Ультразвуковое диагностирование

Ультразвуковой метод позволяет выявлять как поверхностные, так и внутренние дефекты. 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). Его физической основой является применение нормальных 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 (рис. 1). 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) 7-волны с колебаниями частиц в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны и параллельной поверхности трубы.

Отсутствие составляющей смещения, перпендикулярной поверхности трубы, позволяет использовать 7-волны для контроля труб, закопанных в грунте и/ или заполненных жидкостью. 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 (рис. 2 б). 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. Положение дефекта в окружном направлении не определяется, в осевом направлении определяется с точностью ± 50 мм. широко применяет оборудование с использованием низкочастотного УЗК НВ для мониторинга технического состояния магистральных газопроводов, а также трубопроводных систем различного назначения. Результатом работ является обнаружение локальных зон с изменением площади поперечного сечения трубопровода на труднодоступных участках, за которыми необходимо вести периодический контроль.

Высокочастотный УЗК. В газовой отрасли УЗК применяется для 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.