ при испытании) выдержит такой марафон?

СТО Газпром 2-2.3-328-2009 "Оценка технического состояния и срока безопасной эксплуатации технологических трубопроводов КС":
А.7.1 Решение о необходимости проведения АЭК подземных
трубопроводов (в шурфах) принимается экспертной группой и
проводится в соответствии с ПБ 03-593-03.

Стандарта Общества на АЭ трубопроводов КС нет. У нас много чего в стране нет, поэтому приходится писать локальные методики, пересекающиеся с СТО Газпром 2-2.3-238-2008 «Методика акустико-эмиссионного контроля переходов магистральных газопроводов через водные преграды, автомобильные и железные дороги», и работать по ним.

Голословное утверждение.

Тут можно долго обсуждать и спорить, если не знать физику процесса образования КРН.

 

[avk]

Тут можно долго обсуждать и спорить, если не знать физику процесса образования КРН.

А вы ее знаете?

 

[PаPеR]

А вы ее знаете?

Я всего лишь придерживаюсь одной из теорий, опубликованных в научной литературе.
Книг много. Например, можно почитать Стеклова "Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением".
Посмотреть вложение Steklov_Korrozija pod naprjazheniem.zip

 

[Ленский]

Наблюдал характерную картину образования КРН-растрескивания на колёсах трактора типа К700 (резина). Жаль, что тогда не снял фото!
Точная копия аналогичного явления образования КРН на трубе газопровода!
Знакопеременная нагрузка (на боковой части оболочки резинового баллона колеса с максимумом на поверхности, как и на металлической трубе при перепадах её внутреннего давления) делает своё дело образования области множественных характерно направленных поверхностных трещин, ориентированных вдоль оси трубы и вдоль оси сгиба резины колеса, получается, независимо от природы материала, - поперёк оси растягивающе-сжимающей нагрузки, - как на трубе (преимущественно на угловой координате 6+_1 часов, где имеет место максимум деформации провиса трубы между опорами), так и на баллоне колеса - при движении колесо максимально сминается в зоне контакта с поверхностью дороги / земли.
Типичная работа циклических напряжений в суперпозиции с растягивающим напряжением вдоль оси трубопровода, и вдоль оси образующей колеса.