Диагностика магистрального газопровода акустико-эмиссионным методом
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важных задач газовой отрасли является: бесперебойная и безаварийная поставка природного газа потребителю. На сегодняшний день основной способ доставки газа от месторождения до потребителя – трубопроводный. Надежность функционирования единой системы газоснабжения обеспечивается своевременным проведением диагностических, планово-предупредительных работ, капитальных ремонтов.
Для решения этих задач требуется разработка и применение современных методов и средств диагностики, позволяющих как выявить дефекты, так и оценить дальнейшую работоспособность трубопроводов с учетом выявленных дефектов.
Использование традиционных методов неразрушающего контроля (далее НК), таких как радиографический, ультразвуковой, магнитный, визуальный, позволяет выявлять практически все возможные типы дефектов, но при условии свободного доступа к поверхности трубопровода.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Выбор метода обследования газопроводов 6
1.1 Характеристика и условия работы газопроводов 6
1.2 Дефекты сварных соединений и основного металла газопроводов и их влияние на работоспособность 6
1.3 Выбор метода неразрушающего контроля 8
1.3.1 Требования к методу 8
1.3.2 Сравнение существующих методов неразрушающего контроля 9
1.4 Теоретические основы и анализ акустико-эмиссионного метода диагностики 11
1.4.1 АЭ в твердом теле 11
1.4.2 АЭ сигналы и их параметры 12
1.4.3 Регистрация АЭ сигналов 14
1.4.4 Отличие АЭ метода от традиционных методов НК 14
1.4.5 Преимущества акустико-эмиссионного метода неразрушающего контроля 15
2. ВЫБОР МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ АЭ 17
2.1. Основные этапы и компоненты методики АЭ диагностирования 17
2.2. Анализ способов определения расстояния до дефектов 19
2.3. Дальномерный способ определения расстояния до развивающихся дефектов 23
2.4. Оценка влияния параметров сигналов акустической эмиссии на точность определения расстояния до развивающихся дефектов 29
2.4.1 Анализ погрешностей и поправочных коэффициентов при аппроксимации формы импульса 34
2.4.2 Анализ погрешностей и поправочных коэффициентов при аппроксимации формы импульса дугой окружности со смещенным центром 42
3. ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРОТЯЖЕННЫХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 49
3.1. Алгоритм вероятностной оценки ошибки определения класса опасности развивающихся дефектов 49
3.2. Методика акустико-эмиссионного диагностирования подземных технологических трубопроводов 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Елизаров С.В., Алякритский А.Л., Кольцов В.Г., Барат В.А., Ростовцев М.Ю. Новый портативный инструмент «UNISCOPE» для неразрушающего контроля / Химическая техника. 2011. №8. С. 34.
2. Сварка в машиностроении: Справочник; В 4-х т. / Редкол.: Г.А. Николаев (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1979 - Т.З / Под ред. В.А. Винокурова. - 567 с, ил.
3. Овчинников, В.В. Дефекты сварных соединений: Учеб. пособие / В.В. Овчинников .- 2-е изд, стер. - М., Academia, 2009.- 64 с.
4. Чабуркин B.Ф. Оценка опасности дефектов сварных соединений по результатам диагностики магистральных трубопроводов / Основы технологии, механо-коррозионной прочности, защиты и мониторинга сварных нефтегазовых конструкций и сооружений: Сборник трудов. - М.: Техинпресс, 2000.-С. 71-85.
5. Алешин Н.П. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений: Учеб. пособие.- М., Машиностроение, 2006.- 367 с.
6. Вавилов, В.П. Тепловые методы неразрушающего контроля: справ. / В. П. Вавилов.- М., Машиностроение, 1991.- 240 с.
7. Кузнецов, В.А. Технология неразрушающего контроля в нефтегазовой отрасли: учебное пособие / В. А. Кузнецов, Е. Е. Ярославкина, А. В. Суслов; Самарский государственный технический университет, Информационно-измерительная техника.- Самара, 2021.- 62 с. - Режим доступа: https://elib.samgtu.ru/getinfo?uid=els_samgtu||elib||5434
8. Бачурин В.В., Соловьев И.Ю. Об одном подходе к построению метода определения координат источника сигнала акустической эмиссии //Автометрия. - 1993.-№6.-С. 102-108.
9. Игнатов В.В. Алгоритм определения времени распространения составляющих АЭ-сигнала в толстостенном трубопроводе для повышения достоверности контроля // Нефть и газ - 2001: Тезисы докладов на 55-ой Межвузовской студенческой научной конференции. - М., 2001.- С. 49.
10. Игнатов В.В., Игнатов В.Н. Зорин Е.Е. Об определении расстояния до источников акустической эмиссии с помощью одного преобразователя // Безопасность труда в промышленности. - 2003.- №8.- С. 33-35.
11. Маслов Б.Я., Денисов В.В., Холькин О.И. Обнаружение растущей трещины методом акустической эмиссии и определение ее координат // Дефектоскопия. - 1978- №1- С. 67-74.
12. МИ-207-80. Методика определения местоположения развивающихся дефектов акустико-эмиссионным методом. М.: Изд. Стандартов, 1980.-8 с.
13. Пат. 2229121 Российская Федерация МПК7 G 01 N 29/14. Способ определения расстояния между преобразователем и источником акустической эмиссии / В.В. Игнатов, В.Н. Игнатов // Б.И.- 2004.- № 14.
14. Серьезной А.Н. Муравьев В.В., Степанова Л.Н. Расчетно-экспериментальный АЭ-метод определения координат дефектов в металлических конструкциях И Дефектоскопия. - 2000.- № 6.- С. 71-79.
15. ПБ 03-593-03. Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов / Колл. авт. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003.- 56 с.
16. Игнатов В.В., Игнатов В.Н. Зорин Е.Е. Об определении расстояния до источников акустической эмиссии с помощью одного преобразователя // Безопасность труда в промышленности. - 2003.- №8.- С. 33-35.
17. Волченко В.Н. Оценка и контроль качества сварных соединений с применением статистических методов. - М.: Изд-во стандартов, 1974. - 160 с.
18. Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий. - М.: Высшая школа, 1991. - 271 с.
19. РД 03-299-99. Требования к акустико-эмиссионной аппаратуре, используемой для контроля опасных производственных объектов // Неразрушающий контроль опасных производственных объектов. Метод акустической эмиссии. - М.: Госгортехнадзор России, 2001. - 174 с.
20. Харионовский В.В. Методические рекомендации по выбору аппаратуры акустической эмиссии для контроля газопроводных конструкций / Рос. АО "Газпром". - М.: ВНИИГАЗ, 1998. - 13 с.
21. Биргер И.А. Техническая диагностика. - М.: Машиностроение, 1978.-239 с.
22. Буйло С.И. Использование моделей статистической радиофизики для повышения достоверности результатов акустико-эмиссионного метода контроля и диагностики предразрушающего состояния // Дефектоскопия.- 1995.-№7.-С. 13-26.
23. Буйло С.И. Количественное определение достоверности результатов акустико-эмиссионного контроля и диагностики // Дефектоскопия.- 1994.-№10,-С. 17-26.
24. Волченко В.Н. Оценка и контроль качества сварных соединений с применением статистических методов. - М.: Изд-во стандартов, 1974. - 160 с.
25. Волченко В.Н. Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции. -М.: Металлургия, 1979. - 88 с.
26. Ивашев-Мусатов О.С. Теория вероятностей и математическая статистика. - М.: Наука, 1979. - 255 с.
27. Недосека А.Я. Основы расчета сварных конструкций. - Киев: Выща шк., 1988. - 263 с.: ил.
28. Петерсен Т. Б. Использование методов распознавания образов для автоматической классификации источников акустической эмиссии. - М.: РНЦКИ, 1995.- 18 с.
29. Плотников В.А. Природа акустической эмиссии при мартенситных превращениях. - Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 1998. - 46 с.
30. Хорошавина С.Г. Вероятностные модели оценки достоверности акустико-эмиссионного контроля композиционных материалов в точечном и интервальном вариантах И Дефектоскопия.- 2000.- №3.- С. 25-32.
31. Подгорный А.М., Гузь И.С. Определение координат развивающихся дефектов на поверхности изделий сферической формы методом акустической эмиссии // Проблемы прочности.- 1997.- №3.- С. 33-37.
32. Попов Ю.П. Экспертиза безопасности оборудования химикотехнологических производств: Учебное пособие. - М.: МГАХМ, 1996. - 143 с.
33. Разработка принципов построения системы локации развивающихся дефектов в нагружаемых корпусных конструкциях на основе использования эмиссии волн напряжений / Ю.Б. Дробот, В.А. Константинов, Б.Я. Маслов, В.В. Денисов. - Хабаровск: Филиал ВНИИФТРИ, 1975. - 102 с.
34. Серьезной А.Н. Муравьев В.В., Степанова Л.Н. Расчетно-экспериментальный АЭ-метод определения координат дефектов в металлических конструкциях И Дефектоскопия.- 2000.- № 6.- С. 71-79.
35. Слепцов О.И., Жирков А.М. Локализация источников акустической эмиссии методом последовательных приближений И Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1990.- №3.- С. 75 - 79.
36. Стеклов О.И. Актуальные проблемы сварочного производства // Основы технологии, механо-коррозионной прочности, защиты и мониторинга сварных нефтегазовых конструкций и сооружений: Сборник трудов. -М.: Техинпресс, 2000.- С. 36-50.
37. Стрижало В.А., Писаренко Г. С., Добровольский Ю. В., Прочность и акустическая эмиссия материалов и элементов конструкций. - Киев: Наукова думка, 1991.-231 с.
38. Стрижков С.А., Винклер О.Н. Акустико-эмиссионная диагностика сварных соединений магистральных нефтепроводов в процессе эксплуатации // Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1988.- №7.- С. 79-83.
39. Трипалин А.С., Буйло С.И. Акустическая эмиссия. Физико-механические аспекты. - Ростов: Ростовский университет, 1986. - 160 с.
40. Финкель В.М. Физика разрушения. Рост трещин в твердых телах. - М.: Металлургия, 1970. - 376 с., ил.
41. Харионовский В.В. Методические рекомендации по выбору аппаратуры акустической эмиссии для контроля газопроводных конструкций / Рос. АО "Газпром". - М.: ВНИИГАЗ, 1998. - 13 с.
42. Хорошавина С.Г. Вероятностные модели оценки достоверности акустико-эмиссионного контроля композиционных материалов в точечном и интервальном вариантах И Дефектоскопия.- 2000.- №3.- С. 25-32.
43. Чабуркин В.Ф. Оценка опасности дефектов сварных соединений по результатам диагностики магистральных трубопроводов // Основы технологии, механо-коррозионной прочности, защиты и мониторинга сварных нефтегазовых конструкций и сооружений: Сборник трудов. - М.: Техин- пресс, 2000.- С. 71-85.
44. Черепанов Г.П. Механика разрушения. - М.: Машиностроение, 1977.-224 с., ил.
45. Шарп Р. Методы неразрушающих испытаний. - М.: Мир, 1972. - 495 с.
46. Шемякин В.В., Стрижков С.А., Казаков О.И. Диагностика нефтепроводов методом акустической эмиссии // Безопасность трубопроводов: Материалы Второй международной конференции. - М., 1997.- С. 17-22.
47. Шип В.В., Муравин Г.Б., Чабуркин В.Ф. Вопросы применения метода акустической эмиссии при диагностике сварных трубопроводов // Дефектоскопия.- 1993.-№8.- С. 16-23.
48. Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений. - М.: 11зд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 496 с., ил.
49. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. - М.: Наука, 1981.-287 с.
50. Виноградов К.И., Фролова Е.В. Влияние параметров качества по-верхности металлического звукопровода и частоты ультразвука на затухание Релеевских волн. Известия высших учебных зав // Приборостроение.- 1974.-№6.-С. 120-124.
51. Грешников В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.
52. ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения. — М.: Изд-во стандартов, 1989,- 14 с.
53. Гуменюк В.А., Иванов Ю.Г., Красильников Д.П. Исследования акустической эмиссии от трения берегов усталостной трещины // Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1988.- №7.- С. 35-42.
54. Дорохова Е.Г. Разработка методики идентификации источников акустической эмиссии при контроле сварных трубопроводов на основе комплексных информативных параметров : Автореф. дис. канд. техн, наук: 05.02.11 / Моск. гос. технич. ун-т им. Н.Э.Баумана. - М., 2000. - 16 с.
55. Дробот Ю.Б., Лазарев А.М. Неразрушающий контроль усталостных трещин акустико-эмиссионным методом. - М.: Изд-во стандартов, 1987.- 128 с.
56. Донин А.Р. Применение метода акустической эмиссии для оценки долговечности изделий с трещинами // Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1990.- №4.- С. 46-48.
57. Standard of the Japanese Society for NDI. NDIS 2412-80. Acoustic emission testing of spherical pressure vessel made of high tensile strength steel. Classification of test results.- Montreal: Powder Technology. - 1985. - 28 p.
58. Patent № 141566 (USA). Improvements relating to methods and apparatus for the location of the sources of pulse like signals / T.E. Burnup, P.G. Bentley.- 1975.-9 p
Анализ перечисленных выше методов и способов оценки расстояния от датчика до развивающегося дефекта в протяженных конструкциях с ограниченным доступом к их поверхности показал, что ни один из рассмотренных методов и способов не позволяет в полной мере соответствовать указанным условиям, а именно:
наличие только одностороннего доступа к поверхности объекта, что означает необходимость использования только одного датчика;
необходима и достаточна одномерная информация о координатах дефекта;
аппаратная реализация метода не должна быть чрезмерно сложной;
возможность использования АЭ-аппаратуры 1 или 2 класса.
Дальномерн