Есть ли существенные отличия от технологий технического диагностирования с применением традиционных методов неразрушающего контроля металла (ультразвуковой контроль, длинноволновый ультразвук, акустическая-эмиссия, гидроиспытания, и т.п.)?

Вопрос:

Есть ли существенные отличия от технологий технического диагностирования с применением традиционных методов неразрушающего контроля металла (ультразвуковой контроль, длинноволновый ультразвук, акустическая-эмиссия, гидроиспытания, и т.п.)?

В чем состоит преимущество бесконтактных магнитных методов диагностирования трубопроводов?

Ответ:

Наиболее эффективным методом транспортирования продуктов топливно-энергетического комплекса – нефти, газа, топлива, теплоносителей, воды - являются трубопроводы. Они обеспечивают быструю доставку больших потоков грузов на значительные расстояния (100-кратно больших объемов, чем другие виды транспорта!) с относительно меньшими рисками аварий и затратами.

Учитывая огромное экономическое и политическое значение трубопроводов, большое внимание уделяется поддержке их полноценного функционирования. Это достигается путем своевременного выявления потенциально опасных зон и участков с нарушенной целостностью трубы и их профилактического выборочного ремонта. Основной проблемой для всего мира является контроль металла таких протяженных скрытых (подземных и подводных) объектов по всей длине. Лишь 30 % от всей протяженности трубопроводов подлежит внутритрубному инспектированию, а остальные трубопроводы из-за особенностей своей конструкции не могут быть обследованы снарядами-дефектоскопами. В этом случае контроль металла осуществляется лишь в отдельных точках после обеспечения доступа к поверхности металла – для этого надо выкопать шурф на подземном трубопроводе или удалить бетонное покрытие подводного трубопровода и зачистить поверхность металла для контроля. Объем такого контроля обычно не превышает 1 % по протяженности трубопровода, что явно недостаточно для прогнозирования его надежности. Это такие объекты, как газопроводы-отводы, трубопроводы газокомпрессорных и нефтеперекачивающих станций, НРЗ, нефте и газо-химических заводов, аэропортов, подводные трубопроводы, трубопроводы теплоснабжения и т.п.

На сегодняшний день наиболее достоверным и, надежными методом для решения проблемы предотвращения аварий таких трубопроводов является технология диагностики бесконтактным магнитометрическим методом. Основными преимуществами являются отсутствие подготовки к обследованию, невмешательство в рабочий режим, высокая производительность, учет реальных действующих нагрузок, что позволяет наиболее точно выявить риск аварии даже по сравнению с внутритрубным обследованием, которое фиксирует лишь размеры дефектов.

Бесконтактная диагностика имеет ряд преимуществ:

·         Высокая точность, которая достигается благодаря регистрации механических напряжений в реальных условиях эксплуатации. При выполнении такой диагностики работа трубопровода не прекращается, благодаря чему удается оценить состояние металла труб при рабочих нагрузках.

·         Практичность. Обследования требуют минимальных затрат ресурсов заказчика. Финансовые затраты определяются трудоемкостью обследования, исходя из конкретных условий – например, в составе сложной трубопроводной инфраструктуры на территории крупного города, газокомпрессорной станции, нефтехимического терминала или аэропорта

·         Возможность комплексного подхода - можно использовать несколько дополнительных диагностических методов одновременно, что повысит точность прогноза параметров безопасности – остаточного ресурса, безопасного рабочего давления, протяженности выводимых в ремонт участков.

·         Реализует ресурсосберегающую методологию RBI (Risk Based Inspection) – инспектирование и техническое обслуживание трубопроводной инфраструктуры с учетом рисков, что обеспечивает промышленную безопасность опасных производственных объектов.

Методы бесконтактной диагностики

Существуют различные виды диагностических систем, обладающих разными функциональными возможностями для выявления тех или иных дефектов.

1.    Визуально-измерительный контроль

2.    Ультразвуковая толщинометрия и дефектоскопия.

3.    Вихретоковый контроль.

4.    Акустико-эмиссионное обследование и обследование длинноволновым ультразвуком.

5.    Бесконтактная Магнитометрия.

Из перечисленных основных методов обследования металла бесконтактными являются лишь 4 и 5. Однако АЭ-контроль и длинноволновое акустическое обследования (4), в отличие от: бесконтактной магнитометрии (5) требует регулярного доступа к поверхности трубы по всему периметру для установки систем передающих и принимающих акустические сигналы датчиков. Обычно «шаг установки» подобных датчиков не превышает 20-50 м, что является достаточно сложной и дорогостоящей процедурой.

Применение данных видов диагностики дает возможность осуществлять мониторинг трубопроводной системы с определением объема ремонтных работ. Использование современных мониторинговых систем направлено на постепенный переход к полностью автоматизированному контролю функционирования трубопроводов.

Акустико-эмиссионная диагностика

Имеет широкий спектр применения. Используется для оценки состояния трубопроводов с высоким давлением, для контроля эксплуатационных возможностей нефтепромышленных трубопроводных магистралей, а также для исследования стандартных трубопроводных систем. Метод продолжает совершенствоваться и широко используется во всех странах мира. Его популярность объясняется высокой точностью и относительно небольшой стоимостью. В основе работы методики лежит непрерывный анализ поступающих сигналов при помощи специальных пьезодатчиков. Прослушивание сигнала производится в реальных условиях эксплуатации трубы – при условие доступа к поверхности металла по крайней мере в двух зонах (в шурфах на расстояниях 20-50 м снимается изоляционное покрытие с трубы по всему периметру для расстановки системы датчиков) .

На основе этого метода диагностики была создана популярная система «ЭХО», которая применяется для выявления участков сужения трубопроводов – т.е. изменения полнопроходного сечения трубопровода вследствие внутренних отложений различной природы (строго говоря – к дефектам собственно металла не относится – фиксирует лишь нарушение геометрии). Снижение пропускной способности трубы может быть связано с появлением отложений парафина и других технологических примесей. В месте сужения происходит замедление тока жидкости. При этом существенно снижается турбулентность и количество естественных завихрений. В результате изменяется прослушиваемый звук, что фиксируется при помощи микрофона. Определить место сужения просвета трубы удается с точностью до 1 метра.

Оптико-электронная диагностика

Данная методика широко применяется для оценки технического состояния всех типов трубопроводов в относительно ограниченных объемах на участках высокой категорийности. При помощи оптико-электронных методов проводят комплекс контрольных мероприятий при прокладывании новой трубопроводной магистрали 1 категории в особо сложных условиях. Ограничением применения является высокая стоимость подобных систем. Дистанционная диагностика трубопроводов с аэроносителей или спутников используется перед определением объема ремонтных работ, для уточнения характера, степени и локализации уже образовавшегося сквозного дефекта.

При помощи оптико-электронных систем удается установить:

·         Наличие вмятин и незначительных деформаций. Эти нарушения геометрии гораздо точнее определяются при внутриполостном исследовании с применением современных оптико-электронных систем на снарядах дефектоскопах (внутритрубная диагностика).

·         Некачественные сварные швы. Этот дефект может быть связан с производственным браком или с поломкой в ходе активной эксплуатации. Широко реализуется в снарядах-дефектоскопах при внутритрубных обследованиях, однако имеет ряд затруднений при скрытых дефектах минимальных размеров, в спиральношовных трубах,

·         Микротрещины, которые приводят к утечке транспортируемого материала. При этом далеко не всегда удается обнаружить трещины неизвестной ориентации с минимальными размерами.

Перечисленные технологии широко применяется в том числе и для диагностического обследования трубопроводов (подлежащих внутритрубному инспектированию), которые расположены под водой. Если трубопроводы не позволяют применение внутритрубных снарядов-дефектоскопов, то альтернативой является бесконтактная магнитометрия. Высокие функциональные возможности бесконтактного метода позволяют работать с трубопроводами без какой-либо предварительной подготовки. Для выполнения диагностических мероприятий не требуется снятие изоляции и железобетонных покрытий-пригрузов, а также очистка полости, намагничивание и размагничивание металла, удаление вмятин и участков неполнопроходного сечения. Кроме того, допустима разнотолщинность, трубы из разных партий, любые углы спусков-подъемов-поворотов, любые диаметры (Ду условный диаметр более 56 мм или 2’) и неограниченные толщины стенок (у снарядов-дефектоскопов имеются жесткие ограничения по спецификации трубопроводов-объектов обследования).

Современные диагностические внутритрубные и дистанционные магнитометрические системы обладают высокой практичностью. Они позволяют проводить обследование по всей длине трубы со скоростью более 100 п. м в час.

Ультразвуковая диагностика

Требует очень качественной підготовки поверхности метала к обследованию, что значительно повышает цену и сроки підготовки трубопровода к обследованию 

Дефектоскоп оснащен мощным пьезопреобразователем, при помощи которого происходит регистрация данных о наличии тех или иных дефектов. Применяется технология для контроля состоянияосновного метала и сварных соединений. Ультразвуковая диагностика дает возможность получить такие данные:

·         Эквивалентные размеры выявленных дефектов.

·         Особенности объемной и плоскостной формы.

·         Точная локализация с установкой направления распространения.

·         Глубины размещения дефекта в стенке трубы.

Функционирование аппарата основывается на регистрации колебаний ультразвуковых волн и скорости распространения ультразвука. При проведении диагностического исследования трубопроводов необходимо учитывать технические особенности металла, из которого изготовлена труба. На основе этого метода разработано несколько основных технологий:

·         Теневая.

·         Зеркальная.

·         Зеркально-теневая.

·         Дельта методика.

·         Эхо метод.

Электромагнитно- акустический метод (ЭМА)

Бесконтактная магнитометрическая диагностика трубопроводов позволяет выявить не только появившиеся дефекты, но и потенциально опасные участки. Все манипуляции выполняются в реальном режиме работы трубопроводов. Это дает возможность получить полную оценку состояния трубы с довольно точным вычислением риска возникновения аварийной ситуации – за исключением допусков по реальным режимам действующих нагрузок со стороны среды и механических напряжений.

На основе магнитомеханического эффекта или обратной магнитострикции (эффект Виллари) создана новейшая диагностическая технология – магнитометрическая диагностика по методу магнитной томографии (МТМ). Дистанционный метод диагностики трубопроводов позволяет решать комплекс задач, которые связаны с оценкой напряженно-деформированного состояния металла трубопроводом (российский норматив РД 102-008-2002 «Инструкция по диагностике трубопроводов бесконтактным магнитометричемским методом» АО ВНИИСТ Миннефтегазстрой)..

Бесконтактная магнитометрическая диагностика методом магнитной томографи (МТМ)

МТМ – современная диагностическая технология,, при помощи которой удается определить техническое состояние трубопроводов на основе оценки напряженно-деформированного состояния и выявления участков концентрации напряжений, где сосредоточены наиболее опасные дефекты, чревате риском разрушения.

Основная задача этого бесконтактного метода – выявление потенциально опасных участков, которые могут привести к возникновению аварийной ситуации, что реализует методологію риск-ориентированного подхода. Применение МТМ дает возможность комплексно оценить состояние трубопроводов с учетом рисков отказа вследствие сочетания дефектности метала и повышенных напряжений. Также, апаратура и программное обеспечение МТМ позволяет рассчитать длительность безаварийного срока службы (гамма-процентный ресурс) в условиях сохранения режимов эксплуатации трубы, зафиксированных на момент обследования или указати на безопасные режимы (безопасное рабочее давление). Кроме того, определяются параметры, необходимые для планирования ремонтно-восстановительных мероприятий – коэффициент безопарного давления (КБД) или рассчетный ремонтный фактор (ERF)

Работа аппаратно-приборного комплекса магнитомтр бесконтактный сканирующий (СКИФ серии МБС) базируется на частных измерениях магнитного поля системой датчиков в различных направлениях (сканировании). Благодаря этому удается установить участки с концентраторами механических напряжений, сопряженные с дефектами и повышенными локальними загрузками и определисть степень их опасности с учетомдействующих механических напряжений.

За счет интерпретации полученных данных удается установить точное месторасположение и степень опасности повреждения метала труб или его деформации в условиях внештатных загрузок (оползней, свободных провисов и т.п.). Кроме того, бесконтактная диагностика дает возможность выявить реальные риски появления дефектов на некоторых участкех с повышениями местного напряжения или деформации, возникающего под воздействием внешних и внутренних факторов, что приводит к отклику магнитного поля (Виллари эффект).

Принцип проведения бесконтактной магнитометрии (норматив РД 102-008-2002 Инструкция по диагностике технического состояния трубопроводов бесконтактным магнитометрическим методом АО ВНИИСТ)

Работы производятся оперативно со скоростями до 1, 5 м/с небольшой бригадой специально обученных сотрудников (не менее 2-х человек). Благодаря высокой производительности оборудования контроль металла может производиться с большой скоростью (в зависимости от сложности условий залегания трубопровода- от 200 м в условиях городской инфраструктуры до 20 км/день в условиях пустыни).

Диагностирование с применением МТМ включает:

·         Определение месторасположения оси подземного трубопровода. Осуществляется с использованием трассоискателя со встроенным GPS навигатором. При этом учитываются дополнительные данные по ориентирам (наземным привязкам на оси трубопровода) – наличие поворотов трассы, пересечений с реками, дорогами, другими коммуникациями-источниками помех (ЛЭП, другие трубопроводы) и сооружениями.

·         Сканирование трубопроводов с помощью магнитометра бесконтактного сканирующего (например, серии СКИФ МБС) с дальнейшим переносом данных на ПК для программной расшифровки. Магнитометр портативен и работает в автоматическом режиме, что существенно упрощает работу оператора и минимизирует возможное снижение качества вследствие «человеческого фактора».

·         обработка полученных данных и предварительный отчет. На этом этапе происходит первичная разметка выявленных аномалий (потенциально опасных областей.)

·         вскрытие трубопровода (выкапывание 1-2 шурфов на участках аномалий по согласованию с заказчиком) для проведения неразрушающего контроля с целью уточнения степени опасности участка с аномалией – метрологическая процедура калибровки данных (пересчета степени опасности для всех выявленных аномалий объекта)

·         Окончательный отчет с вычислением всех необходимых параметров безопасности для всех выявленных аномалий, их точным местоположением в системе абсолютных географических координат с привязкой к топо-основе всех наземных ориентиров.

Бесконтактный метод имеет некоторые ограничения:

·         Ослабление поступающего сигнала происходит при удалении от оси трубы более, чем на 15 ее диаметров (т.е при Ду трубы 1 м – удаление до ее оси желательно не увеличивать более 15-ти метров).

·         При высокой остаточной намагниченности металла трубопровода (например, в случае обследования магнитными снарядами-дефектоскопами в сроки менее 1 года до проведения МТМ) может кметь место тн «перебраковка» степени опасности или появляться помехи.

·         Если вблизи от трубопроводной системы находятся другие неуказанные заказчиком металлические коммуникации, то происходит искажение сигналов (возникают помехи), расшифровка природы которых требует увеличение времени на обработку даннях..

·         Бесконтактное обследование нормативно регламентировано только для труб, диаметр которых превышает 100 мм.

Функциональные возможности МТМ

При помощи данной технологии бесконтактного обследования трубопроводов удается выявить ряд дефектных состояний металла:

·         Наличие брака. МТМ помогает выявить заводские дефекты основного и сварного металла любого происхождение (металлургического, производственного).

·         Нарушения геометрической формы (к этой категории относятся различные вмятины и деформации – овализация и т.п.).

·         Дефекты сварных соединений любой природы, в том числе скрытые микротрещины, непровары, смещение кромок, неметаллические включения.

·         Коррозия – внешняя, внутренняя, общая или локальная. Стоит отметить, что при помощи МТМ удается точно установить степень концентрации напряжений в границах пораженного участка (кластера взаимовлияющих коррозионных дефектов).

·         Трещины и дефекты коррозионного растрескивания под напряжением (стресс-коррозия, КРН) или усталостные микротрещины различной величины и конфигурации.

·         Появление непроектных напряжения на каком-либо участке трубы с дальнейшей потерей устойчивости трубопровода (короблением) под действием повышенных нагрузок – вследствие оползней, воздействия подводных течений и появления свободных провисов, сейсмоактивных хон и т.п.)

Благодаря современным технологическим возможностям удается не только оперативно определить аварийный участок, но и выявить потенциально опасные зоны, которые в дальнейшем могут привести к аварии и установить режим мониторинга.

Применение бесконтактных диагностических методов позволяет существенно сократить расходы на проведение ремонтных мероприятий. Дистанционные технологии дают возможность перенаправить средства на поддержание оптимального состояния трубопроводов на больших территориях и проведение профилактических мероприятий по реальному техническому состоянию (фактическому износу), а не по «степени амортизации» вследствие длительности срока эксплуатации, что является скорее бухгалтерским понятием.

1955 слов    13481 символ без пробелов