Технология ЭМАП и управляемой волны

Выполнение неразрушающего контроля на основе использования технологий ЭМА
и управляемой ультразвуковой волны для оценки состояния трубопроводов, и участков повышенной опасности.
 

ВВЕДЕНИЕ

 Помимо транспортных магистральных трубопроводов высокого давления, на которых с успехом применяется внутритрубная диагностика с использованием методов обследования, основанных на различных физических принципах, в эксплуатации находится огромное количество газопроводов низкого давления (распределительные сети, газопроводы сбора и транспортировки попутного (компримированного) газа), технологическая обвязка компрессорных станций и ГРС, множество других объектов, на которых применение ВТД ограничено или вовсе не представляется возможным. На таких объектах для оценки технического состояния и определения остаточного ресурса эксплуатации применяется так называемая традиционная диагностика – электрометрическое обследование, измерение потенциалов ЭХЗ (если таковая имеется в наличии), шурфовки с замером сопротивления изоляции, снятие изоляции, визуальный и приборный контроль вскрытого участка трубопровода.

Но с развитием инспекционных технологий появляются современные методы контроля технического состояния, которые позволяют раздвинуть рамки традиционной диагностики и получить на несколько порядков больше информации об объекте обследования даже при использовании того же количества шурфовок, что и для традиционных методов.

МАКСИМАЛЬНЫЙ ОБЪЕМ ИНСПЕКЦИИ ИЛИ МАКСИМАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИВНОСТЬ (ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО) ОБСЛЕДОВАНИЯ?

Прежде всего несколько слов о существующей парадигме – что лучше: максимальный объем инспекции или максимальная информативность (качество) обследования? Эти два понятия носят взаимоисключающий характер, так как максимальный объем инспекции связан с увеличением скорости и производительности и соответственно со снижением чувствительности, а максимальная информативность обследования подразумевает  высокую чувствительность, точность определения параметров дефектов для оценки их опасности по определенным математическим моделям и снижение общей производительности и объемов работ, выполненных за единицу времени.

Как сочетать не сочетаемое? Выход в изменении общего подхода к диагностике:

Для увеличения чувствительности (точности) обследования и одновременно увеличения общего объема инспекции (производительности за единицу времени) необходимо на первом этапе использовать высокопроизводительные (быстрые) индикаторные дефектоскопы (сканеры), и применять инструменты с высоким разрешением только для идентификации и определения размеров выявленных аномалий. Реализовать данную задачу позволяет использование современных методов неразрушающего контроля на основе использования технологий ЭМАП и управляемой ультразвуковой волны.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ЭМАП
И УПРАВЛЯЕМОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ (УУВ)

В качестве новых методов мы хотели бы представить ЭМАТ технологию и технологию направленной или, как ее принято называть, УУВ. Справедливости ради надо отметить, что сами по себе методы не так уж новы – новизна заключается в технической реализации сканеров и сенсоров, позволяющей увеличить диапазон (дистанцию) обследования, получить доступ к участкам, на которых проведение традиционной диагностики невозможно ввиду определенных ограничений.

Описание технологии УУВ

Технология использует классический ультразвук, только УЗ волна распространяется не перпендикулярно стенке трубы, а вдоль нее. Данная технология использует низкочастотные направленные ультразвуковые волны и обладает несколькими преимуществамипо сравнению с традиционными методами диагностики: быстрая проверка состояния объекта, которая не только предоставляет точную информацию о дефектах потери металла, таких как коррозия и эрозия, но также и информацию о местоположении на трубопроводе выявленных изменений.

Преобразователь, соприкасающийся с трубой, направляет волны на десятки метров по стенке трубы и вернувшийся отраженный сигнал указывает, где присутствует потеря металла. Физический доступ к трубопроводу нужен только для расположения преобразователя. Изоляционное и другие покрытия не оказывают влияние на прохождение направленных УЗ волн, с учетом определенных ограничений толщины покрытия

Рис.1. Структура диагностического комплекса на основе использования технологии УУВ

Технология направленных УЗ волн позволяет провести обследование более эффективно: возможность быстрой проверки длинных секций трубопровода при 100 % охвате.

Эта технология обладает значительными преимуществами по сравнению с традиционными методами проверки на потерю металла. Имеются два типа инспекционных устройств, использующих УЗ направленные волны, для применения на трубопроводах диаметром от 3” и до 42”: фиксированное кольцо и модульное кольцо. Для обследования трубопроводов малого диаметра используется конструкция с фиксированным кольцом, а для обследования трубопроводов больших диаметров – конструкция с модульным кольцом. Эта технология может использоваться в сочетании с другими методами обследования, например, в рамках комплексного обследования для оценки целостности трубопровода, такого как API 570. Использование технологии направленных УЗ волн также обеспечивает хорошие результаты даже при обследовании эксплуатируемых трубопроводов, покрытых изоляцией или находящихся под землей в

труднодоступных местах.

Основные преимущества и технические характеристики:

• Быстрая проверка со 100 % охватом
• Определение внутренней и внешней потери толщины стенки
• Встроенный источник питания
• Обследование труб диаметром от 3" до 48"
• Стандартный диапазон обследования ± 30 м в обе стороны от места расположения преобразователя, при идеальных условиях (низкое затухание сигнала) до 150 м
• Эффективная работа при температуре до 80 °С, даже в процессе эксплуатации трубопровода
• Возможность оценки распределения коррозии по окружности трубы
• Достоверное выявление потери металла (коррозия / эрозия) даже под изоляцией; уровень точности: 9% площади поперечного сечения, при использовании более точных моделей этот показатель может быть выше
• Идеальное решение, где использование традиционной диагностики невозможно или очень дорого, например, трубопроводы с изоляционным покрытием, надземные или подземные трубопроводы, пересечения с дорогами, морские трубопроводы, обвязки компрессорных станций и др.
• Обследование надземных или сложных систем трубопроводов с удобных точек доступа
• Широкая область применения: например, трубы нефтеперерабатывающих заводов, нефтехимические заводы, электростанции и др.

Недостатки:            

Является в большей степени сканирующим видом обследования (индикаторный метод), следовательно:

• необходим ручной ДДК (конечно, в тех местах где возможен доступ к трубе)
• пониженные характеристики исполнения обследования на трубопроводах со сложной изоляцией вследствие быстрого затухания зондирующего сигнала
• ограниченные возможности при обследовании трубопроводов, имеющих сложную конструкцию вследствие особенностей монтажа или изготовления конструктивных элементов

Рис.2. Примеры реализации аппаратного комплекса для обследования трубопроводов с помощью технологии УУВ.

Описание технологии ЭМАТ

Ультразвуковая волна генерируется непосредственно в стенке трубы и распространяется вдоль стенки. На этом основаны два типа сканеров – с радиальным распространением волны (по окружности трубопровода и продольным распространением волны (вдоль трубной секции).Точность по определению параметров дефектов определяется чувствительностью сенсоров и расстоянием между передатчиком и приемником. Высокая точность достигается при указанном расстоянии до нескольких десятков сантиметров. Т.о. оба типа сканеров могут использоваться и как точный инструмент для определения параметров дефектов, и как индикаторные приборы, позволяющие значительно раздвинуть диапазон охвата материала трубы при диагностике. Путем размещения нескольких пар сенсоров (приемников и передатчиков) по окружности трубопровода можно получить отличный измерительный прибор для определения трещин в теле трубы, в т.ч. стресс-коррозионных, дефектов потери металла и дефектов сварных швов. Если снабдить такой прибор системой передвижения вдоль трубопровода, то получится автоматизированный сканер-измеритель, который можно использовать при ДДК в процессе замены изоляции. Прибор с продольным распространением волны позволяет заглянуть в недоступные для обычных методов обследования места: под бандажные ленты, опоры, части трубопровода, вмонтированные в стену и т.п. и будет являться измерительным прибором в диапазоне нескольких десятков сантиметров от сенсора. На большем удалении дальний прибор может использоваться как индикаторный с диапазоном в десятки метров, позволяющий оценить состояние трубопровода из шурфа и при необходимости произвести дополнительную шурфовку выявленных дефектов с проведением ДДК измерительным прибором.

Рис.3. Сканер ЭМАП с продольным  распространением волны (по длине трубопровода)	Рис. 4. Сканер ЭМАП с радиальным распространением волны (по окружности трубопровода)

Рис.5. Пример реализации аппаратного комплекса для обследования трубопроводов с помощью ручных сканеров ЭМАП

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Современных методов неразрушающего контроля  на основе использования технологий ЭМАП и Управляемой ультразвуковой волны                         

1. Обследование элементов конструкций, не имеющих прямого доступа.

2. Трубы на опорах.

3. Технологическая обвязка компрессорных станций.

4. Дополнительный (вторичный или выборочный) контроль качества трубных секций с нанесенной изоляцией (полимерные пленки и эпоксидные праймеры с толщиной до 2-3 мм) без нарушения целостности изоляции, контроль торцов трубных секций с бетонной изоляцией перед монтажом трубопровода.

5. Контроль качества сваренных плетей на бровке траншеи перед укладкой трубы в траншею с нанесенной изоляцией (полимерные пленки и эпоксидные праймеры с толщиной до 2-3 мм) без нарушения целостности изоляции.

6. Выборочное или комиссионное обследование участков действующих подземных трубопроводов (например, низкого давления или распределительных сетей со вскрытием только верхней образующей трубопровода без нарушения целостности изоляции (полимерные пленки и эпоксидные праймеры с толщиной до 2-3 мм)

7. Контроль состояния металлоконструкций на технологических объектах: компрессорных станциях, ГРС, вдоль трассы трубопровода: пилоны, опоры, опоры ЛЭП, громоотводы и пр.

Организация работ

В соответствии с поставленной задачей увеличения чувствительности (точности) обследования и одновременного увеличения общего объема инспекции (производительности за единицу времени) на первом этапе обследования необходимо применять дефектоскопы, работающие по принципу светофора: «красный» для дефектов, представляющих опасность для целостности объекта, «желтый» - для дефектов с докритическими параметрами и «зеленый» - для дефектов, не превышающих установленный уровень отбраковки. Далее «красные» и «желтые» дефекты могут быть обследованы измерительными дефектоскопами для правильной классификации и уточнения размеров дефектов с последующей оценкой опасности по действующим методикам, в том числе с проведением прочностных расчетов.

ВЫВОДЫ 

1. Новые методы неразрушающего контроля на основе использования технологий ЭМАП и Управляемой ультразвуковой волны требуют нового подхода, как к организации производства работ, так и к разработке методик оценки состояния объектов на основе выборочного контроля. Требуется разработка методик оценки технического состояния на основе выборочного дефектоскопического контроля с определением наиболее вероятных зон концентрации дефектов: например, подверженных внешнему воздействию источников электромагнитных волн – пересечения с ЛЭП, с железными дорогами; нарушений электрохимического состояния вследствие наличия перемычек с другими трубопроводами; участков в кожухах, на опорах, обвязки крановых узлов. Приоритетным, очевидно, должно являться обследование наиболее ответственных участков, таких как подводные переходы, участки в зоне технических объектов. Выборочный контроль состояния распределительных трубопроводов в жилой зоне поселков и городов должен производиться по отдельной методике и предусматривать мероприятия в ходе плановых ремонтов и реконструкций, при расследовании причин аварий и т.д.
2. Возможно значительное увеличение информативности обследования и одновременно увеличение производительности без потери качества (высокая достоверность результатов), что, в свою очередь, повышает безопасность эксплуатации технических объектов. Обеспечивается обследование элементов конструкций, не имеющих прямого доступа при этом обеспечивается обследование стенки трубы по всей толщине и обнаружение как внутренних, так и наружных изменений толщины стенки.
3. Новое поколение дефектоскопов ЭМАП предоставляет возможность организации оперативного вторичного контроля труб, используемых для ремонта эксплуатирующихся газопроводов даже в случае доступа только к верхней образующей трубы и без нарушения целостности изоляции.
4. Достигается экономия средств при большом охвате диагностируемых объектов.