Тестируем ФСНБ-2022

API расценок ФГИС ЦС

ФСНБ-2020 включая дополнение №9 (приказы Минстроя России от 20.12.2021 № 961/пр, 962/пр) действует с 01.02.2022

Нашли ошибку? Напишите в Техподдержку

Об опасной ошибке при ультразвуковом контроле сварных соединений технологических труб

Об опасной ошибке при ультразвуковом контроле сварных соединений технологических трубопроводов​

В условиях, когда владельцы опасных производственных объектов при техническом диагностировании технологических трубопроводов с толщиной стенки менее 8 мм по объективным причинам не разрешают применять рентгенографию сварных соединений, требуя заменить ее ультразвуковым контролем, специалисты встают перед проблемой выбора стандарта, в котором определены нормы чувствительности и разбраковки результатов. Часто дефектоскописты ошибочно применяют единую норму предельно допустимой эквивалентной площади 1,6 кв. мм для всех вариантов толщины менее 10 мм, в том числе и менее 8 мм. Это приводит к тому, что безопасность многих таких трубопроводов после их обследования остается негарантированной. Поэтому назрела необходимость внесения изменений в ГОСТ 32569—2013 в части нормирования ультразвукового контроля сварных соединений технологических трубопроводов с толщиной стенки от 2 до 8 мм.

Цели работы: изыскание, обоснование и популяризация логического выбора параметров УК сварных соединений технологических трубопроводов с толщиной стенки менее 8 мм в условиях отказа от радиографического метода.

Основная часть​

Согласно требованиям ГОСТ 32569—2013 [2] УК сварных соединений технологических трубопроводов регламентирован, начиная от толщины стенки 8 мм. А для более тонких стенок предусмотрен только рентген. Но некоторые крупные организации — владельцы оборудования предпочитают отказываться от радиационных методов и настаивают на замене рентгена ультразвуком. Это требование, например, со стороны руководства предприятий ПАО «НК «Роснефть» представляется вполне оправданным: работы по диагностированию большого числа трубопроводов наряду с другими мероприятиями проводятся, как правило, в период капитальных ремонтов нефтеперерабатывающих установок в круглосуточном режиме и в сжатые сроки, и требование вывода посторонних лиц из зоны контроля на время рентгеновских съемок сильно замедляет работу других подразделений, участвующих в ремонтных работах.

Для изложения сути проблемы рассмотрим п. 12.3.11 ГОСТ 32569—2013 [2], касающийся оценки качества сварных соединений по результатам УК, включая табл. 12.5.

Отметим, что в последнем абзаце данного пункта перед таблицей в скобках допущена опечатка: вместо союза «или» должна стоять запятая, как в документах [12, 13], предшествовавших данному стандарту. Молодых специалистов, не заставших периоды действия указанных документов, такая опечатка вводит в недоумение: в отношении трубопроводов I категории сказанное в скобках противоречит основному смыслу абзаца. Но главное — не в этом.

Вынужденный отказ от применения рентгена ставит специалистов УК перед необходимостью выбора норм чувствительности и браковки. Согласно ПБ 03-440—02 [14] и соответствующим международным документам [15, 16] у специалиста II и даже III уровня нет полномочий на самостоятельную разработку таких норм, они должны быть предоставлены ему документально.

Необходимо войти для просмотра​

Первая группа напрямую или через методический документ [11] ориентируется на нормы [3], действующие на объектах котлонадзора и предусматривающие УК при толщине стенки трубопровода h от 2 мм. При оформлении заключений они добавляют соответствующий документ в перечень использованных. Такой вариант представляется наиболее логичным, так как нормы [3] — очень жесткие и достаточно подробно проградуированы по значениям толщины.

Вторая группа опирается на нормы СТО 00220256-005—2005 [10], которые для малых толщин практически совпадают с нормами [3]. Но, во-первых, это другой тип объектов, потому ссылка в заключениях на данный документ формально не оправдана; во-вторых, нормы [10] регламентируют УК при толщине от 4 мм, поэтому значения толщины 2,5 и 3,5 мм остаются неохваченными.

Специалисты первой и второй групп понимают, что с переходом к более тонким стенкам трубопроводов предельно допустимая эквивалентная площадь дефекта Sэ должна снижаться как по соображениям обеспечения прочности и безопасности объекта, так и по чисто геометрическим условиям. Для примера на рис. 1 показана усредненная кривая, связывающая Sэ с h в области ее малых значений по нормам [3]. Снижение Sэ предполагает, что чувствительность дефектоскопа необходимо повышать на величину, определяемую по формуле:

Необходимо войти для просмотра​

где ΔА — надбавка к чувствительности прибора, дБ, которая должна вводиться при переходе от некоторого исходного значения предельно допустимой эквивалентной площади Sэ0 к меньшему Sэi. На рис. 1 она показана отдельной шкалой.

Третья группа дефектоскопистов, выделяя из контекста документов [2], [12] либо [13] фразу «1,6 кв. мм — при толщине стенки трубы до 10 мм включительно», применяет эту норму Sэ для всех вариантов толщины менее 10 мм. Но это — грубая ошибка.

Необходимо войти для просмотра​

Дефектоскописты третьей группы не учитывают, что при переходе ко все более малым значениям h (рис. 2, здесь 1 — возможные значения толщины стенки трубопровода h, мм; 2 — точки ввода УК; 3 — остаточная толщина «живого» металла hост, мм; 4 — дисковый отражатель с эквивалентной площадью Sэ = 1,6 кв. мм) с неизменным значением Sэ = 1,6hост также пойдет на снижение и на определенном этапе станет меньше нижнего предела h, который указан в конструкторской документации и регулярно пересчитывается при экспертизах промышленной безопасности. Иными словами, для толщинометрии область такой модели дефекта недопустима, а для дефектоскопии — нормальна. И такое противоречие явно неприемлемо.

Вызывает тревогу тот факт, что только на одном предприятии и в отношении только одной нефтеперерабатывающей установки обнаружено несколько десятков таких заключений, выданных в разные годы различными диагностическими организациями. Это, к сожалению, свидетельствует о весьма широком распространении такого опасного заблуждения.

Выводы​

До внесения этих изменений (дополнений) учебным центрам и независимым органам по аттестации персонала в области НК при подготовке специалистов УК для контроля технологических трубопроводов рекомендуется уделять особое внимание вопросу важности дифференцированного подхода к нормам браковки в зависимости от толщины стенки объекта и логического выбора этих норм.

Независимым органам по аттестации лабораторий НК при проверках служб контроля и консультациях также рекомендуется уделять внимание логическому выбору норм УК сварных соединений технологических трубопроводов с h до 8 мм в тех условиях, когда рентген запрещен или невозможен.

Отмечена еще одна область разногласий в части УК технологических трубопроводов — касательно контроля соединений из аустенитной стали. Но это — специфическая проблема, требующая отдельного рассмотрения.

Список литературы​

Как выбрать метод промышленного неразрушающего контроля для трубопровода с рабочей средой

Чтобы облегчить задачу контроля, надо вывести трубопровод из эксплуатации и удалить рабочую среду. Но контроль может потребоваться на технологическом трубопроводе сложной формы, либо в составе какой- либо конструкции. В этом случае слить жидкость не получится — придётся вести контроль со средой.

Виды сред

Среда в трубопроводах может быть двух видов: жидкой и газообразной.

1. Жидкая среда: вода, сырая нефть и нефтепродукты. В качестве нефтепродуктов могут выступать бензин, керосин, дизтопливо, мазут, солярка, резина, масла, гудрон, битум, ацетон, газоконденсаты, прямогон.
2. Газообразная среда: гелий, водород, углерод, аргон, азот, метан.

Среды различаются по плотности. Рассмотрим это на рентгеновском контроле. К примеру, согласно ГОСТ 20426, линейный коэффициент ослабления воды — 1,64 см¹, воздуха — 2*10^-3 см^-1. Вода в 1000 раз сильнее ослабит излучение, чем воздух. Если мы будем сравнивать газ и нефтепродукты, то разница будет подобной, так как жидкость плотнее газа.

Чем плотнее среда, тем сильнее она отразится на результатах контроля. У газов низкая плотность, из-за этого они практически не повлияют на результаты контроля. Вода и нефтепродукты ослабят рентгеновское излучение, увеличат рассеяние и могут помешать достигнуть требуемой чувствительности. В случае с ультразвуком, жидкость в трубе приведёт к тому, что отражённый сигнал будет меньше, чем мог бы быть при пустой трубе.

Данила Ксенофонтов,
технический специалист

Три причины, из-за которых рентгеновский контроль может не подойти

Теория

Вода или нефтепродукты из-за большой плотности увеличивают радиационную толщину объекта контроля и рассеянное излучение. К примеру, нам надо проконтролировать трубу диаметром 426 мм. Толщина одной стенки — 6 мм, соответственно 2 стенки — 12 мм. Плюсуем угол и валик усиления — 14 мм. Плюсуем рабочую среду в виде воды и на выходе получаем порядка 16 мм. Увеличение толщины увеличит время контроля, а рассеянное излучение снизит чувствительность контроля.

Хорошо, если объект заполнен полностью, а среда равномерно распределена в трубе. Если объект заполнен наполовину или ¾, или есть участки с пустотой, неравномерность может ухудшить качество изображения. К примеру, при экспозиции часть снимка может выйти светлой, а часть — тёмной.

Но наибольшую проблему представляет именно рассеяние. Разница толщин на снимках не так уж и видна, а вот облака от рассеяния значительно ухудшают качество изображения. Причем с водой этот эффект проявляется намного сильнее, чем, например, с нефтепродуктами. Чем меньше плотность, тем меньше рассеяние.

Практика

Тезисно перечислим причины, из-за которых рентгеновский контроль может не подойти для трубопроводов с рабочей средой:

1. Уменьшается доза за счёт увеличения радиационной толщины.
2. Из-за рассеянного излучения возникает шум на изображении.
3. При неравномерном заполнении трубопровода на изображении может появиться перепад оптической плотности или уровня сигнала.

Для иллюстрации каждого тезиса мы провели эксперимент. В качестве объекта контроля взяли трубу ø219×7,1 мм. Для имитации среды мы помещали в неё пакет с водой и пятилитровку с маслом. Экспозиции проводили с помощью Eresco 200 MF. Приёмником рентгеновского излучения служил плоскопанельный детектор «ЦИФРАКОН-М».

Для иллюстрации влияния среды мы сделали три снимка при одинаковых условиях:

• напряжение — 140 кВ,
• ток — 2,5 мА;

• длительность кадра — 0,2 с;
• усреднение — 15 кадров.

Схема контроля — через 2 стенки

Аппарат располагался вплотную к трубе

Эталонный снимок без среды. В красной области видны поры

Первый снимок мы сделали на трубе без среды. Уровень сигнала в околошовной зоне составил ~ 25 000 градаций серого. На 13-м проволочном эталоне видно все семь проволочек. Обнаружены две поры.

Снимок с водой в качестве среды, при тех же параметрах экспозиции. Поры не видны из-за рассеянного излучения

Второй снимок мы сделали на трубе, внутрь которой был помещён пакет с водой. Уровень сигнала в околошовной зоне ~ 1 700 градаций серого. В сравнении с предыдущим снимком уровень сигнала ниже почти в 15 раз. Это говорит о значительном ослаблении рентгеновского излучения средой.

На 13-м проволочном эталоне видно 5 проволочек, чувствительность ухудшилась. Поры не видны из-за шума.

Снимок с маслом в качестве среды, при тех же параметрах экспозиции. Поры видны, но не так чётко, как на эталонном снимке

При третьей экспозиции в качестве среды использовалось масло. Уровень сигнала в околошовной зоне ~ 4 200 уровней серого. Масло также ослабило рентгеновское излучение, но не так сильно, как вода.

На 13-м проволочном эталоне видно 6 проволочек. Поры видны, но не так чётко, как на эталонном снимке. В целом масло также влияет на качество изображения, но не так сильно, как вода.

Снимок с водой в качестве среды. В красной области видны поры

Для компенсации влияния среды мы изменили параметры экспозиции. Во-первых, увеличили напряжение, до 180 кВ. Во-вторых, увеличили длительность кадра до 0,6 с. Это позволило получить уровень сигнала в околошовной зоне, как на эталонном снимке — 25 000 градаций серого. Количество кадров было увеличено до 200. Это позволило компенсировать шум от рассеянного излучения.

На 13-м проволочном эталоне мы также видим 6 проволочек. Чувствительность увеличилась, в сравнении с предыдущим снимком с водой. Также стали видны поры.

На снимке видны складки пакета

В качестве носителя воды мы использовали пакет. Предполагалось, что давление воды на стенки пакета обеспечит их плотное прилегание к трубе. Однако, при применении фильтра стали заметны следы от складок пакета — в них находится воздух, следовательно уменьшается радиационная толщина. Это говорит о том, что даже незначительные неоднородности среды могут отобразиться на снимке. Не говоря уже о случае с частично заполненным трубопроводом.

Отдельно подчеркнём — эксперимент проводился с помощью плоскопанельного детектора и все приведённые ранее изображения получены с усреднением кадров. При использовании плёнки и запоминающих пластин произвести усреднение невозможно. Соответственно качество изображения будет заведомо хуже. Снимок будет выглядеть примерно так:

Снимок с водой в качестве среды. Один кадр, длительностью 1 с. Без усреднения

Проводить контроль трубопровода с движущейся средой бессмысленно даже при использовании цифровых детекторов. На каждом кадре распределение жидкости будет отличаться, и усреднение не поможет это компенсировать.

Резюмируем. На практике рентгеновский контроль используют для просвечивания трубопроводов с газом из-за низкой плотности среды и её равномерного распределения в объекте. Просветить трубу с жидкостью в теории можно. Но высокая плотность среды и невозможность определить степень равномерности распространения среды в объекте не позволят сделать качественный снимок. В частности из-за этого, в руководящем документе РД-08.00-60.30.00-КТН-046-1-05 «Транснефти», в пункте 2.2.5 прописано, что рентгеновский метод контроля не применяется ни при каких видах работ на эксплуатируемых трубопроводах.

Возможно применение цифровых детекторов с усреднением по большому количеству кадров: от 100 и выше. Но этот метод не регламентирован ни одним НТД. Решение о применении такого метода принимается лабораторией неразрушающего контроля на предприятии, в зависимости от важности объекта.

Почему ультразвуковой контроль оптимальный вариант?

Теория

Распространение ультразвуковой волны в трубах с нефтью и газом

Амплитуда сигнала, отраженного от внутренней поверхности объекта контроля, зависит от плотности среды. Поэтому с газом проблем не возникнет — отражение будет лучше, в сравнении с жидкостью. Это происходит потому, что жидкость по своим акустическим свойствам ближе к твердому телу, чем газ. Часть сигнала не отразится, а уйдёт в жидкость.

В ходе контроля трубопроводов с жидкостью возможны 2 варианта распространения ультразвука:

Контроль отражённым лучом

1. При поиске дефекта отраженным лучом, сигнал от дефекта будет дважды отражаться от внутренней поверхности, которая контактирует с рабочей средой. От того возникнет ослабление сигнала.

Контроль прямым лучом

2. Прямой луч отражается от дефекта, выходящего на внутреннюю поверхность. Поскольку дефект будет заполнен рабочей средой, отраженный сигнал будет ослаблен.

Чтобы учесть ослабление сигнала, РД «Транснефти», в пункте 4.5.9.6, предписывает настраивать чувствительность дефектоскопа на СОП. При этом нижнюю поверхность образца, соответствующую внутренней поверхности трубы, надо погрузить в рабочую среду.

Также возможна настройка чувствительности «без жидкости» — с применением поправочных коэффициентов. Значения коэффициентов определяют при разработке технологических инструкций в процессе измерений, проводимых на «сухих» СОП и СОП, нижняя поверхность которых погружена в рабочую среду.

При этом ОСТ 36-75-83, в пункте 5.3, запрещает проводить контроль сварных швов труб с жидкостью. ОСТ и РД — документы не взаимоисключающие, поэтому решать, как проводить контроль придётся дефектоскописту.

Описанная методика относится только
к объектам «Транснефти»

Практика

Мы проконтролировали пластиковую трубу ø32×2,4 мм в трёх состояниях: с воздушной средой, с неподвижной водой и движущейся водой. Для контроля использовался ультразвуковой дефектоскоп А1212 с преобразователем D1771. В одной и той же точке трубы измерялась амплитуда донного сигнала.

Объект контроля

Нанесение ультразвукового геля

А-Скан с огибающей при контроле пустой трубы

За эталон мы принимаем амплитуду сигнала пластик-воздух, измеренную на пустой трубе. Для фиксации максимальной амплитуды использовалась огибающая. Усиление было выставлено таким образом, чтобы эталонный сигнал был на уровне 75% экрана. При дальнейших измерениях усиление не менялось.

Настройка дефектоскопа

Контроль полипропиленовой трубы

Далее мы заполнили трубу водой и измерили амплитуду сигнала от границы пластик-неподвижная вода. Амплитуда сигнала упала до 50% от экрана или на 3 дБ.

А-Скан с огибающей при контроле пустой трубы

Для следующего измерения мы открыли вентиль и пустили по трубе воду. При этом амплитуда сигнала от границы пластик-движущаяся вода стала «скакать» от 25 до 50% экрана. Это происходит из-за локального изменения давления в потоке жидкости.

А-Скан с огибающей при контроле трубы с движущейся водой

Пуск воды по трубе

Наличие движущейся жидкости в трубопроводе не позволит произвести контроль из-за нестабильности сигнала. Возможно только проведение толщинометрии, так как положение донного сигнала не изменяется, а изменения амплитуды не влияют на результат измерений.

В сравнении с рентгенографическим контролем использовать ультразвуковой будет проще. Немного меняется процедура настройки: СОП нужно будет погрузить в жидкость. Весь остальной процесс остается таким же. При этом в РК, для контроля трубопровода с жидкой средой, понадобится цифровой детектор, а в УЗК можно использовать обычный ультразвуковой дефектоскоп.

Визуально измерительный контроль и капиллярная дефектоскопия

Помогают обнаружить дефекты только на поверхности объекта контроля. Дефекты на внутренней стороне выявлены не будут.

Магнитопорошковый и вихретоковый контроль

Выявляют дефекты в поверхностном и приповерхностном слоях объекта. Применяются там, где бессильны рентгеновский и ультразвуковой методы контроля.

Ультразвуковой контроль кольцевых сварных швов трубопроводов

Ультразвуковой контроль кольцевых сварных швов трубопроводов

До недавнего времени контроль сварных швов трубопроводов традиционно был исключительно прерогативой радиографии. С появлением механизированной дуговой сварки металлическим электродом (GMAW) ультразвук оказался эффективным вариантом для обнаружения несплавленных дефектов, неблагоприятных для рентгенографии.

В настоящее время несколько компаний обеспечивают механизированный контроль кольцевых сварных швов трубопроводов с помощью ультразвукового контроля. Методы для этого приложения используют многие достижения в области оборудования и компьютеризации, которые стали возможны лишь недавно. Эти системы включают в себя многие аспекты технологии, обсуждаемые в этой книге, и их описание здесь дает подходящее краткое описание технологий, применяемых в данной области.

Основы систем

Рисунок 23

Уже несколько лет ультразвук используется в качестве метода неразрушающего контроля для оценки целостности автоматически сваренных кольцевых швов. С целью идентификации дефектов и инженерно-критической оценки (ECA) сварной шов делится на несколько зон. Каждая зона покрывает около 2 мм толщины сварного шва. Ультразвуковые преобразователи спроектированы и расположены так, чтобы исследовать каждую зону с обеих сторон от центральной линии сварного шва. Массив датчиков перемещается по кольцевому сварному шву с помощью моторизованной тележки, которая движется по тому же пути, что и сварочный аппарат. Сигналы, принимаемые ультразвуковыми приборами, контролируются электронными стробами, и могут быть собраны как амплитуда сигнала, так и время его прихода (точка, в которой сигнал прерывает строб). Зона сварки контролируется от линии непосредственно перед расчетной линией сплавления до точки сразу после осевой линии сварного шва. Выход стробирования обычно оцифровывается, а затем отображается для оценки оператором. В некоторых случаях компьютерный монитор является дисплеем, на котором выполняются оценки, в то время как в других случаях оценивается многоканальная ленточная диаграмма.

При оценке результатов сканирования оператор принимает решение о приемлемости сварки на основании длины сигнала, превышающей пороговое значение, указанное в Спецификации компании.

Хотя неплавление является наиболее вероятным дефектом в GMAW, это, безусловно, не единственный дефект. Поэтому оператор не может назвать все сигналы выше порогового значения отсутствием слияния. Для более достоверной оценки характера сигнала оператор должен использовать всю возможную информацию, доступную на дисплеях. На рис. 10-23 представлена ​​блок-схема системы ультразвукового контроля кольцевых сварных швов трубопровода.

Датчики

Точность определения зоны стала возможной благодаря разработке ультразвуковых преобразователей с контактной фокусировкой луча (также называемых преобразователями с внутренней фокусировкой). (см. главу 3).

Информация закрытого типа

Дисплеи (компьютерные мониторы или бумажные диаграммы) предоставляют информацию о происхождении сигнала. Расстояние от зонда и относительная площадь отражения источника сигнала — это единственная информация, которую собирает ультразвуковой (УЗ) прибор. Это должно быть согласовано с точкой входа луча в металл и углом, под которым он проходит в металле, чтобы оператор мог собирать достоверную информацию.

Амплитуда сигнала — это смещение от базовой линии, которое сигнал делает в УЗ-сканере. Это смещение выводится как напряжение, от нуля при отсутствии сигнала в затворе до максимум 10, 12 или 15 вольт (в зависимости от производителя) для полного смещения экрана. Затем выходное напряжение преобразуется в точку на ленточной диаграмме с положением на диаграмме, пропорциональным высоте сигнала.

Точно так же время можно отображать, используя длину затвора в качестве переменной напряжения. Самая ранняя точка на затворе — ноль вольт, а самая длинная (самая поздняя по времени) — 10 вольт. Снова «временное напряжение» преобразуется в сигнал ленточной диаграммы, положение которого пропорционально времени, в течение которого сигнал появляется в затворе. В дополнение к отображению ленточной диаграммы амплитуды и время (или эквивалентное пройденное расстояние) могут быть представлены в виде цветов. Цветной дисплей используется оператором для более быстрой оценки. Отображение диаграммы стробируемой информации поясняется рис. 10-24. Два сигнала показаны так, как они могут появиться на осциллографе. Амплитуды и времена в стробируемой области показаны как повышенные напряжения на диаграмме. Сигнал S1 составляет около 80% высоты экрана и появляется в начале строба. О раннем приходе свидетельствует низкое напряжение на временной трассе, около 2 вольт. Второй сигнал, S2, имеет меньшую амплитуду и появляется позже в затворе. На это указывает меньшее (4 вольта) амплитудное смещение на графике и большее временное смещение (около 8 вольт).

Рисунок 10-24

Требования к подготовке поверхности

Для того, чтобы датчики располагались правильно, чтобы луч пересекал зональные мишени, их располагают на разном расстоянии от осевой линии сварного шва. Для этого необходимо, чтобы на поверхности, по которой перемещается зонд, не было материалов, препятствующих звуку или препятствующих его движению по поверхности трубы. Для этого необходимо очистить поверхность трубы от всех сварочных брызг и грязи, а также убедиться, что покрытие трубы удалено достаточно далеко назад, чтобы позволить наиболее удаленному зонду перемещаться по трубе, при этом ни одна часть зонда не должна быть на покрытии. Максимальное расстояние будет определяться сочетанием толщины трубы и используемых углов. Однако, как правило, отступ покрытия должен составлять около 100 мм.

Калибровка

Калибровка УЗК включает в себя настройку системы для приема сигналов от целей известного размера и в известном местоположении. Основными мишенями для дефектов несплавленного типа являются отверстия с плоским дном диаметром 2 мм. Их располагают на образце трубы в точках, соответствующих геометрии подготовки под сварку. В дополнение к основным мишеням есть мишени для подреза (глубина надрезов 1 мм) и еще одна мишень для подтверждения диапазона, чтобы гарантировать, что сварной шов проверяется сразу за центральной линией (центральной прорезью или сквозным отверстием).

Эти цели показаны на рис. 10-25 вместе с траекторией, по которой проходит центр звукового луча. Следует отметить, что путь, выбранный для проверки 1-й насыпи, отличается. Это предполагает использование тандемной пары зондов. Один датчик передает луч, который отражается от внутренней и наружной поверхностей, а также от цели. Поскольку его путь не возвращается к передающему зонду, другой зонд используется в качестве приемника для обнаружения любых сигналов, связанных с дефектами на пути передаваемого луча. Осмотр траектории Засыпки 2 показывает, что датчик находится далеко от центральной линии сварного шва, что является результатом режима эхо-импульса, в котором используется датчик.

Рисунок 10-25
Горячий проход 1 и 2
Земельный участок (LCP)
Заполнители 1 и 2 и выточка наружного диаметра
Корневая область
	Спасибо RTD Quality Services Ltd. за приведенные выше цифры

Вентили располагаются таким образом, чтобы было покрыто достаточное количество материала для обеспечения того, чтобы линия сплавления попала в контролируемый диапазон, а также металл сварного шва до точки, находящейся примерно на 1 мм за центральной линией. Обычно для этого требуется, чтобы начало литника располагалось примерно на 3 мм раньше линии сварки. Дополнительный элемент перед линией слияния допускает некоторое смещение из-за несоответствия и дефектов, которые могут возникнуть раньше во времени, таких как прожоги. На рис. 10-26 показаны проблемные области, покрываемые двумя датчиками за время стробирования.

Таблицы калибровки

Различия в оборудовании и дисплеях существуют. Однако хороший пример принципов показан на рис. 10-27 (любезно предоставлено Shaw Pipeline Services). Диаграмма разделена на четыре области. Справа находится идентификационная информация. Указываются местоположение, заказчик, сварка и разрешение схемы, а также система нумерации для идентификации цели, например. выделенная индикация № 2 — это цель заполнения отверстия. Вверху темные линии внутри столбцов обозначают места, где амплитуда в конкретном стробе превысила заданный порог (40%). Подобные темные линии в нижней части диаграммы обозначают места, где связь не сохранялась. Основная область диаграммы занята зависимостью выходного напряжения (по вертикали) от положения (по горизонтали) для каждого вентиля в системе. Средние две трассы представляют собой стробированные временные выходы для корня, а остальные — стробированные амплитудные выходы. Трассы симметричны относительно середины, верхние семь дорожек предназначены для датчиков, расположенных ниже по потоку, а семь нижних — для датчиков, расположенных выше по потоку (т.

Оценка сигналов

При ультразвуковом контроле соединений GMAW могут возникать несколько источников сигналов. Не все сигналы, возникающие в области стробирования, являются результатом дефектов, и не все дефекты подлежат ремонту. Сигналы могут возникать из-за того, что геометрия отличается от идеальной (например, из-за несоответствия труб), или дефекты могут не достигать длины или амплитуды, достаточных для того, чтобы потребовать ремонта. Ультразвуковой оператор должен собрать всю доступную информацию, чтобы оценить источник и серьезность сигналов.

РИСУНОК 28: СХЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РАЗРЫВОВ GMAW

На схеме показаны основные неоднородности, встречающиеся в сварных соединениях GMAW. Последующие описания являются основой для оценки сигналов оператором. Открыть эту схему как карту изображения вместе с таблицей Отдельная страница

Трубы разных производителей (т. е. отличные от калибровочного образца):
Исследования показали, что скорость звука варьируется от одного типа трубы к другому (хотя все они называются сталью X70). Отношение скорости пластикового клина, на котором установлен ультразвуковой датчик, к скорости тестируемой стали определяет угол преломления луча в стали. Если скорость звука в стали изменяется, соотношение изменяется, поэтому изменяется угол преломления. Это может означать, что если сталь с более высокой акустической скоростью, чем у калибровочного образца, должна быть испытана (без изменения настроек датчика или прибора), то исследуемые зоны не будут откалиброваны. например луч зондов LCP теперь может быть изогнут и направлен на область Fill 1.

Влияние температуры

Во время зимних работ было обнаружено, что в калибровки были внесены многочисленные коррективы. Исследования показали, что очень важно поддерживать температуру в узком диапазоне (+/- 10°C). Причиной этого беспокойства является изменение скорости звука в зависимости от температуры. Для пластмасс эффект изменения температуры намного быстрее, чем для стали. В рабочем диапазоне контроля (от +40°C до -40°C) изменения скорости в стали пренебрежимо малы по сравнению с изменением скорости в пластике в том же диапазоне температур. Эти изменения более выражены при больших углах преломления, то есть при углах преломления > 60°.

Для обеспечения контроля температурных режимов требуется ряд мер предосторожности. Термопары размещаются в клиньях, чтобы гарантировать, что рабочая температура находится в пределах допусков, разрешенных спецификацией. Регулирование температуры осуществляется либо с помощью грелки под калибровочным блоком, либо путем циркуляции нагретой контактной жидкости через датчики. Грелка несколько аккуратнее, поскольку контактная жидкость не течет все время, но если датчики не центрированы на калибровочном блоке, нагрев может быть неравномерным. Кроме того, когда датчики снимаются с площадки, они начинают остывать. От начала сканирования до его конца пластик может остыть ниже допуска. Повторное выполнение сварки дважды подряд может потребовать повторного размещения датчиков на грелке для повторного прогрева перед вторым проходом.

Рис. 29. Влияние температуры и скорости на углы преломления

На рис. 10-29 показано влияние изменений скорости стали и температуры пластиковых клиньев на положение балки в образце. Когда скорость стали больше, чем рассчитанная для пластика, используемого для преломления луча, угол преломления увеличивается. Это заставляет луч перемещаться в новую зону. В холодную погоду пластик становится жестче и быстрее передает звук. Это означает, что существует меньшая разница скоростей между пластиком и сталью. В этих условиях пучок будет меньше изгибаться при преломлении, и исследуемая зона фактически окажется ниже предполагаемой зоны.

Луч с левой стороны показывает предполагаемое положение луча для области LCP. Правая сторона указывает результирующий луч, когда скорость стали больше, чем прогнозируемая (например, трубы разных производителей).

И наоборот, правая сторона может показывать луч, предназначенный для попадания в зону заполнения 1 (как в тандемной технике, показанной в разделе калибровки). Если не будут внесены поправки, чтобы сохранить датчик при температуре, которая была разработана для холодных зимних температур, пластик может охладиться, и скорость звука возрастет. Это уменьшает угол преломления до чего-то вроде луча слева, тем самым помещая его в область LCP вместо предполагаемой заливки 1.

PipeWIZARD® Автоматизированный ультразвуковой контроль кольцевых сварных швов трубопроводов с использованием фазированных решеток

Система контроля кольцевых сварных швов

PipeWIZARD — это автоматизированная система контроля кольцевых сварных швов, использующая фазированную антенную решетку и традиционные методы ультразвукового контроля (УЗК). Специально разработан для контроля сварных швов на месте в экстремальных условиях, на берегу и в море.

Трубопроводы выполняют важнейшую функцию в мировой экономике, транспортируя огромные объемы газа, нефти, воды и других химикатов. Трубы свариваются в кольцо на месте, как правило, с использованием автоматизированных сварочных систем. При строительстве трубопроводов сварные швы являются «слабым местом», так как именно здесь чаще всего возникают дефекты. Сварные швы проходят неразрушающий контроль, покрываются и закапываются или укладываются на морское дно. Из-за сложного строительного цикла важно очень быстро обнаруживать и анализировать дефекты сварных швов.

Автоматизированный ультразвуковой контроль (AUT)

За последние несколько лет автоматизированный ультразвуковой контроль (AUT) начал обгонять традиционную рентгенографию в качестве предпочтительного метода контроля сварных швов трубопроводов во всем мире. Рентгенография имеет существенные ограничения: плохое обнаружение плоских дефектов, отсутствие возможности определения вертикального размера, проблемы безопасности и экологические проблемы.

Преимущества АУТ:

• Без радиационной опасности, без химикатов, без лицензирования
• Очень короткое время цикла контроля для высокой производительности
• Более высокая точность обнаружения и определения размеров, что снижает процент отбраковки
• Использование критериев приемлемости инженерно-критической оценки (ECA) с измерением вертикальной высоты и глубины показаний, что снижает процент брака
• Анализ в реальном времени с интеллектуального дисплея вывода
• Данные и отчеты об инспекции электронной поддержки
• Улучшенный контроль процесса сварки, что также снижает процент отбраковки

Технология фазированных решеток

Ранние системы AUT использовали многозондовые системы с обычными ультразвуковыми датчиками. Десять лет назад стали доступны системы с фазированными решетками. В фазированных решетках используется электронное формирование луча для генерации и приема ультразвука. Каждый элемент массива имеет индивидуальный импульс и задержку для создания широкого диапазона углов луча и фокусных расстояний.

Фазированные решетки обладают значительными преимуществами по сравнению с обычными многозондовыми системами:

• Как правило, два преобразователя с фазированной решеткой заменяют более 24 обычных преобразователей.
• Настройка фазированной решетки выполняется путем загрузки файла, а не путем настройки положения каждого отдельного датчика
• Лучи фазированной решетки оптимизируются (угол, фокус, путь УЗ, ширина луча) путем установки соответствующих параметров в программном обеспечении, что приводит к повышению точности размеров
• Система с фазированной решеткой имеет примерно на 80 % меньше движущихся частей, чем аналогичная обычная многозондовая система, что обеспечивает стабильную надежность проверки сканирование за сканированием
• Сканер с фазированной решеткой значительно меньше и легче обычного многозондового сканера. Таким образом легче манипулировать, и требуется меньший срез покрытия с каждой стороны сварного шва.
• Системы с фазированной решеткой используются для контроля сварных швов практически любого типа, в то время как обычные мультизондовые системы имеют ограничения по толщине стенки и диаметру трубы
• Электронное сканирование с фазированной решеткой позволяет проводить индивидуальную проверку сварных швов, включая многоракурсную TOFD, расширенную визуализацию и детальную проверку

Фазированная решетка: Полный охват двумя зондами Иллюстрация, показывающая осмотр одной зоны. Технология фазированных решеток позволяет одновременно проверять все зоны с помощью одного и того же датчика. Фазированная решетка обеспечивает полный охват сварного шва одним датчиком с каждой стороны сварного шва.

Обычный УЗК: Полное покрытие > 24 датчиками Иллюстрация, показывающая проверку одной зоны. При использовании традиционной технологии УЗ требуется несколько датчиков для охвата всех зон.

Соответствие кодексу

В 1998 г. ASTM опубликовала код E-1961-98 (повторно утвержденный в 2003 г.), который охватывает ключевые элементы AUT кольцевых сварных швов — определение зоны, быструю интерпретацию данных, специализированные калибровочные блоки и процедуры настройки. Код E-1961 предназначен для ЕСА. Точно так же в 1999 году Американский институт нефти (API) опубликовал 19-е издание стандарта 1104, в котором рассматриваются механизированные ультразвуковые испытания и радиография кольцевых сварных швов.

PipeWIZARD позволяет выполнять проверки в соответствии с кодом ASTM E-1961 и, как следствие, со стандартом API 1104. Это также обеспечивает соответствие стандарту DNV-OS-F101, коду оффшорной AUT.

Спецификации компании могут выходить за рамки кодов, как правило, за счет увеличения размера или разрешения.

Опыт PipeWIZARD

Система PipeWIZARD специально разработана для работы в экстремальных условиях, от холодных регионов Сибири до жарких пустынь Ближнего Востока; во влажных, соленых или сухих условиях. Были также проведены всесторонние испытания, чтобы убедиться, что PipeWIZARD устойчив к вибрациям, ударам и электромагнитным помехам.

PipeWIZARD подходит для всех конфигураций кольцевых сварных швов:

• Любой тип сварных профилей: CRC-Evans, J-образный, V-образный, двойной V, X и т. д.
• Стандартная толщина стенки трубы: от 6 мм (0,25 дюйма) до более 35 мм (1,4 дюйма)
  Доступны опции для более толстых труб
• Стандартный диаметр трубы: от 6 до более 56 дюймов.
  Доступны опции для меньших диаметров
• Материал трубы: от стандартной углеродистой стали до более сложных конфигураций, таких как инконель, плакированные трубы, бесшовные трубы с различной толщиной стенки и т. д.

Типичные выявляемые дефекты: непровары, непровары, пористость, прожоги, подрезы, хай-лоу, трещины, холодный нахлест, включения и т.д.

Продолжительность цикла контроля составляет от 2 до 6 мин в зависимости от тип сварного шва, диаметр трубы, местоположение и окружающая среда.

Краткий обзор развертывания PipeWIZARD

• Системы с фазированными решетками PipeWIZARD используются в крупнейших проектах по строительству наземных и морских трубопроводов по всему миру.
• С помощью систем PipeWIZARD уже проверено более миллиона сварных швов.
• Крупные нефтегазовые компании уже аттестовали системы PipeWIZARD для проектов строительства трубопроводов:
  • Эксон Мобил
  • Корпус
  • ИТОГО
  • БП
  • Шеврон
  • Эни
  • Петробрас
  • Газпром
• Сотни операторов по всему миру уже обучены работе с системами PipeWIZARD.

Метод проверки зонной дискриминации

Основным методом, используемым в системе PipeWIZARD, является метод разделения зон, при котором каждая отдельная зона сварного шва проверяется с помощью определенного ультразвукового луча. Высота зон примерно равна проходу сварки.

Два преобразователя с фазированной решеткой, по одному с каждой стороны сварного шва, обеспечивают полный охват зоны скоса и объема сварного шва. В зависимости от проверяемой зоны используются конфигурации «импульс-эхо» и «передача-прием» («шаг-и-улов»). Эти каналы фазированной решетки отображаются в виде ленточной диаграммы.

Для улучшения обнаружения и определения размера небольших или неправильно ориентированных признаков используется дополнительный метод: времяпролетная дифракция (TOFD). Он также используется для подтверждения показаний, обнаруженных в каналах ленточной диаграммы. Данные TOFD могут быть предоставлены датчиками с фазированной решеткой или специальными обычными преобразователями.

Дополнительный поперечный модуль с 4 специальными обычными датчиками можно использовать для обнаружения поперечных признаков в сварном шве.

Отображаются определенные каналы для контроля связи каждого датчика с фазированной решеткой во время сканирования сварного шва и калибровочного блока.

Для каждой конфигурации сварки требуется специальный калибровочный образец того же диаметра, толщины и материала, что и трубы, которые будут использоваться на месте. Обрабатываются специальные отражатели, представляющие типичные дефекты, которые чаще всего появляются в процессе сварки. Все балки калибруются в соответствии с процедурой проверки.

Программное обеспечение PipeWIZARD V4 основано на надежном и проверенном на практике программном обеспечении для сбора и анализа данных TomoView. Он отличается простым автоматическим созданием настроек, многочисленными инструментами анализа данных (включая 2D-представление), простой отчетностью и расширенными возможностями контроля сварных швов. Программное обеспечение PipeWIZARD V4 было разработано, чтобы быть простым, гибким и масштабируемым для более сложных конфигураций контроля. Пользовательский интерфейс оптимизирован для быстрого обучения и эффективной работы в полевых условиях; для опытных операторов не требуется дополнительное обучение.

Программное обеспечение PipeWIZARD V4 основано на платформе Tomoview, которая постоянно совершенствуется. Это также означает, что обновления могут быть легко реализованы даже в полевых условиях.

Оператор может создать настройку в автономном режиме, независимо от приборов. За считанные минуты установочный файл можно сохранить и отправить по электронной почте на любое рабочее место, после чего оператору на месте остается только откалибровать систему.

В дополнение к стандартным каналам ленточной диаграммы и представлениям B-скана с одним фокальным законом (TOFD, объемное и корневое картирование) установки теперь могут включать секторные и линейные каналы сканирования. Эта новая возможность потенциально может улучшить обнаружение дефектов и определение их размеров, выходящие далеко за рамки любых требований кодов различения зон.

Полученные данные отображаются в режиме реального времени во время проверки. Имена файлов данных автоматически увеличиваются.

Блок сбора данных TomoScan FOCUS LT, используемый в PipeWIZARD V4, имеет улучшенную пропускную способность по сравнению с предыдущим блоком сбора данных (4 МБ/с против 0,7 МБ/с). Это позволяет осуществлять полный сбор данных сжатого А-скана; кроме того, одновременно можно запускать несколько установок со скоростью сканирования до 100 мм/с.

Программное обеспечение PipeWIZARD предоставляет практически неограниченное количество каналов в 10 отдельных макетах. Это программное обеспечение позволяет автоматически интерпретировать данные, отображая положение дефекта на профиле скоса, а также его положение по окружности.

Доступно множество инструментов анализа, помогающих оператору определить размер и положение показаний:

• Двойной затвор для ленточной диаграммы
• Наложение сварки на секторную и линейную развертки (см. ниже)
• Функция масштабирования
• Посмотреть ссылку
• Пользовательские представления
• Автоматическое измерение
• Измерение совокупных показаний
• Функция слияния C-скана
• Настраиваемая цветовая палитра

Автоматическая отчетность

Программное обеспечение PipeWIZARD обеспечивает автоматическое создание отчетов. Отчеты настраиваются и могут включать название проекта, дату и время сканирования, идентификатор сварного шва, имя оператора, виды полного сканирования, чертеж фаски с информацией о проверенных зонах, таблицу дефектов с идентификацией, длиной, высотой, положением в сварном шве, состоянием сварного шва и комментарии оператора и др.

Простое хранение данных

Все файлы данных можно сохранить на любом внешнем жестком диске или заархивировать на CD/DVD для дальнейшего использования. Функция автоматического резервного копирования позволяет зеркалировать данные для повышения безопасности данных. Файлы данных также могут быть легко отправлены через Интернет другим сторонам.

ПРОСМОТР PipeWIZARD VIEWER

PipeWIZARD VIEWER™ — это бесплатное программное обеспечение для просмотра данных ультразвуковых и фазированных решеток. Это программное обеспечение позволяет загружать файлы данных, созданные программой PipeWIZARD V4. Третьим сторонам или конечным клиентам очень полезно просматривать сканы. Программное обеспечение PipeWIZARD VIEWER работает на Microsoft Windows XP Pro с пакетом обновления 2 (SP2), Microsoft Windows Vista и Microsoft Windows 7.

Расширенные приложения

Система PipeWIZARD универсальна и позволяет контролировать специальные конфигурации сварных швов и приложений.

Труба в оболочке: PipeWIZARD уже имеет квалификацию для проектов труб в оболочке со специальными методами контроля с использованием продольных волн и расширенными возможностями программного обеспечения.

Бесшовные трубы: была разработана уникальная методика контроля, сертифицированная для программного обеспечения PipeWIZARD, позволяющая контролировать сварные швы с большим разбросом толщины стенки трубы.

Толстая труба: Система PipeWIZARD может быть адаптирована для контроля сварных швов толстых труб с использованием различных щупов, клиньев и с небольшими механическими модификациями.

УЗК и TOFD с фазированной решеткой обеспечивают более точный контроль сварных швов трубопроводов а также вызов.

Ультразвуковой контроль (UT) и времяпролетная дифракция (TOFD) могут дать информацию, необходимую для принятия решений о времени безотказной работы, безопасности и соответствии нормам при создании цифровой записи.

Если вы отвечаете за техническое обслуживание трубопровода или соответствие требованиям, или вы заказываете услуги по неразрушающему контролю, которые выполняют проверку сварных швов, вот краткое изложение того, что вам следует знать о УЗК и ТОФД.

Основы УЗК

Ультразвуковой контроль или УЗ включает в себя различные технологии, использующие импульсы высокочастотной звуковой энергии для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов. Эти импульсы исходят от преобразователя или зонда, который техник перемещает по тестируемой поверхности.

Зонд излучает ультразвуковые волны в материал через определенные промежутки времени и под заданным углом. Когда звуковая волна сталкивается с дефектом, часть этой энергии отражается обратно, как эхо. Время, необходимое для отражения этой энергии обратно к датчику, рассчитывается и анализируется ультразвуковым прибором и представляется в виде графика на экране для просмотра техническим специалистом. Чистое, четкое цифровое изображение на экране — одно из самых важных достижений в технологии UT.

Стандартный УЗК и УЗК

В настоящее время для контроля трубопроводов используются два метода УЗК: обычный (или стандартный) УЗК и УЗК с фазированной решеткой.

Обычный ультразвуковой датчик способен генерировать и принимать одиночный ультразвуковой луч. Фокусная точка и угол луча фиксированы, что может затруднить обнаружение и визуализацию дефектов. Использование зонда нестандартной формы может помочь обеспечить точность таких проверок.

Ультразвуковой анализатор с фазированной решеткой (PAUT) использует несколько отдельных элементов (обычно от 16 до 64) в одном датчике. Возбуждая каждый элемент строго контролируемым образом, прибор PAUT может формировать точную форму луча и генерировать двух- и трехмерные изображения дефекта с большей скоростью и точностью.

Впервые примененные в широком масштабе на атомных электростанциях, использование двойных сборок двухмерных датчиков с матричной решеткой и портативных приборов с фазированной решеткой теперь стало обычным явлением для осмотра трубопроводов. Эти инструменты имеют мощное программное обеспечение, которое позволяет техническим специалистам виртуально размещать датчики на образце, чтобы обеспечить максимальный объемный охват, а затем шаг за шагом имитировать проверку.

Времяпролетная дифракция

Еще одним преимуществом ультразвукового контроля с фазированной решеткой является то, что он позволяет использовать времяпролетную дифракцию (TOFD) — высоконадежный метод обнаружения дефектов и определения их размеров при контроле сварных швов трубопроводов.

В системе TOFD два ультразвуковых датчика располагаются на противоположных сторонах сварного шва. Один зонд действует как передатчик, излучая в материал ультразвуковой импульс; другой — приемник. Вместо измерения только звуковых волн высокой амплитуды, которые отражаются от задней части компонента, TOFD рассчитывает время отклика волн низкой амплитуды, которые дифрагируют на вершинах несплошностей.

Поскольку TOFD очень воспроизводим, изменения в дефектах можно записывать и сравнивать с течением времени, создавая ценную историю данных контроля. При наличии подходящего инструмента и программного обеспечения специалист по неразрушающему контролю может использовать PAUT и TOFD для преобразования данных контроля в формат 3D-изображения с таким уровнем разрешения, который настолько четкий и подробный, что легко распознать дефекты без глубокого понимания ультразвука.

Полезное сочетание

В сочетании УЗК с фазированной решеткой и TOFD могут обнаруживать все типы дефектов сварки и обеспечивать надежную возможность определения размеров сквозь стенку за одну проверку. Инспектор может использовать двухстороннее ультразвуковое исследование с фазированной решеткой со стандартными датчиками поперечной волны для обнаружения плоских и поверхностных дефектов, в то время как метод TOFD может обнаруживать встроенные дефекты и обеспечивает точное определение размеров сквозь стенку.

Совместное использование УЗК и TOFD с фазированной решеткой также может повысить производительность инспекционной бригады просто за счет сокращения количества необходимых сканирований и манипуляций. TOFD также может использоваться для наплавки и зон термического влияния других компонентов, а также сосудов под давлением и резервуаров для хранения.

Несмотря на развитие материалов и методов сварки, усталостные трещины и коррозия будут по-прежнему угрожать надежности трубопроводов. Лучшее понимание неразрушающего контроля и ультразвука может обеспечить новый уровень понимания целостности ваших активов, качества ваших проверок и помочь вам принимать обоснованные решения о техническом обслуживании и времени безотказной работы.