Разработка методического обеспечения ультразвукового контроля трубных проводок импульсных линий контрольно-измерительных приборов

А.В. Тимохин

Одним из важнейших факторов работы любого предприятия является безопасность технологического процесса производства. Требуют повышенного внимания узлы и агрегаты, работающие под высоким давлением, в условиях высоких температур и при наличии вибрации. Наибольшего внимания в таких системах требуют сварные соединения, так как высока вероятность образования дефектов в процессе сваривания, которые могут стать причиной возникновения опасных аварий. Наиболее действенным средством предупреждения таких аварий является неразрушающий контроль. сварной измерительный ультразвуковой датчик

Сравнительный анализ методов неразрушающего контроля (НК) [1] - радиационного, ультразвукового и магнитографического, которые в принципе позволяют решать поставленные задачи, показал, что при эксплуатационном контроле наиболее эффективен ультразвуковой метод, который позволяет обнаруживать внутренние и наружные дефекты, такие как непровары, трещины, расслоения, поры, шлаковые включения, а также другие виды несплошностей, даже очень незначительных размеров.

Объектами изучения стали стыковые, тавровые и нахлесточные сварные соединения трубных элементов из сталей перлитного, феррито-перлитного и аустенитного классов диаметром от 14 мм до 22 мм с толщиной стенки от 2,5 мм до 6,0 мм, а также тавровые сварные соединения типа «труба - камера диафрагмы», выполняемые в условиях монтажа, ремонта и эксплуатации трубопроводных систем контрольно-измерительных приборов (КИП) технологических установок на предприятиях химической и нефтехимической промышленности.

Контролируемые трубные конструкции являются элементами отборных устройств расхода, давления и температуры, входящих в состав технологических трубопроводов нефтехимических промышленных установок с условным давлением до 10 МПа (100 кгс/см2) включительно.[2]

Сложностью контроля сварных соединений труб таких размеров является малая толщина стенки и большая кривизна поверхности.

Для контроля таких объектов была разработана переносная промышленная установка.

В состав установки входят:

- серийно выпускаемый дефектоскоп «СКАНЕР» (модель «СКАРУЧ»);

- набор стандартных образцов предприятия (СОП) с искусственными
отражателями, предназначенных для настройки оборудования;

- набор пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП);

- персональный компьютер.

Для установки были разработаны стандартные образцы предприятия с искусственными отражателями типа «зарубка». Для расчета были выбраны предельно допустимые размеры искусственных отражателей - плоскодонных отверстий и согласно ГОСТ 14782-86 [3] были пересчитаны эквивалентные размеры соответствующих угловых отражателей («зарубок»).

По СОП с искусственными отражателями были разработаны ультразвуковые преобразователи (УЗП). Для УЗП были выбраны частота колебания и диаметр пьезопластины, стрела и угол ввода ультразвукового луча в металл [4].

Для проведения контроля сварных соединений с помощью этой установки была разработана «Методика ультразвукового контроля сварных соединений труб малого диаметра в системе технологических трубопроводов I - V категорий», в которой помимо руководящих документов по ультразвуковому неразрушающему контролю [3, 5-7] учтены и рекомендации ГОСТ 8.563-96 по методике выполнения измерений физических величин.

Методика устанавливает порядок и технологию проведения ручного ультразвукового контроля следующих видов сварных соединений:

- стыковых сварных соединений трубопроводов с толщиной свариваемых элементов от 2,0 до 6,0 мм и с номинальным наружным диаметром от 14,0 до 22,0 мм;

- тавровых сварных соединений, выполненных из цилиндрических (трубных) элементов с толщиной элементов от 2,0 до 6,0 мм и с номинальным наружным диаметром от 14,0 до 22,0 мм, а также тавровых сварных соединений трубных элементов толщиной от 2,0 до 6,0 мм и с номинальным наружным диаметром от 14,0 до 22,0 мм с элементами цилиндрических отборных устройств КИП с наружным диаметром до 250 мм;

- нахлесточных кольцевых сварных соединений трубных элементов с толщиной свариваемых элементов от 2,0 до 6,0 мм и с номинальными наружными диаметрами от 14,0 до 22,0 мм.

Для разных толщин труб и типов сварных соединений были разработаны различные схемы сканирования (см. рисунок). Из-за малой толщины стенки контроль приходится проводить одно-, двух- и трехкратно отраженным лучом.

Для определения соответствия показаний прибора реальному техническому состоянию изделия были проведены лабораторные испытания на двух образцах сварных соединений труб ш22 мм, включающие в себя неразрушающие (ультразвуковой, радиационный) и разрушающий методы испытаний. В результате ультразвукового контроля (УЗК) выявлено 32 дефекта, радиационный контроль из-за низкой чувствительности метода не позволил обнаружить несплошности, а разрушающий контроль, заключающийся в послойном (с шагом 0,2 мм) снятии металла сварного шва на токарном станке, подтвердил обнаруженные ультразвуковым методом дефекты.

Схемы контроля сварных соединений многократно отраженным лучом:

а - схема сканирования одно- и двукратно отраженным лучом,

где H - толщина стенки сваренных труб, б - угол ввода, b - ширина валика усиления шва, n - стрела датчика, Х0 - расстояние до первого отражения, Хmin и Xmax - параметры контроля однократно и двукратно отраженным лучом;

б - схема сканирования двух- и трехкратно отраженным лучом,

где H - толщина стенки сваренных труб, б - угол ввода, b - ширина валика усиления шва, n - стрела датчика, Х0 - расстояние до первого отражения, Хmin и Xmax - параметры контроля двукратно и трехкратно отраженным лучом

Проведенные испытания показали высокую эффективность и достоверность разработанных установки и методики УЗК сварных соединений трубных проводок КИП. Это в полной мере позволяет утверждать целесообразность использования данного метода для контроля сварных соединений трубных проводок КИП, что ранее не было доступным из-за отсутствия методов контроля сварных соединений трубных проводок таких размеров. Разработанное методическое обеспечение ультразвукового контроля трубных проводок импульсных линий КИП успешно применяется на работающих установках ОАО «НК НПЗ».

Библиографический список

1. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль. Справочник по неразрушающему контролю / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 2004. - 859 с.

2. Стеблев Ю.И., Модин А.Ю., Тимохин А.В. Методика ультразвукового контроля сварных соединений труб малого диаметра в системе технологических трубопроводов I - V категорий. - Самара, 2008. - 67 с.

3. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

4. Стеблев Ю.И., Тимохин А.В., Модин А.Ю. Ультразвуковой контроль сварных соединений тонкостенных труб малого диаметра в системе технологических трубопроводов нефтехимических производств // Нефть. Газ. Новации. - 2010. - № 4. - С. 62-71.

5. ГОСТ 23667-85. Контроль неразрушающий. Дефектоскопы ультразвуковые. Методы испытаний.

6. Инструкция по визуальному и измерительному контролю. РД 03-606-03. Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. НТЦ «Промышленная безопасность». - М., 2006. - 101 с.

7. ГОСТ 23702-90. Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний.

Аннотация

Ключевые слова: контроль неразрушающий, метод ультразвукового контроля, трубы малоразмерные, сварное соединение, пьезопреобразователь, образец стандартный, отражатель искусственный, обеспечение методическое.