Разработка методики акустико-эмиссионного диагностирования подземных технологических трубопроводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.11, кандидат технических наук Игнатов, Виталий Викторович

• Игнатов, Виталий Викторович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Игнатов, Виталий Викторович

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ВЫБОР МЕТОДА ОБСЛЕДОВАНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ТРУДНОДОСТУПНЫХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

1.1. Характеристика и условия работы технологических трубопроводов

1.2. Дефекты сварных соединений и основного металла и их влияние на работоспособность технологических трубопроводов

1.3. Выбор метода неразрушающего контроля.

1.3.1. Требования к методу.

1.3.2. Сравнение существующих методов неразрушающего контроля.

1.3.3. Достоинства и недостатки акустико-эмиссионного метода неразрушающего контроля.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ.

2.1. Основные компоненты методики акустико-эмиссионного диагностирования.

2.2. Анализ существующих способов определения расстояния до развивающихся дефектов.

2.3. Дальномерный способ определения расстояния до развивающихся дефектов.

2.4. Оценка влияния параметров сигналов акустической эмиссии на точность определения расстояния до развивающихся дефектов.

2.4.1. Анализ погрешностей и поправочных коэффициентов при аппроксимации формы импульса дельта-функцией

2.4.2. Анализ погрешностей и поправочных коэффициентов при аппроксимации формы импульса дугой окружности со смещенным центром.

2.5. Влияние погрешности оценки расстояния до развивающегося дефекта на точность определения амплитуды импульса акустической эмиссии.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ СПОСОБА ОЦЕНКИ ДО РАЗВИВАЮЩИХСЯ ДЕФЕКТОВ.

3.1. Параметры и условия проведения экспериментов.

3.2. Результаты экспериментов в лабораторных условиях

3.3. Результаты экспериментов в заводских условиях

3.4. Выводы по результатам экспериментальной апробации.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПРОТЯЖЕННЫХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

4.1. Алгоритм вероятностной оценки ошибки определения класса опасности развивающихся дефектов.

4.2. Методика акустико-эмиссионного диагностирования подземных технологических трубопроводов

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики акустико-эмиссионного диагностирования подземных технологических трубопроводов»

В настоящее время около 60-70% оборудования промышленных предприятий, к которому также относятся и технологические трубопроводы, уже выработало установленный срок службы [3, 53], что неизбежно приводит к росту числа отказов.

Таким образом, одним из приоритетных направлений повышения безопасности оборудования является разработка и применение современных методов и средств неразрушающего контроля, позволяющих как выявить дефекты, так и оценить работоспособность эксплуатируемого оборудования с учетом параметров выявленных дефектов [43].

Совместное использование традиционных методов и средств неразрушающего контроля, таких как радиографический, ультразвуковой, магнитный, визуальный, позволяет выявлять практически все возможные типы дефектов при условии свободного доступа к поверхности трубопровода. Однако своевременное выявление и оценка степени опасности дефектов в трубопроводах подземной прокладки часто оказывается невозможной, из-за резкого сокращения номенклатуры применяемых методов неразрушающего контроля.

Развитие дефектов до момента отказа сварной конструкции является достаточно длительным процессом, для регистрации которого возможно применение акустико-эмиссионного (АЭ) метода неразрушающего контроля, позволяющего по своей физической природе выявить и оценить степень опасности развивающихся дефектов, которые могут находиться на значительном удалении от места доступа к поверхности конструкций, а также определить тип и условные размеры дефектов.

Однако, несмотря на перспективность метода АЭ его широкое применение для проведения диагностирования или мониторинга подземных технологических трубопроводов сдерживается из-за ряда факторов, основными из которых являются:

• невозможность доступа к поверхности конструкции для установки на нее преобразователя акустической эмиссии (ПАЭ) в случае проведения диагностирования участков трубопроводов, пересекающих, например, автомобильные и железные дороги,

• отсутствие информации о вероятности принятия правильного решения при оценке класса опасности развивающихся дефектов.

• большие затраты, связанные с подготовкой к проведению АЭ-контроля, в частности, выемке шурфов для доступа к поверхности трубопровода,

• высокая стоимость АЭ аппаратуры, которая напрямую зависит от количества каналов аппаратуры, минимально необходимых для проведения обследования.

Цель работы. Повышение безопасности эксплуатации труднодоступных участков технологических трубопроводов путем своевременного обнаружения и оценки класса опасности развивающихся дефектов на базе методов неразрушающего контроля.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• Выбор метода неразрушающего контроля, позволяющего выявить и оценить степень опасности развивающихся дефектов в трубопроводах при ограниченном доступе к поверхности.

• Оптимизация выбранного метода неразрушающего контроля для возможности оценки расстояния до развивающихся дефектов в технологических трубопроводах с ограниченным и односторонним доступом к поверхности.

• Разработка алгоритма оценки достоверности результатов классификации обнаруженных развивающихся дефектов с позиции наступления предельного состояния.

Объектами исследования явились подземные технологические трубопроводы различного назначения диаметром до 300 мм и толщиной стенки до 10 мм, изготовленные из двухфазных феррито-перлитных сталей типа 10, 20.

Методы исследования. Исследования выполнялись с применением АЭ аппаратуры 1 и 2 класса, аппаратуры и средств физических методов исследований. Обработка результатов экспериментов проводилась методами теории вероятности и математической статистики с использованием современных средств вычислительной техники.

Научная новизна работы:

• Установлено, что расстояние между развивающимся дефектом в сварной конструкции и преобразователем акустической эмиссии (ПАЭ) может быть определено при использовании только одного датчика базируясь на измерении интервала времени между началом и максимумом зарегистрированного импульса акустической эмиссии (АЭ) или его огибающей.

• Показано, что точность оценки расстояния до источника АЭ зависит от вида функции, аппроксимирующей форму огибающей импульсов, отношения сигнал/порог и измеренной длительности импульсов.

• Показано, что для компенсации методических ошибок определения истинного времени нарастания сигналов АЭ целесообразно использовать корректирующие коэффициенты К п1 и Кп2, полученные расчетным путем.

• Получены зависимости, связывающие относительную ошибку определения истинной амплитуды сигнала АЭ с расстоянием до источника АЭ, коэффициентом затухания сигналов АЭ в материале и относительной погрешностью определения расстояния.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

• Разработана методика акустико-эмиссионного диагностирования подземных технологических трубопроводов, которая прошла апробацию, получила внедрение в ЦТД «Кодиак» и применяется при проведении экспертизы промышленной безопасности технологических трубопроводов различного назначения.

• Разработан и апробирован способ определения расстояния между источником АЭ и ПАЭ для протяженных сварных конструкций при использовании только одного датчика.

• Предложен и апробирован метод «половинного деления» для определения времени нарастания сигнала АЭ с отношением сигнал/порог Кс/П<4.

• Разработан метод нахождения вероятности совершения ошибки при определения класса опасности источников АЭ.

На защиту выносятся следующие основные положения работы:

• Обоснование применения метода АЭ для выявления и оценки класса опасности развивающихся дефектов.

• Способ определения расстояния до развивающегося дефекта с применением только одного датчика.

• Алгоритм корректировки измеряемых АЭ аппаратурой временных параметров импульсов.

• Результаты анализа погрешностей определения амплитуды импульсов АЭ, зависящих от относительной погрешности оценки расстояния до источника АЭ, величины расстояния и коэффициента затухания материала.

• Алгоритм нахождения вероятности совершения ошибки при определения класса опасности развивающихся дефектов.

12

Заключение диссертации по теме «Методы контроля и диагностика в машиностроении», Игнатов, Виталий Викторович

137 ВЫВОДЫ

1. Обоснован выбор метода акустической эмиссии в качестве средства, позволяющего выявить и оценить степень опасности развивающихся дефектов в технологических трубопроводах с ограниченным или односторонним доступом к поверхности.

2. Разработан и апробирован способ оценки расстояния до развивающегося дефекта при использовании только одного датчика. На данный способ был получен патент на изобретение.

3. Предложен метод «половинного деления», для определения времени нарастания растянутых импульсов АЭ с отношением сигнал/порог Кс/П<4, что дает возможность избавиться от появления случайных выбросов в сигнале.

4. Разработан алгоритм корректировки измеряемых АЭ аппаратурой временных параметров импульсов АЭ при аппроксимации формы импульса дельта-функцией и дугой окружности со смещенным центром, позволяющий рассчитать численные значения поправочных коэффициентов Кп! и К„2 к измеренному времени нарастания сигнала.

5. Получены зависимости, связывающие приведенную относительную ошибку определения истинной амплитуды сигнала с расстоянием до источника АЭ, с величиной коэффициента затухания сигналов АЭ в материале и относительной погрешностью определения расстояния и позволяющие оценить точность определения амплитуды сигнала.

6. Предложен алгоритм нахождения вероятности совершения ошибки при определении класса опасности развивающихся дефектов на базе интегрально-динамического критерия, который нашел применение в НТЦ «Нефтегаздиагностика» при обработке полученных данных в результате АЭ-диагностирования магистральных трубопроводов.

7. Разработана методика акустико-эмиссионного диагностирования подземных технологических трубопроводов на основе осуществления локации источников АЭ с помощью только одного датчика и определении вероятности ошибки при классификации дефектов, которая прошла апробацию и применяется ЦТД «Кодиак» при проведении экспертизы промышленной безопасности технологических трубопроводов различного назначения.

139

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Игнатов, Виталий Викторович, 2005 год

1. Акустическая эмиссия при трении / В.М. Баранов, Е.М. Кудрявцев, Г.А. Сарычев, В.М. Щавелин. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 254 с.

2. Акустическая эмиссия и ее применение для неразрушающего контроля в ядерной энергетике / В.И Артюхов, К.Б. Вакар, В.И. Макаров и др., Под ред. К.Б. Вакара. М.: Атомиздат, 1980. - 216 с.

3. Алешин Н.П. Диагностика сварных конструкций определяющий фактор продления срока их эксплуатации // Сварщик-профессионал.- 2004.-№6.- С.2.

4. Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий. М.: Высшая школа, 1991. -271 е.: ил.

5. Андрейкив А.Е. Теоретические концепции метода акустической эмиссии в исследовании процессов разрушения / Н.В. Лысак, О.Н. Серги-енко, В.Р. Скальский. Львов: ФМИ, 1987. - 48 с.

6. Баранов В.М., Молодцов К.И. Акустико-эмиссионные приборы ядерной энергетики. М.: Атомиздат, 1980. - 144 с.

7. Баранов В.М. Акустические измерения в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.

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. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.-239 с.

10. Ю.Буденков Г.А., Недзвецкая О.В., Сергеев В.Н. Оценка возможностей метода акустической эмиссии при контроле магистральных трубопроводов // Дефектоскопия.- 2000.- №2.- С. 29-36.

11. Буденков Г.А., Недзвецкая О.В., Котоломов А.Ю. Излучение волн Рэлея в процессе поверхностного растрескивания // Дефектоскопия.-1999.- №3.- С. 13-19.

12. 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.

13. Буйло С.И. Количественное определение достоверности результатов акустико-эмиссионного контроля и диагностики // Дефектоскопия.-1994.-№10.-С. 17-26.

14. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. -М.: Наука, 1981.-287 с.

15. Виноградов К.И., Фролова Е.В. Влияние параметров качества поверхности металлического звукопровода и частоты ультразвука на затухание релеевских волн. Известия высших учебных зав // Приборостроение.-1974.-№6.-С. 120-124.

16. Волченко В.Н. Оценка и контроль качества сварных соединений с применением статистических методов. М.: Изд-во стандартов, 1974. - 160 с.

17. Волченко В.Н. Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции. -М.: Металлургия, 1979. 88 с.

18. Гайдукевич А. К., И.Р. Кузеев, H.A. Ахмадеев. Повышение качества проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, работающих под давлением в нефтепереработке и нефтехимии. Уфа: Уфим. гос. нефтяной техн. ун-т, 2000. - 38 с.

19. Грешников В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий. М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.

20. ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения. — М.: Изд-во стандартов, 1989.- 14 с.

21. 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.

22. Донин А.Р. Применение метода акустической эмиссии для оценки долговечности изделий с трещинами // Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1990.- №4.- С. 46-48.

23. Дробот Ю.Б., Лазарев A.M. Неразрушающий контроль усталостных трещин акустико-эмиссионным методом. М.: Изд-во стандартов, 1987.- 128 с.

24. Иванов В.И. Применение метода акустической эмиссии для нераз-рушающего контроля и исследования материалов (обзор основных проблем и задач) // Дефектоскопия.- 1980.- №5.- С. 65-84.

25. Ивашев-Мусатов О.С. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Наука, 1979. - 255 с.

26. 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.

27. Карасев В.А., Максимов В.П., Сидоренко М.К. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей.- М.: Машиностроение, 1987. 132 с.

28. Красильников В.А., Крылов В.В. Поверхностные акустические волны. М.: Знание, 1985. - 64 с.

29. Кузнецов Н.С. Теория и практика неразрушающего контроля изделий с помощью акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1998.- 93 с.

30. 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.

31. Методика проведения акустико-эмиссионного контроля газопро-дуктонефтепроводов, сосудов, емкостей и резервуаров, работающих под давлением. М.: НУЦ «Сварка» при МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1994. - 17 с.

32. МИ-207-80. Методика определения местоположения развивающихся дефектов акустико-эмиссионным методом. М.: Изд. Стандартов, 1980.-8 с.

33. Недосека А.Я. Основы расчета сварных конструкций. Киев: Выща шк., 1988.-263 е.: ил.

34. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, A.B. Ковалев и др.; Под ред. В.В. Клюева. 2-е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение, 2003, 656 с.

35. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. М.: Машиностроение, 1971. -223 с.

36. 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.

37. Петерсен Т. Б. Использование методов распознавания образов для автоматической классификации источников акустической эмиссии. М.: РНЦКИ, 1995. - 18 с.

38. Плотников В.А. Природа акустической эмиссии при мартенситных превращениях. Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 1998. - 46 с.

39. Подгорный A.M., Гузь И.С. Определение координат развивающихся дефектов на поверхности изделий сферической формы методом акустической эмиссии // Проблемы прочности.- 1997.- №3.- С. 33-37.

40. Попов Ю.П. Экспертиза безопасности оборудования химико-технологических производств: Учебное пособие. М.: МГАХМ, 1996. - 143 с.

41. РД 03-299-99. Требования к акустико-эмиссионной аппаратуре, используемой для контроля опасных производственных объектов // Неразру-шающий контроль опасных производственных объектов. Метод акустической эмиссии. М.: Госгортехнадзор России, 2001. - 174 с.

42. Румянцев C.B., Добромыслов В.А., Борисов О.И. Неразрушающие методы контроля сварных соединений. М.: Машиностроение, 1976. - 335 е.: ил.

43. Сарычев Г.А. Развитие теоретических и методических основ метода акустической эмиссии в трибологии : Автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.04.07 / Моск. гос. инж.-физ. ин-т. M., 1997. - 40 с.

44. 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 е., ил.

45. Сварка в машиностроении: Справочник; В 4-х т. / Редкол.: Г.А. Николаев (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1979 - Т.4 / Под ред. Ю.Н. Зорина. - 512 е., ил.

46. Серединский М.А., Капустин В.А., Прокофьев A.JI. Исследование и применение дисперсии звука для локации источников акустическойэмиссии // Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1989.-№1.- С. 34-40.

47. Серьезнов А.Н. Муравьев В.В., Степанова JI.H. Расчетно-экспериментальный АЭ-метод определения координат дефектов в металлических конструкциях // Дефектоскопия.- 2000.- № 6.- С. 71-79.

48. Слепцов О.И., Жирков A.M. Локализация источников акустической эмиссии методом последовательных приближений // Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1990.- №3,- С. 75 79.

49. 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.

50. Степанова Л.Н., Лебедев Е.Ю., Кабанов С.И. Локализация сигналов АЭ при прочностных испытаниях конструкций с использованием пье-зоантены произвольной формы // Дефектоскопия.- 1999.- №9.- С. 47-54.

51. Стрижало В.А., Писаренко Г. С., Добровольский Ю. В., Прочность и акустическая эмиссия материалов и элементов конструкций. Киев: Нау-кова думка, 1991.-231 с.

52. 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.

53. Трипалин A.C., Буйло С.И. Акустическая эмиссия. Физико-механические аспекты. Ростов: Ростовский университет, 1986. - 160 с.

54. Финкель В.М. Физика разрушения. Рост трещин в твердых телах. -М.: Металлургия, 1970. 376 е., ил.

55. Харионовский В.В. Методические рекомендации по выбору аппаратуры акустической эмиссии для контроля газопроводных конструкций / Рос. АО "Газпром". М.: ВНИИГАЗ, 1998. - 13 с.

56. Хорошавина С.Г. Вероятностные модели оценки достоверности акустико-эмиссионного контроля композиционных материалов в точечном и интервальном вариантах // Дефектоскопия.- 2000.- №3.- С. 25-32.

57. Черепанов Г.П. Механика разрушения. М.: Машиностроение, 1977.-224 е., ил.

58. Шарп Р. Методы неразрушающих испытаний. М.: Мир, 1972. -495 с.

59. 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.

60. Шип В.В., Муравин Г.Б., Чабуркин В.Ф. Вопросы применения метода акустической эмиссии при диагностике сварных трубопроводов // Дефектоскопия.- 1993.- №8.- С. 16-23.

61. Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 496 е., ил.

62. Arrington М. Attenuation of elastic waves in pipelines as applied to AE leak detection material evaluation //Non-Destr. Test.- 1977.- №11.- P. 49-54.

63. Patent № 141566 (USA). Improvements relating to methods and apparatus for the location of the sources of pulse like signals / Т.Е. Burnup, P.G. Bentley.- 1975.- 9 p.

64. Методика используется при проведении практических занятий и осуществлении экзамена по практике для специалистов 2-3 уровня квалификации.

65. Руководитель экзаменационного центра

66. Руководитель органа по сертификации персонала НК