Размещено на http://www.allbest.ru/

Бесконтактная магнитометрическая диагностика повреждений сварных стыков теплопроводов с пенополиуретановой изоляцией

Д.т.н. А.А. Дубов

В промышленных исследованиях установлено, что основными источниками развития всех видов повреждений теплопроводов, в том числе и сварных соединений, являются зоны концентрации напряжений (ЗКН), возникновение которых обусловлено неудачным сочетанием ряда факторов: технологических, монтажных, конструктивных и эксплуатационных нагрузок. В ЗКН возникают магнитные аномалии, амплитуда и периодичность которых связаны с нерасчетной деформацией теплопроводов, обусловленной, как правило, недостатком температурной компенсации.

В настоящее время при оценке состояния теплопроводов, расположенных под слоем грунта в непроходимых или труднопроходимых каналах, все большее применение на практике получает бесконтактная магнитометрическая диагностика (БМД). БМД основана на измерении искажений магнитного поля Земли, обусловленных изменением намагниченности металла трубы в ЗКН и в зонах развивающихся повреждений. напряжение теплопровод магнитный металл

Специалистами нашей компании по договору с Московской теплосетевой компанией в 2009 г. разработана методика обследования теплопроводов бесконтактным магнитометрическим способом на основе использования магнитной памяти металла (МПМ). Физические основы метода МПМ изложены в работе [1] и в учебном пособии [2]. На рис.1 представлен приборный комплекс для БМД.

Рис. 1. Внешний вид сканирующего устройства:
1 - дорожное колесо; 2 - узел счета длины; 3 - узел крепления датчика Тип 11; 4 - датчик Тип11; 5 - ручка; 6 - узел крепления измерительного прибора; 7 - складная опорная стойка; 8 - универсальная головка.

Опыт применения БМД для трубопроводов различного технологического назначения изложен в работе [3]. За период с 2009 по 2013 гг. в Московской теплосетевой компании (в настоящее время, МОЭК) с использованием БМД обследовано около 200 км теплопроводов. На основе анализа результатов БМД теплопроводов можно сделать заключение об основной причине повреждений основного металла и сварных соединений теплопроводов - образование ЗКН из-за недостатка самокомпенсации температурных расширений вследствие защемлений в подвижных и неподвижных опорах.

В настоящей статье рассмотрим опыт применения БМД теплопроводов с ППУ изоляцией. Известно, что теплопроводы с ППУ изоляцией стали широко применяться с целью снижения коррозионного износа теплопроводов. Кроме того, для упрощения строймонтажных работ и устранения защемлений в опорах, теплопроводы с ППУ изоляцией, как правило, прокладывают непосредственно в грунт без монтажа опор. Температурная компенсация теплопроводов по расчету должна обеспечиваться за счет свободного расширения в грунте. Трубы укладываются в песчаную подушку, на поворотах теплотрассы устанавливаются компенсационные маты из поролона и на отдельных участках устанавливаются линзовые компенсаторы. На теплопроводах большого диаметра дополнительно устанавливают подвижные и неподвижные опоры.

Однако, на практике в последние годы на теплопроводах с ППУ изоляцией участились случаи повреждений монтажных стыковых сварных соединений. С целью определения причин повреждений сварных стыков на теплопроводах с ППУ изоляцией нашими специалистами было выполнено обследование с использованием БМД ряда участков Московской объединеной энергетической компании (МОЭК).

По результатам БМД назначались участки для вскрытия грунта с целью дополнительного контроля теплопроводов методами МПМ и ультразвука. Рассмотрим пример такого обследования.

Рис. 2. Результаты БМД участка теплопровода в зоне выявленной магнитной аномалии на монтажном сварном стыке.

На рис. 2 представлены результаты БМД участка теплопровода в зоне его поворота на 90 градусов. Магнитограмма, представленная на рис. 2, приведена после обработки зафиксированной магнитограммы по специальной программе. Участок с максимальной магнитной аномалией (А5) был вскрыт для дополнительного контроля.

В зоне вскрытия был обнаружен монтажный кольцевой сварной шов (см. рис. 3, а). Данный стык был проконтролирован вначале методом МПМ и затем в ЗКН - ультразвуковым методом.

Аналогичные результаты были получены нами при контроле множества других участков теплопроводов с ППУ изоляцией.

На основе сравнения результатов контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) теплопроводов с обычной изоляцией, проложенных на скользящих и подвижных опорах с НДС теплопроводов с ППУ изоляцией, проложенных в песчаной подушке, можно отметить следующее.

На теплопроводах, лежащих на подвижных и неподвижных («мертвых») опорах, ЗКН образуются как в основном металле трубы, так и на сварных стыках. На теплопроводах с ППУ изоляцией при самокомпенсации температурных расширений, ЗКН образуются, как правило, на стыках или вблизи них.

Кроме того, на теплопроводах с ППУ изоляцией из-за меньшей потери тепла от металла трубы по сравнению с обычной изоляцией, перемещения трубы при самокомпенсации больше и, соответственно, уровень напряжений в зонах их концентрации больше. Таким образом, в настоящее время на теплопроводах с ППУ изоляцией основным местом повреждений является образование сквозных трещин в монтажных стыковых сварных соединениях. Причиной образования указанных повреждений в стыках является некачественная монтажная сварка в сочетании с высоким уровнем напряжений при недостатке самокомпенсации температурных расширений.

На рис.3, б показана круговая магнитограмма, зафиксированная при контроле стыка методом МПМ. В ЗКН1 и ЗКН2 с максимальными значениями градиента магнитного поля (dH/dx) был выполнен ультразвуковой контроль.

На рис. 4 представлены диаграммы ультразвукового контроля. В ЗКН1 при ультразвуковом контроле был обнаружен непровар на глубине 4 мм и трещина от непровара, выходящая на внешнюю поверхность трубы. В ЗКН2 на глубине 3,5-4 мм был обнаружен непровар.

В этих условиях с целью своевременного выявления монтажных сварных соединений, предрасположенных к повреждениям, рекомендуется выполнять периодический контроль НДС теплопроводов с использованием БМД. БМД позволяет в отопительный период в режиме экспресс-контроля теплопроводов (1-2 км в день, в городских условиях) определить зоны максимальной концентрации напряжений.

В летний период, во время ремонта теплопроводов рекомендуется сделать шурфовку на участках с ЗКН и выполнить дополнительный контроль методом МПМ и ультразвуком, по результатам которого выполнить ремонт.

Выполнение БМД с целью определения фактического НДС теплопроводов необходимо также из-за невозможности учесть на стадии проектирования все монтажные, ремонтные и эксплуатационные факторы, которые могут привести (и, как правило, приводят) к работе теплопроводов в условиях недостатка самокомпенсации температурных расширений.

Литература

1. Власов В.Т., Дубов А.А. Физические основы метода магнитной памяти металла. М.: ЗАО «Тиссо», 2004. 424 с.

2. Дубов А.А., Дубов Ал.А., Колокольников С.М. Метод магнитной памяти металла и приборы контроля. Учебное пособие. М.: ЗАО «Тиссо», 2008. 368 с.

3. Дубов А.А., Дубов Ал.А. Опыт применения бесконтактной магнитометрической диагностики трубопроводов и перспективы ее развития // Контроль. Диагностика,2014, № 4. C. 64-67.

Размещено на Allbest.ru