Ультразвуковой внутритрубный дефектоскоп для прямого высокоточного обнаружения трещин на ранней стадии (CD)

Ультразвуковой дефектоскоп предназначен для внутритрубного ультразвукового обследования магистральных трубопроводов с целью обнаружения продольных и поперечных стресс-коррозионных трещин стенок трубопровода, в том числе в продольных и поперечных сварных швах.

В дефектоскопах используется метод, основанный на акустическом эхо-импульсном зондировании стенки трубопровода с использованием ультразвуковых иммерсионных преобразователей совмещенного типа с наклонным вводом луча в стенку трубопровода.

Метод состоит в регистрации и измерении амплитуды отраженных от трещин сигналов и временных интервалов между зондирующим импульсом, импульсом, отраженным от внутренней стенки трубопровода и импульсом от трещины. Принцип действия представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – принцип действия

Излученная датчиком ультразвуковая волна входит в металл под углом 17° к перпендикуляру к поверхности и распространяется в металле под углом 45°, при этом обеспечивается наилучшее отражение сигнала от трещины. Отраженные сигналы от трещины принимаются этим же датчиком. Для повышения вероятности обнаружения дефектов, облучение производится с двух сторон, сигнал от дефекта может быть принят 2-мя или 3-мя датчиками с каждой стороны. В процессе интерпретации такие сигналы от разных датчиков совмещаются, а по характеристикам принятых сигналов, вырабатывается заключение о свойствах дефекта.

Наиболее приемлемым методом определения трещиноподобных дефектов, который в основном и используется при разработке дефектоскопов, является теневой с использованием наклонно расположенных ультразвуковых датчиков.

Метод заключается во введении наклонного ультразвукового луча в тело трубы и получении этим же датчиком отраженного от дефекта сигнала. Угол падения луча (наклона датчика) выбирается таким, чтобы угол распространения преломленного луча в стенке трубы был 45° к поверхности (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема работы наклонного ультразвукового датчика

Ультразвуковая волна, распространяющаяся в стенке трубы, отражается встречающимися трещинами и частично рассеивается. Наибольший отраженный сигнал приходит от трещин, расположенных перпендикулярно направлению распространения волны. С увеличением угла между направлением распространения луча и трещиной, амплитуда отраженного луча, приходящего к датчику, уменьшается. Поэтому для обнаружения разнонаправленных трещин необходимо иметь как минимум две системы датчиков, расположенных взаимно перпендикулярно.

На вход ультразвукового датчика приходит очень сложный отраженный сигнал, из которого необходимо извлечь полезную информацию о наличии трещин и их параметрах. Это достигается обработкой приходящего сигнала электронными и программными средствами на борту прибора-дефектоскопа.

Вышеописанный принцип обнаружения трещин реализован во внутритрубном ультразвуковом дефектоскопе типа CD (Crack Detection – детектор трещин).

Носитель датчиков ультразвукового дефектоскопа CD сконструирован таким образом, чтобы за один пропуск сканировался весь периметр трубы. Для обнаружения трещин используется большое количество датчиков, расположенных под углом к осевой плоскости трубы, половина которых сканирует в одном направлении, половина датчиков - в другом. Количество датчиков подобрано таким, что каждый следующий датчик сдвинут на половину диаметра датчика в сторону прозвучивания, кроме того, сканирование осуществляется в обе стороны (рисунок 3).

Рисунок 3 – Схема работы системы ультразвукового дефектоскопа CD

При этом обеспечивается избыточное сканирование всех участков стенки трубы, благодаря чему осуществляется более надежное обнаружение трещин на фоне возможных ложных сигналов из-за изменений геометрии стенки трубы. Кроме того, часть датчиков расположены перпендикулярно стенке трубы для осуществления толщинометрии. Это необходимо для измерения реальной толщины стенки, а также для обнаружения поперечных швов и арматуры, что необходимо для точной привязки дефектов. В реальности количество датчиков, например, для прибора (для труб диаметром 720 мм) составляет 480 датчиков, расположенных на 16 полозах, при этом 240 датчиков сканируют по часовой стрелке, 240 – против часовой стрелки. На каждом полозе установлены два датчика для осуществления толщинометрии.

Датчики установлены на полиуретановых полозах, из которых монтируется очень гибкий носитель, обеспечивающий неизменное расстояние между датчика-ми и внутренней поверхностью трубы, а также поддерживается необходимый угол падения ультразвукового луча.

Для обнаружения продольных трещин используется носитель с поперечным наклоном датчиков. Для обнаружения поперечных трещин используется носитель с продольным наклоном датчиков.

Вследствие необходимости использования большого количества датчиков, а также сложных алгоритмов обработки информации, резко возрастает объем электроники, потребляемая мощность и, как следствие, количество секций и длина внутритрубного дефектоскопа.

Внутритрубный дефектоскоп типа CD (рисунок 4) состоит из нескольких стальных герметичных секций (для диаметра 1020/1220 мм - из 2-х, 820 - 426 мм - из 3-х) и носителя датчиков. На ведущей (батарейной) секции установлен приемопередатчик и три одометрических колеса, два из которых работают в системе измерения расстояния, а третий участвует в назначении частоты опросов датчиков. При вращении этого колеса, независимо от скорости движения (в диапазоне скоростей от 0,25 до 1 м/с), через каждые 2-3 мм дистанции вырабатывается сигнал на запуск ультразвуковых систем. При скорости более 1 м/с ультразвуковые системы запускаются с постоянной частотой от встроенного генератора, что приводит к уменьшению разрешающей способности прибора, а при обследовании поперечных дефектов и к необнаружению части дефектов.

В других секциях расположены ультразвуковые блоки, а также модули электроники и записи данных. Прибор снабжен программируемой микропроцессорной системой управления, маркерным приемопередатчиком и маятниковой системой вертикали. Прибор обнаруживает дефекты минимальной длины 50 мм, минимальной глубины 1,5 мм.

Система управления и контроля дефектоскопа обеспечивает: управление сбором и накоплением диагностической информации; регистрацию данных от ультразвуковых датчиков; регистрацию пройденного пути; регистрацию времени работы; передачу информации.

4. Ультразвуковой внутритрубный комбинированный дефектоскоп для прямого высокоточного измерения толщины стенки трубы и обнаружения трещин на ранней стадии (WM&CD)

Ультразвуковой комбинированный дефектоскоп предназначен для внутритрубного ультразвукового обследования магистральных трубопроводов с целью измерения остаточной толщины стенки и обнаружения продольных или поперечных трещин, в том числе в поперечных и продольных сварных швах.

Дефектоскоп позволяет осуществлять, как комбинированное (одновременное), так и раздельное обследование трубопроводов, при котором проводится только измерение остаточной толщины стенки (вариант толщиномера) или только выявление трещин, продольных или поперечных (вариант детектора трещин).

В дефектоскопах используется метод, основанный на акустическом эхо-импульсном зондировании стенки трубопровода с использованием ультразвуковых иммерсионных преобразователей совмещенного типа с перпендикулярным (толщиномер) и наклонным (детектор трещин) вводом луча в стенку трубопровода.

а

б

в

Рисунок 5- дефекты, обнаруживаемые при проведении

ультразвуковой диагностики трубопровода:

а – стресс-коррозия; б – продольная трещина; в – плены

Поиск по сайту: