Page 1

Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год УДК. 621.179.16

Аппаратно-программный комплекс диагностики сварных соединений трубных проводок КИП взрывоопасных производств Самарский государственный технический университет Сусарев Сергей Васильевич, к.т.н., молодой специалист Модин Андрей Юрьевич, аспирант Пантеровский Станислав Викторович, студент Научный руководитель: Стеблев Юрий Иванович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Автоматизация производственных процессов в нефтехимическом и нефтегазовом комплексе» Обеспечение промышленной безопасности нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств невозможно без широкого применения средств неразрушающего контроля для периодического мониторинга, инструментального обследования технологического оборудования. Одной из проблем в системе диагностического мониторинга опасных производств является контроль сварных соединений трубных проводок контрольно-измерительных приборов. Эти трубные конструкции являются элементами отборных устройств измерителей расхода, давления и температуры, входящих в состав технологических трубопроводов нефтехимических промышленных установок с условным давлением до 10 МПа (100 кгс/см2). Проблемы диагностики технического состояния инженерных конструкций активно разрабатывались в нашей стране и за рубежом, однако, решение многих задач в этой области по-прежнему остается актуальным. Одной из таких задач является диагностика трубопроводных систем контрольно-измерительных приборов технологических установок на предприятиях химической и нефтехимической промышленности. Объектами диагностики являются тонкостенные (2-3мм) трубные элементы малого диаметра (14-20мм).Зондирование таких объектов проводится в условиях многократных переотражений ультразвуковых волн, интенсивного воздействия помех и мешающих факторов. Поэтому повышение помехозащищенности диагностики этих объектов с применением современных компьютерных технологий обработки и визуализации ультразвуковых сигналов является актуальной задачей. Научной основой создания средств формирования изображений аномальных зон тонкостенных цилиндрических оболочек малого диаметра является использование специально разработанных первичных преобразователей, адаптированных под параметры объектов, позволяющих повысить точность определения координат аномальных зон, визуализировать пути распространения ультразвуковых волн


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год в тонкостенных оболочках и сформировать изображение в результате обработки ультразвуковых сигналов. Методической основой обработки измерительной информации являются математические модели распространения волн в тонкостенных цилиндрических оболочках, а также экспериментальные данные, полученные на образцах цилиндрических оболочек, с искусственно нанесенными аномальными зонами. В настоящее время рядом отечественных и зарубежных фирм выпускаются приборы для акустического контроля трубных элементов: установка измерительная «СКАНЕР» для ультразвукового контроля сварных соединений и основного металла трубопроводов, ультразвуковые дефектоскопы Sitescan240 фирмы Sonatest и приборы типа ЕРОСН-III ЕРОСН-IV фирмы Panametucs и др. Основной недостаток этих приборов – ограничения снизу на типоразмеры контролируемых трубных элементов: по толщине стенок – от 4-6мм, по диаметру – от 40-50мм. Особенность предлагаемых к разработке технических решений в том, что они позволяют значительно снизить ограничения на типоразмеры контролируемых объектов – производить диагностику тонкостенных цилиндрических оболочек малого диаметра в условиях ограниченного доступа, что расширяет область применения приборов, и значительно улучшает соотношение цена/качество. К основным параметрам контроля сварных соединений относятся: угол ввода УЗ луча в металл, величина стрелы наклонного совмещѐнного УЗП, рабочая частота и размеры пьезоэлемента – излучателя и приемника ультразвуковых волн. При выборе этих параметров использовались как теоретические оценки, так и экспериментальные исследования. Ввиду малой изученности вопроса УЗК сварных соединений тонкостенных труб малого диаметра, значительного расхождения теоретических оценок упор сделан на экспериментальные исследования, ориентированные на конкретные параметры, типы и характеристики сварных соединений технологических трубопроводов. Используя основные закономерности распространения УЗ волн в тонких слоях и методы геометрической акустики, определены ограничения на величину угла ввода и стрелы УЗП всей номенклатуры сварных соединений. При этом оптимизация углов ввода проводилась в диапазоне от 60º до 75º, а ограничения на величину стрелы преобразователя – с учетом реальных размеров валиков усиления швов и условий доступа к объектам контроля при эксплуатации. Наиболее сложной задачей является определение рабочей частоты и размеров пьезоэлемента УЗП с учетом геометрии контролируемых швов. Теоретически рабочая частота УЗ колебаний должна быть такой, чтобы длина волны в материале ОК была меньше размеров дефекта, который необходимо обнаружить. За размер дефекта принимают диаметр d плоскодонного отверстия, соответствующего уровню фиксации. Обычно в сварных соединениях малой толщины требуется обнаруживать дефекты меньшего размера, чем в толстых. С уменьшением толщины и размера выявляемого дефекта частота повышается.


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год Обоснование выбора параметров УЗП при контроле тонких сварных соединений с Н  10 мм – наиболее трудная задача. В этом случае применяют УЗП с большим углом ввода, так как необходимо обеспечить надежное обнаружение дефектов в нижней части сварного шва, в частности непровара в корне шва с V-образной разделкой. Такие дефекты имитируют искусственными отражателями типа зарубки. Допустимая глубина корневых непроваров обычно не более 0,15Н. Эхо сигнала от зарубки и других угловых отражателей при их глубине меньше 1,5 длины поперечной волны [1-3]. Выбором частоты необходимо также обеспечить достаточно высокую лучевую разрешающую способность, чтобы отличить сигналы от дефектов от недостаточного или повышенного проплавления корня. Чтобы при контроле тонких сварных соединений отличать этот ложный сигнал и сигнал от дефекта, необходима лучевая разрешающая способность не ниже Н/4. Основной проблемой УЗК труб малого диаметра является идентификация сигналов по А-скану. Самым простым и наглядным способом визуализации УЗ сигнала для его дальнейшей идентификации будет изображение типа W-скан, на котором показана траектория прохождения УЗ луча в металле (рис. 1). ПЭП

УЗ

во

лн

а

Точка ввода ОК

Рис. 1 Изображение типа W-скан

Такой способ визуализации дает четкое представление о количестве отражений от стенки трубы и местоположения неоднородности относительно точки ввода, но никак не привязан к сварному шву. Чтобы определить, находится ли отражатель в области сварного шва или нет, необходимо знать его ширину и расстояние от точки ввода УЗ луча в металл до центра шва. Но, даже зная эти значения и имея перед глазами W-скан, придется производить вычисления и сравнивать их результаты только в численном виде. Такое изображение не дает полной визуальной картины. А это, в свою очередь, не позволяет быстро оценить, откуда идет отраженный УЗ сигнал и определить характер дефекта (непровар, подрез и.т.д.). Если поместить на W-изображение сварной шов с валиком усиления, то можно лишить его вышеупомянутых недостатков (рис. 2). По изображениям А-скана и W-скана можно охарактеризовать всего один отражатель. Более полную картину могут дать такие изображения как квазитрехмерное или полутоновое. На них можно увидеть сразу все отражатели и их характеристики: эквивалентную площадь, глубину залегания, расположение относительно центра шва и т. д.


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год

УЗ

во

лн

а

ПЭП

ОК

Рис.2. W-скан с изображенным на нем сварным швом

В разработанной программе реализована обработка УЗ сигналов, в результате которой можно построить изображения типа:  W-скан с изображенным на нем сварным швом;  развертка сварного шва в виде полутонового изображения;  квазитрехмерное изображение, полученное оцифровкой A-сканов. Аппаратно-программный комплекс диагностики сварных соединений трубных проводок КИП создан на базе серийного ультразвукового дефектоскопа типа УИУ "СКАНЕР". Общий вид комплекса приведен на рис. 3. В состав комплекса также входят набор испытательных образцов, разработанные и изготовленные ультразвуковые преобразователи (рис. 4), контактная жидкость, компьютер для обработки экспериментальной информации.

Рис. 3. Общий вид аппаратно-программного комплекса диагностики сварных соединений

Рис. 4. Ультразвуковые преобразователи


Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2011 год

Список литературы 1. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль. Справочник по неразрушающему контролю. Т.№. Под ред. Клюева В.В. М.: Машиностроение, 2004, 859 с. 2. Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений. М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2000, 496 с. 3. Алешин Н.П. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений. М.: Машиностроение, 2006, 368 с.

/Susarev_SV  

http://ify.ulstu.ru/sites/default/files/Susarev_SV.pdf

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you