Опыт диагностики трубопроводов тепловых сетей методом акустической томографии в сочетании с бесконтактным магнитометрическим методом (Журнал "Новости теплоснабжения №3 за 2012 г.)

Начальник аналитического отдела ООО "ИПК Шерна" Звягинцев М.Ю.


В 2010 – 2011 годах ООО “Изыскательская Проектная Компания Шерна” проводило работы по технической диагностике тепловых сетей с целью выявления на них критических дефектов, требующих первоочередного ремонта. При осуществлении работ, наряду с иными методами неразрушающего контроля, активно использовались метод акустической томографии (далее - АТ) и бесконтактный магнитометрический метод (далее – БМД).

В настоящей статье представляются результаты анализа эффективности использования метода АТ и его корреляции с БМД.

1. Об используемом оборудовании

При использовании метода АТ активно использовались синхронные регистраторы акустических сигналов «Каскад». Эти приборы – переработанный на современной элементной базе вариант более ранних моделей синхронных акустических регистраторов. Приборы имеют множество достоинств:

a) Компактность, удобство в эксплуатации – 2 выносных блока, логичная последовательность программирования, большое количество сохраняемых записей, долгий период работы без подзарядки аккумуляторной батареи.

Фото 1 и 2. Программирование прибора «Каскад и расположение выносного блока прибора
01.jpg 02.jpg

b) Механизмы защиты от паразитных акустических помех типа «городской шум».

c) Совместное использование прибора «Каскад» и программного обеспечения «Акустическая томография» увеличивает детализацию дефектов, что проиллюстрировано на рис.1.

Рис 1. Детализация критических дефектов на фоне докритических.

Результат, полученный более ранними моделями приборов. Наблюдается сглаживание дефектов на интервале 10-17 м.

Результат, полученный прибором «Каскад». Более явно выделены дефекты на интервалах 12-14 м и 18-22 
1.jpg
1-2.jpg

2. О методе акустической томографии

Одной из основных причин разрушения труб поверхностей нагрева и образования течей является наличие зон концентрации (повышенных) механических напряжений, в которых процессы коррозии, ползучести и усталости протекают наиболее интенсивно.

Для определения таких зон и предназначен метод акустической томографии трубопроводов (АТ), разработанный Самойловым Е.В.. Он основывается на известном физическом явлении эмиссии (излучении) сигналов зонами повышенных напряжений. В соответствии с фундаментальным решением теории акустики дефекты размером несколько десятков сантиметров и более излучают сигналы в диапазоне частот от 300 до 5000 Гц – акустический диапазон.

Процесс диагностики состоит в регистрации (записи) акустических сигналов, распространяющихся по трубе. Далее сигналы фильтруются, и с помощью корреляционного анализа осуществляется определение местоположения источников излучения (дефектов) по всей длине диагностируемого участка, а также оценка их уровня.

Таким образом, АТ определяет зоны аномалий по совокупности уровня утонения и напряжения стенки трубопровода.

3. Задача и программа аналитических исследований

Для выяснения эффективности метода АТ компанией был проведен анализ результатов технической диагностики, проведенной в 2010-2011 годах на трубопроводах тепловых сетей.

Основной задачей анализа являлось проверка зависимости результатов диагностики АТ с остаточной толщиной стенки трубопроводов и взаимозависимости результатов диагностики методами БМД и АТ.

Программа исследований состояла из трех основных этапов:

a. Оценка результатов ультразвуковой толщинометрии в зонах дефектов, выявленных по методу АТ.

b. Сопоставление результатов диагностики методом АТ с местами, где возникли аварии.

c. Сопоставление результатов диагностики, полученных методами АТ и БМД.

4. Результаты работы

a. Обнаруживаются ли АТ методом утонения стенок трубопроводов?

В первую очередь были проанализированы участки, на которых были выявлены критические дефекты по методу АТ. В выделенных местах проводился дополнительный визуально-измерительный контроль и точечная УЗК толщинометрия.

В 60-65% случаев - результаты подтверждались данными УЗК толщинометрии – в зонах дефектов по методу АТ фиксировались утонения, превышающие нормативно допустимые величины. Утонение распространялось на значительной площади, характеризовалось большим слоем коррозионных отложений. Трудностей с обнаружением таких утонений не возникало.

В остальных случаях, как правило, в зонах дефектов по методу АТ, при помощи метода БМД фиксировались изменения магнитного поля, подтверждающие наличие напряженно деформированного состояния металла трубопровода.

Фото 3. Зафиксированы аномалии по АТ. Контрольная шурфовка выявила локальное пятно коррозии в области скользящей опоры. Остаточная толщина стенки трубы составила 1,9 мм при номинальной толщине 6 мм.
03.jpg

Фото 4. Зафиксирована аномалия по методу АТ. УЗК толщинометрия показала, что остаточная толщина стенки трубы составила 3,1 мм при номинальной толщине 6 мм.
04.jpg

Фото 5. На момент диагностики данного участка толщина стенки составляла 3,6 мм при номинальной толщине 8 мм. При гидравлических испытаниях из-за непровара сварного шва образовалось место утечки теплоносителя. 
05.jpg

b. Все ли утонения обнаруживаются методом АТ?

Вторым направлением стал анализ мест аварий и инцидентов, как в процессе эксплуатации, так и по результатам гидравлических и тепловых испытаний трубопроводов, приведших к утечке теплоносителя.

Фокус-группа была сформирована из 210 участков общей протяженностью 30 354 погонных метра. С декабря 2010 года по сентябрь 2011 года на них было выявлено 41 место утечки.

По результатам диагностики методом АТ, в зону критики их попало 53%, в зону докритики - 37%. Т. е. около 90% дефектов, которые привели к возникновению течей, были выявлены методом АТ.

Результаты анализа приведены в сводной таблице:

Уровень дефекта

Кол-во утечек

Длина интервалов, км

Поток отказов

Критические (К)

22

3,672

5,99

Докритические (ДК)

15

6,84

2,19

Нет дефектов (НД)

4

19,902

0,20


Напомним, что расшифровка уровня дефектов по АТ, а так же определение показателя «поток отказов» изложены в СО 153-34.0-20.673-2009 «Рекомендации по контролю технического состояния трубопроводов тепловых сетей методом акустической томографии» (http://www.watersound.ru/diagnostika-truboprovodov/itemlist/category/12-reсomendations).

Приведенные показатели лучше указанных в СО 153-34.0-20.673-2009 и отражают результат использования новой версии прибора “Каскад” и программного обеспечения «Акустическая томография».

c. Как соотносятся результаты диагностики методом АТ и БМД?

На большинстве участков параллельно диагностике методом АТ, проводилась диагностика бесконтактным магнитометрическим методом. Результаты анализировались и сравнивались с фактическим состоянием трубопроводов.

Наличие дефектов, выявленных в штатном режиме обработки АТ, подтверждались результатами БМД в 75% случаев. При этом оценка критичности дефектов показала совпадение результатов обоих методов в 57% случаев. Более точная оценка по методу АТ получалась в 26% случаев и в 17% случаев оценка методом БМД была точнее.

Фото 6. При проведении диагностики в этом месте выявлена обширная коррозия с утонением стенки трубы до 2,5 мм при номинальной толщине 8 мм. Дефект зафиксирован по АТ и по БМД. Далее, при гидравлических испытаниях трубопровода произошел разрыв.
06.jpg

Фото 7. На момент проведения диагностики в этом месте были выявлены критические аномалии по АТ и БМД. Разрыв произошел при гидравлических испытаниях по нижней образующей от заил
ивания. 
07.jpg

5. Выводы

Метод АТ показывает хорошие результаты при условии учета общих факторов эксплуатации трубопроводов. Дополнение технической диагностики АТ методом БМД повышает качество диагностики.

На основе полученных этими методами данных возможно дальнейшее уже локальное использование других контактных методов неразрушающего контроля для уточнения состояния наиболее критических участков трубопровода.

Подобный подход позволяет существенно ускорить и удешевить процесс технической диагностики трубопроводов и повысить его качество.