Техническая диагностика и неразрушающий контроль (НК) действующих магистральных газопроводов в значительной степени способствуют их непрерывной безаварийной работе. Контроль осуществляется с помощью проникающих в стенку трубы физических полей (ультразвукового, магнитного, электромагнитного) или специальных наносимых на поверхность веществ, которые оптически обозначают дефектные места на поверхности трубы. Преобладающим является ручной контроль. Во всех случаях проверяется участок объекта контроля, находящийся непосредственно под преобразователем (датчиком поля). При этом поверхность контроля должна быть доступна во всех точках, и требуется немало времени для выполнения полного стопроцентного сканирования.
В практике контроля газопроводов наиболее распространены вихретоковый, магнитный и ультразвуковой методы. Два первых уверенно выявляют трещиноподобные дефекты на глубине не более 5 мм от поверхности. Ультразвуковой метод позволяет выявлять как поверхностные, так и внутренние дефекты [1]. Во многих случаях поверхности действующих магистральных газопроводов, коррозионное состояние которых необходимо оценить, недоступны для сканирования. Они находятся под слоем грунта или воды, покрыты изоляцией, проходят под дорогами. В настоящее время существуют и развиваются высокопроизводительные технологии, позволяющие контролировать трубы без сканирования непосредственно над наблюдаемыми участками. Одна из них – дистанционный (дальний) ультразвуковой контроль нормальными волнами (УЗК НВ) [2]. Его физической основой является применение нормальных (волноводных) волн в цилиндрической оболочке. Это группа волн с разными свойствами и сложным распределением амплитуды в сечении стенки трубы. В зависимости от назначения газопровода и минимального размера обнаруживаемого дефекта применяют низкочастотный УЗК НВ и высокочастотный УЗК.
Низкочастотный УЗК НВ
Затраты на контроль существенно снижаются, если удается контролировать десятки метров трубы за одну установку преобразователей. При этом труба остается в грунте, а очистка изоляции производится на небольшом участке, достаточном для установки датчиков. Контроль осуществляется эхо-методом с помощью волн, распространяющихся вдоль трубы на значительные расстояния, при частотах 10 – 200 кГц.
При этом используются:
- продольные L-волны с колебаниями частиц в плоскости, параллельной направлению распространения волны и перпендикулярной поверхности трубы;
- крутильные (торсионные) Т-волны с колебаниями частиц в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны и параллельной поверхности трубы.
Отсутствие составляющей смещения, перпендикулярной поверхности трубы, позволяет использовать Т-волны для контроля труб, закопанных в грунте и/или заполненных жидкостью [3].
Возбуждение и прием сигналов производится с помощью пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), плотно прижимаемых с помощью механических или пневматических бандажей к предварительно очищенной поверхности трубы. В зависимости от состояния трубы, ее окружения и частоты возбуждаемых колебаний дальность контроля может составить от 5 до 80 м. Помимо эхо-сигналов от дефектов наблюдаются сигналы, отраженные от тройников, гибов, поворотов, сварных швов, хомутов, врезок и т. д., причем зачастую дальность контроля ограничивается местоположением таких элементов. Для идентификации сигналов необходимы опытные специалисты и подробный чертеж контролируемого газопровода. Наличие изоляции, толщина покрытия, общая поверхностная коррозия, окружающая среда (грунт, вода) заметно снижают дальность контроля. При определенных условиях минимально выявляемый дефект составляет 2 % от площади поперечного сечения трубы, т. е. коррозионное поражение глубиной 20 % от толщины стенки будет обнаружено в том случае, если его угловая протяженность составляет 25 – 30° или 120 мм для трубы диаметром 600 мм.
Высокочастотный УЗК.
В газовой отрасли УЗК применяется для проверки качества сварных швов на магистральных газопроводах высокого давления в тех случаях, когда это предписывается нормативными документами. Проблема контроля тела трубы впервые проявилась при проведении работ по капитальному ремонту изоляционных покрытий газовых труб, в процессе которого были обнаружены характерные виды повреждений металла газопроводов – стресс- и питтинг-коррозия на внешней (реже внутренней) поверхности трубы. После поднятия трубы из грунта и качественного снятия старой изоляции перед нанесением нового изоляционного покрытия необходимо проведение стопроцентного НК всего тела трубы, а также продольных и кольцевых сварных швов. Очевидно, что сплошной контроль тела трубы, выполняемый поточечно при перемещении оператором преобразователя вручную, вне зависимости от физического принципа контроля (ультразвуковой, вихретоковый, магнитный), требует больших временных затрат и не гарантирует выявления всех недопустимых дефектов.
В настоящее время в ОАО «Газпром» для выполнения работ по комплексному техническому диагностированию магистральных газопроводов при капитальном ремонте изоляционных покрытий обязательным является проведение автоматизированного УЗК тела трубы.
Литература
- Пасси Г. Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций. – В мире НК. 2003. № 4(22). С. 43–49.
- Cawley P., Lowe S., Alleyne D. N., Pavlakovich B. The use of guided waves for rapid screening of pipework. – In: 16th WCNDT / Book of Abstracts. – Montreal: 2004, p. 124.
- Kwin H., Kim S. Y., Light G. M. Long-Range Guided Wave Inspection of Structures Using the Magnetostrictive Sensor. – J. Korean Soc. for Nondestructive Testing. 2001. V. 21. P. 383–390.