Оценка технического состояния трубопроводов

Неразрушающий контроль трубопроводов – это способ контроля технического состояния трубопроводных сетей, без их нарушения целостности, целью которого является обнаружение дефектов трубопроводов.
К дефектам трубопроводов относятся дефекты сварных швов и дефекты труб. Первые представляют собой некачественно выполненное сварное соединение, которое было допущено в эксплуатацию на этапе монтажа/ремонта тепловой сети. Это пористые швы, прожоги и наплывы металла, т.е. наружные дефекты и также непровар, несплавление, т.е. внутренние или глубинные дефекты. Внутренние дефекты невозможно обнаружить внешним визуальным контролем.
Дефекты трубопроводов – это различные трещины, свищи, утоньшение металла, кратеры, коррозия, расслоения, и прочие повреждения металла труб.
При всем многообразии возможных дефектов тепловых магистралей, для оценки состояния трубопроводов необходим комплексный метод, заключающийся в сочетании нескольких методов неразрушающего контроля.
Неразрушающий контроль включает в себя следующие виды:
Визуальный – основан на внешней оценке состояния трубопровода, как правило, без применения специальных устройств, т.е. невооруженным глазом.
Магнитный – заключается в оценке взаимодействия трубопровода с магнитным полем.
Электрический – основан на оценке характеристик электрического поля, взаимодействующего с испытуемым участком трубопровода.
Вихретоковый – позволяет методом анализа взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, которые наводятся в металле исследуемого трубопровода.
Радиоволновой – заключается в улавливании изменений характеристик электромагнитных волн, взаимодействующих с трубопроводом. Электромагнитные волны используются в радиочастотном диапазоне.
Тепловой – основан на оценке изменений различных полей температурного и теплового характера.
Оптический – заключается в регистрации характеристик излучения в оптическом диапазоне.
Радиационный – основан на оценке проникающего ионизирующего излучения в результате взаимодействия с трубопроводом.
Акустический – основан на регистрации изменений звуковых упругих волн в трубопроводах.
Капиллярный или неразрушающий контроль проникающими веществами – вид контроля, основанный на проникновении веществ в полости дефектов трубопроводов.
Контроль герметичности – основан на оценке наличия сквозных дефектов путем анализа изменения давления внутри испытуемого участка.
2. Виды и методы неразрушающего контроля. Принципиальные особенности и назначение.
2.1. Визуальный и измерительный контроль
Визуальный контроль позволяет оценить качество выполнения сварных швов, качество металла трубопроводов. Особенную ценность метод имеет при сборке трубопроводных сетей, т.к. позволяет не допустить в эксплуатацию некачественные трубопроводные сети. Его цель – нахождение внешних дефектов, коррозии, видимых дефектов сварки (прожоги, наплывы и т.п.)
Данный метод может осуществляться с применением простейших измерительных средств и оптических приборов (увеличительные стекла, зеркала)
2.2. Магнитный контроль
Метод магнитного неразрушающего контроля сочетает в себе комплекс методов, применяемых для обнаружения дефектов в ферромагнитных металлах (железо, никель, кобальт и ряд сплавов на их основе).
Магнитный контроль может выявлять следующие дефекты: трещины, волосовины, неметаллические включения, несплавления. Выявление дефектов возможно в том случае, если они выходят на поверхность изделия или залегают на малой глубине (не более 2-3 мм).
Принцип действия заключается в анализе магнитных полей в некотором пределе от трубопровода после его намагничивания. В местах расположения дефектов наблюдается аномальное распределение магнитных потоков и формирование магнитных полей рассеяния.
2.3. Электрический контроль
Основан на взаимодействии металлических трубопроводов с электрическим полем. Например, при приложении электрического напряжения на объект в местах дефекта регистрируется падение напряжения, которое поможет рассказать о характере и размерах повреждений.
Существует большое количество подвидов электрического контроля, но их смысл сводится к единому принципу в местах повреждений металла характеристики электрического поля объекта меняются. В качестве индикатора изменений обычно служит (в электростатическом порошковом методе), который образует структуры в местах полей рассеяния, которые присутствуют в зоне дефектов, или же электроискровой дефектоскоп (электроискровой метод), который регистрирует электрический пробой в месте дефекта, падение напряжения в местах дефекта при электропотенциальном методе.
2.4. Вихретоковый контроль
Вихретоковый метод неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, создоваемых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля этим полем.
В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемая вихретоковым преобразователем. Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его.
Вихретоковый контроль обеспечивает возможность поиска дефектов и оценку свойств объектов контроля, имеет широкий спектр применения в промышленности, как при изготовлении деталей, так и при их ремонте. Современное оборудование вихретокового контроля позволяет обрабатывать и хранить данные полученные при проведении контроля, а автоматические, многокоординатные системы сканирования дают возможность производить визуализацию ОК с высокой точностью.
Область применения вихретокового метода контроля:
неразрушающий контроль лопаток паровых турбин, тепловые канавки, поверхность осевого канала роторов турбин и т.д., сварные соединения и гибы трубопроводов, корпусное оборудование, резьбовые соединения, детали любой формы и размеров промышленного и транспортного оборудования;
толщинометрия измерение толщины тонких труб и тонкого листового проката, определение коррозионных повреждений, толщины защитных покрытий;
структуроскопия оценка исходного и текущего состояния металла тепломеханического оборудования ТЭС. Оценка качества термообработки, определение состава контролируемого вещества, сортировка объектов;
измерение глубины поверхностных трещин в электропроводящих магнитных и немагнитных материалах.
Основными преимуществами вихретокового метода являются:
высокая чувствительность к микроскопическим дефектам, которые находятся на поверхности либо в непосредственной близости от исследуемого участка металлического объекта;
возможность проведения бесконтактного контроля (измерения);
высокая производительность (возможность произведения контроля на высоких скоростях);
простота автоматизации.
Недостатки вихретокового метода контроля:
возможное искажение одного параметра другими, при организации многокоординатного контроля
контроль только электропроводящих изделий
относительно не высокая глубина контроля
2.5

. Радиоволновой контроль
Метод реализуется благодаря взаимодействию сверхчастотных электромагнитных волн радиодиапазона с трубопроводом. При этом, в радиоволновом контроле участвуют СВЧ-генератор, который создаёт СВЧ-поле, объект контроля и СВЧ-приёмник, который регистрирует изменение параметров электромагнитного поля.
Поскольку важным условием для проведения радиоволнового контроля является радиопрозрачность объекта, а сварные швы трубопроводов - это довольно толстый слой металла, а не, например, диэлектрик, то метод является не самым эффективным для глубинного контроля сварных швов.
Согласно требованиям метод неразрушающего радиационного контроля включает в себя регистрацию и анализ взаимодействующего со строительными конструкциями, и соответственно в целом со зданиями и сооружениями проникающего ионизирующего излучения. При этом наименование «радиационный» может быть заменено на название «рентгеновский», «нейтронный» и другие, в зависимости от типа ионизирующего излучения. Работа большинства методов радиационного неразрушающего контроля основывается на том, что в местах дефектов возрастает плотность потока ионизирующего излучения. Наибольшее распространение получили следующие методы радиационного неразрушающего контроля:
рентгенография;
рентгеноскопия;
гамма-контроль.
И соответственно для радиационного неразрушающего контроля чаще всего используются гамма- и рентгеновское излучение.
2.6. Тепловой контроль
Тепловой метод заключается в исследовании испытуемого участка тепловой сети в инфракрасном диапазоне и преобразовании инфракрасного излучения в видимый спектр.
Преимущества теплового контроля: высокая производительность, дистанционная оценка, универсальность.Можно выделить следующие виды теплового контроля:
Тепловизионный контроль;
Контроль теплопроводности;
Контроль температуры;
Контроль плотности тепловых потоков рассчитывать.
Условно различают пассивный и активный тепловой контроль. Пассивный не нуждается во внешнем источнике теплового воздействия. Активный напротив, предполагает нагрев объекта внешними источниками.
Пассивный метод теплового контроля подразумевает, что возникновение теплового поля в объекте контроля происходит при его эксплуатации или изготовлении. Тепловой контроль с использованием пассивного метода является наиболее распространенным методом ТК и широко применяется практически во всех отраслях современной промышленности. Основное преимущество метода — контроль объектов без вывода из эксплуатации и отсутствие необходимости дополнительных манипуляций связанных с нагревом объекта. Типичные объекты пассивного теплового контроля это строительные конструкции, работающие электроприборы, контакты под напряжением и другие промышленные объекты. Приборы теплового неразрушающего контроля, наиболее часто применяемые при пассивном методе это тепловизоры, пирометры, инфракрасные термометры, измерители тепловых потоков и логгеры данных.
Активный метод теплового контроля применяется, когда во время эксплуатации объект самостоятельно не выделяет тепловое излучение достаточное для проведения ТК. При активном методе теплового контроля, объект нагревается различными внешними источниками. Типичные объекты контролируемые данным методом это многослойные композитные материалы, объекты искусства и другие объекты тредующие внешней тепловой нагрузки.
В зависимости от способа измерения температуры, приборы теплового контроля разделяют на: контактные и бесконтактные.
В настоящее время, наиболее распространёнными приборами для контактного измерения температуры являются: термопары, металлические и полупроводниковые сопротивления, термоиндикаторы, термокарандаши, манометрические и жидкостные термометры. К бесконтактным приборам теплового контроля относятся тепловизоры, термографы, квантовые счетчики, радиационные пирометры и др.
Среди приборов теплового контроля, самыми востребованными в настоящее время являются тепловизоры. Доля задач теплового контроля, решаемая с помощью тепловизоров настолько велика, что часто употребляется термин тепловизионный контроль.
2.7. Оптический контроль
Оптический метод контроля сварных швов основан на свойствах оптического излучения проникать на небольшую глубину непрозрачных объектов, что и позволяет выявлять только наружные дефекты. К этому методу так же относят визуально-измерительный контроль, при котором осуществляется простой осмотр изделия с использованием таких приборов, как эндоскопы, фотоаппараты-микроскопы, лупы и др.
Используется оптическое излучение (волны, длиной от 10-5 до 10-3 мкм). Есть одно но - для обнаружения не только поверхностных, но и внутренних дефектов метод используется только применительно к прозрачным объектам, т.е. в случае контроля качества сварных стыков трубопроводов он работает только для выявления наружных дефектов.
Оптический метод контроля сварных швов основан на свойствах оптического излучения проникать на небольшую глубину непрозрачных объектов, что и позволяет выявлять только наружные дефекты. К этому методу так же относят визуально-измерительный контроль, при котором осуществляется простой осмотр изделия с использованием таких приборов, как эндоскопы, фотоаппараты-микроскопы, лупы и др.
2.8. Радиографический контроль
Принцип его действия заключается в зависимости интенсивности рентгеновского (гамма) излучения, прошедшего трубопровод, от материала поглотителя и его толщины. Если тепловая магистраль имеет дефекты, то неравномерное поглощение излучения улавливается, и на его основе можно сделать вывод о внутреннем состоянии сетей.
Такой метод неразрушающего контроля позволяет выявлять в сварных швах трещины, поры, иные дефекты, а также для выявления недоступных для внешнего осмотра подрезов, выпуклости и вогнутости корня шва, превышения проплава.
2.9. Акустический контроль (ультразвуковой)
Данные метод позволяет контролировать сварные соединения трубопроводов и целостность труб тепловых сетей, в том числе обнаруживать глубинные дефекты. Преимущества акустического контроля:
качественное выявление дефектов типа трещин и непроваров, являющихся одними из наиболее опасных;
не высокая цена;
возможность анализировать трубопроводы, изготовленные из различных материалов (неметаллические и металлические), в отличие от электрических методов;
Акустические методы подразделяют на: активные и пассивные методы.
Первые используют излучение и приём акустических колебаний и волн. Вторые основаны только на приёме колебаний и волн.
Методы акустического контроля:
Методы прохождения - выявляют глубинные дефекты типа нарушения сплошности, расслоения.
Методы отражения - выявляют дефекты типа нарушения сплошности, определяет их координаты, размеры, ориентацию путём прозвучивания изделия и приёма отраженного от дефекта эхо-сигнала.
Импедансный метод - предназначен для контроля клеевых, сварных и паяных соединений, имеющих тонкую обшивку, приклеенную или припаянную к элементам жёсткости.
Методы свободных колебаний - применяются для обнаружения глубинных дефектов.
Методы вынужденных колебаний (резонансные) - применяются в основном для измерения толщины изделия и для обнаружения зоны коррозионного поражения, расслоений в тонких местах из металлов.
Акустико-эмиссионный метод - обнаруживает и регистрирует только развивающиеся трещины или способные к развитию под действием механической нагрузки (квалифицирует дефекты по степени их опасности во время эксплуатации).
2.10