Курсовая работа (т): Внутритрубная ультразвуковая диагностика газонефтепроводов

Ультразвуковые толщиномеры предназначены в основном для определения толщины изделия и, в отличие от дефектоскопов, имеют существенно более простое устройство, меньшие габариты и массу. Например, у них отсутствуют блоки временной регулировки чувствительности, автоматического сигнализатора дефектов и др. При контроле толщины конструкций, подвергшихся сероводородному растрескиванию или расслоению, а также изготовленных из сталей с большим содержанием сульфидных включений, раскатов и др., часто совершаются ошибки, так как большинство толщиномеров определяют толщину изделия по пришедшему первым сигналу от дефекта или расслоения. Поэтому наиболее совершенные модели ультразвуковых толщиномеров снабжаются экранами, на которые выводится развертка типа А. Это позволяет выявить донный сигнал и отличить его от сигнала от расслоения.

Большинство моделей толщиномеров наряду с толщиной позволяет измерять также и скорость распространения или время распространения УЗ волны. Точное измерение этих параметров позволяет использовать ультразвуковые толщиномеры также и для других целей: например, для экспресс-анализа марки металла по скорости распространения в нем ультразвука. Перспективным также является применение высокоточных толщиномеров для контроля напряженного состояния и усилия затяжки болтов ответственного оборудования и агрегатов.

Известно, что вследствие акустоупругого эффекта скорость распространения УЗ волны зависит не только от материала объекта, но и от его напряженного состояния. При одноосном напряженном состоянии и неизменной температуре задача контроля резко упрощается. Так, по известному времени распространения УЗ импульса на длине болта в незатянутом t и затянутом t0 состоянии напряжение можно рассчитать по формуле

,

где Е-модуль упругости материала болта,

- акустоупругий коэффициент распространения УЗ волн;

,

Где l - общая длина болта;

 - длины гладкого и нарезанного участков;

- их диаметры

Усилие затяжки болта определяют по формуле:

Такой подход к определению F3 является в настоящее время наиболее распространенным[6].

4. Ультразвуковой внутритрубный дефектоскоп для прямого высокоточного обнаружения трещин на ранней стадии

Рисунок 8. Ультразвуковой дефектоскопа CD

Ультразвуковой дефектоскоп предназначен для внутритрубного ультразвукового обследования магистральных трубопроводов с целью обнаружения продольных и поперечных стресс - коррозионных трещин стенок трубопровода, в том числе в продольных и поперечных сварных швах.

В дефектоскопах используется метод, основанный на акустическом эхо-импульсном зондировании стенки трубопровода с использованием ультразвуковых иммерсионных преобразователей совмещенного типа с наклонным вводом луча в стенку трубопровода.

.1 Принцип действия

Рисунок 9. Принцип действия дефектоскопа

Метод состоит в регистрации и измерении амплитуды отраженных от трещин сигналов и временных интервалов между зондирующим импульсом, импульсом, отраженным от внутренней стенки трубопровода и импульсом от трещины (рис. 9).

Излученная датчиком ультразвуковая волна входит в металл под углом 17° к перпендикуляру к поверхности и распространяется в металле под углом 45°, при этом обеспечивается наилучшее отражение сигнала от трещины. Отраженные сигналы от трещины принимаются этим же датчиком. Для повышения вероятности обнаружения дефектов, облучение производится с двух сторон, сигнал от дефекта может быть принят 2-мя или 3-мя датчиками с каждой стороны. В процессе интерпретации такие сигналы от разных датчиков совмещаются, а по характеристикам принятых сигналов, вырабатывается заключение о свойствах дефекта.

Ниже приведены временные диаграммы отраженных сигналов и регистрируемые характеристики сигналов (амплитуда, время задержки).

Рисунок 10. Диаграммы характеристик сигналов

.2 Системы дефектоскопа

Система управления и контроля дефектоскопа обеспечивает: управление сбором и накоплением диагностической информации; регистрацию данных от ультразвуковых датчиков; регистрацию пройденного пути; регистрацию времени работы; передачу информации на внешние накопители после извлечения дефектоскопа из трубопровода для дальнейшей обработки и интерпретации полученных данных; автоматическую настройку и калибровку систем дефектоскопа.

Рисунок 11. Система дефектоскопа

Измерение пройденного дефектоскопом расстояния и привязка аномалий трубопровода к дистанции основывается на одометрической системе, состоящей из нескольких одометрических колес, полный оборот которых сопровождается выработкой определенного количества импульсов. Расстояние автоматически определяется дефектоскопом при известном диаметре одометрического колеса.

Для коррекции дистанции с целью более точного определения места расположения аномалий, а также для обнаружения местоположения дефектоскопа в трубопроводе дефектоскоп оснащен временнoй маркерной системой приема-передачи низкочастотных электромагнитных сигналов.

Для привязки к угловому положению относительно продольной оси трубопровода дефектоскоп имеет в своем составе маятниковую систему, позволяющую учесть вращение дефектоскопа при движении.

Система регистрации параметров внутренней и внешней среды измеряет давление внешней среды, температуру внутри секций дефектоскопа, контролирует состояние напряжений питания дефектоскопа.

Система записи данных выполнена на основе Flash-памяти. Накопители на её основе не имеют механического привода, что позволяет обеспечить надёжную работу, устойчивость к вибрациям и ударам.

Энергетический блок на основе литиевых батарей обеспечивает возможность автономной работы дефектоскопа.

Интерфейс связи с оператором на основе носимого персонального компьютера (ноутбука) и канала связи обеспечивает возможность управления режимами работы дефектоскопа, программирования основных параметров прогона, получения оперативной информации, накопленной системой управления в течение всего прогона [9].

.3 Технические характеристики ультразвукового дефектоскопа CD

Среда перекачки:нефть, нефтепродукты, вода

Диапазон температуры среды эксплуатации:0 - 50 °C

Допустимая скорость перекачиваемой среды без потери продольного разрешения:0.1 - 2.0 м/сек

Рекомендуемый диапазон рабочего давления:0.5 - 8.0 МПа

Минимальный радиус поворота:3D x 90°

Диапазон толщин стенки:4 - 30 мм

5. Ультразвуковой внутритрубный дефектоскоп для прямого высокоточного измерения толщины стенки трубы

Рисунок 12. Ультразвуковой Дефектоскоп WM

Ультразвуковой дефектоскоп предназначен для внутритрубного ультразвукового обследования магистральных трубопроводов с целью выявления дефектов толщины стенки типа потери металла металлургического, механического и коррозионного происхождения, а также расслоений и включений.

В дефектоскопах используется принцип ультразвуковой толщинометрии, основанном на акустическом эхо-импульсном зондировании стенки трубопровода с использованием ультразвуковых иммерсионных преобразователей совмещенного типа.

.1 Принцип действия

Рисунок 12.1. принцип работы дефектоскопа

Принцип работы дефектоскопа в варианте ультразвукового толщиномера состоит в измерении временных интервалов между зондирующим импульсом и импульсами, отраженными от внутренней и внешней поверхностей стенки трубопровода. Временной интервал между зондирующим импульсом и первым отраженным импульсом соответствует расстоянию (отступу) между датчиком и внутренней поверхностью стенки трубы. Временной интервал между первым и вторым отраженными импульсами соответствует толщине стенки.

Кроме обнаружения внутренней и внешней потерь металла, данный метод позволяет обнаружить и измерить другие типы дефектов, такие как расслоения, включения, царапины, надрезы, задиры и вмятины, а также их комбинации.

.2 Системы дефектоскопа

Система управления и контроля обеспечивает: управление сбором и накоплением диагностической информации; регистрацию данных от ультразвуковых датчиков; регистрацию пройденного пути; регистрацию времени работы; передачу информации на внешние накопители после извлечения дефектоскопа из трубопровода для дальнейшей обработки и интерпретации полученных данных; автоматическую настройку и калибровку систем дефектоскопа.

Измерение пройденного дефектоскопом расстояния и привязка аномалий трубопровода к дистанции основывается на одометрической системе, состоящей из нескольких одометрических колес, полный оборот которых сопровождается выработкой определенного количества импульсов. Расстояние автоматически определяется дефектоскопом при известном диаметре одометрического колеса.

Для коррекции дистанции с целью более точного определения места расположения аномалий, а также для обнаружения местоположения дефектоскопа в трубопроводе дефектоскоп оснащен временнoй маркерной системой приема-передачи низкочастотных электромагнитных сигналов.

Для привязки к угловому положению относительно продольной оси трубопровода дефектоскоп имеет в своем составе маятниковую систему, позволяющую учесть вращение дефектоскопа при движении.

Система регистрации параметров внутренней и внешней среды измеряет давление внешней среды, температуру внутри секций дефектоскопа, контролирует состояние напряжений питания дефектоскопа [9].

Рисунок 13. Система дефектоскопа

Система записи данных выполнена на основе Flash-памяти. Накопители на её основе не имеют механического привода, что позволяет обеспечить надёжную работу, устойчивость к вибрациям и ударам.

Интерфейс связи с оператором на основе носимого персонального компьютера (ноутбука) и канала связи обеспечивает возможность управления режимами работы дефектоскопа, программирования основных параметров прогона, получения оперативной информации, накопленной системой управления в течение всего прогона [10].

5.3 Подтверждение полученных данных

Рисунок 14. Потеря металла

Рисунок 15. Потеря металла(продолжение)

5.4 Технические характеристики ультразвукового дефектоскопа (WM)

Среда перекачки: нефть, нефтепродукты, вода

Диапазон температуры среды эксплуатации:0 - 50 °C

Допустимая скорость перекачиваемой среды без потери продольного разрешения:0.1 - 2.0 м/сек

Рекомендуемый диапазон рабочего давления:0.5 - 8.0 МПа

Минимальный радиус поворота:1.5D x 90°

6. Ультразвуковой внутритрубный комбинированный (WM&CD) дефектоскоп для прямого высокоточного измерения толщины стенки трубы и обнаружения трещин на ранней стадии

Рисунок 16. Ультразвуковой комбинированный дефектоскоп

Ультразвуковой комбинированный дефектоскоп предназначен для внутритрубного ультразвукового обследования магистральных трубопроводов с целью измерения остаточной толщины стенки и обнаружения продольных или поперечных трещин, в том числе в поперечных и продольных сварных швах.

Дефектоскоп позволяет осуществлять, как комбинированное (одновременное), так и раздельное обследование трубопроводов, при котором проводится только измерение остаточной толщины стенки (вариант толщиномера) или только выявление трещин, продольных или поперечных (вариант детектора трещин).

В дефектоскопах используется метод, основанный на акустическом эхо-импульсном зондировании стенки трубопровода с использованием ультразвуковых иммерсионных преобразователей совмещенного типа с перпендикулярным (толщиномер) и наклонным (детектор трещин) вводом луча в стенку трубопровода.

.1 Принцип действия

Принцип работы дефектоскопа в варианте ультразвукового толщиномера состоит в измерении временных интервалов между зондирующим импульсом и импульсами, отраженными от внутренней и внешней поверхностей стенки трубопровода. Временной интервал между зондирующим импульсом и первым отраженным импульсом соответствует расстоянию (отступу) между датчиком и внутренней поверхностью стенки трубы.

Временной интервал между первым и вторым отраженными импульсами соответствует толщине стенки. Отличительной чертой дефектоскопов этого типа является многократное измерение толщины стенки в каждой точке поверхности трубопровода, что повышает качество получаемых измерений.

Рисунок 17. Принцип действия дефектоскопа

Принцип работы дефектоскопа в варианте детектора трещин состоит в регистрации и измерении амплитуды отраженных от трещин сигналов и временных интервалов между зондирующим импульсом, импульсом, отраженным от внутренней стенки трубопровода и импульсом от трещины. Излученная датчиком ультразвуковая волна входит в металл под углом 17° к перпендикуляру к поверхности и распространяется в металле под углом 45°, при этом обеспечивается наилучшее отражение сигнала от трещины. Отраженные сигналы от трещины принимаются этим же датчиком. Для повышения вероятности обнаружения дефектов, облучение производится с двух сторон. В связи с тем, что преобразователи расположены по окружности с шагом ~ 11 мм, сигнал от дефекта может быть принят 2-мя или 3-мя датчиками с каждой стороны. В процессе интерпретации такие сигналы от разных датчиков совмещаются, а по характеристикам принятых сигналов, вырабатывается заключение о свойствах дефекта.

.2 Системы дефектоскопа

Система управления и контроля дефектоскопа обеспечивает: управление сбором и накоплением диагностической информации; регистрацию данных от ультразвуковых датчиков, расположенных с шагом в 11 мм по окружности трубы, через каждые 3 мм дистанции; регистрацию пройденного пути; регистрацию времени работы; передачу информации на внешние накопители после извлечения дефектоскопа из трубопровода для дальнейшей обработки и интерпретации полученных данных; автоматическую настройку и калибровку систем дефектоскопа.

Измерение пройденного дефектоскопом расстояния и привязка аномалий трубопровода к дистанции основывается на одометрической системе, состоящей из нескольких одометрических колес, полный оборот которых сопровождается выработкой определенного количества импульсов. Расстояние автоматически определяется дефектоскопом при известном диаметре одометрического колеса.