image
energas.ru

Газовая промышленность № 05 2018

Ремонт и диагностика

01.05.2018 11:00 КРИТЕРИИ ВЫЯВЛЯЕМОСТИ ДЕФЕКТОВ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ГАЗОПРОВОДОВ МЕТОДАМИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СЕТЕЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЯ
Основными задачами функционирования систем газораспределения и газопотребления являются безопасная и бесперебойная поставка газа потребителям, снижение трудозатрат и эксплуатационных затрат, повышение экономической эффективности. В связи с этим возникает проблема надежности сетей газораспределения и газопотребления при производстве сварочных работ. Проведение работ по комплексному диагностическому обследованию сетей газораспределения и экспертизе промышленной безопасности регламентируется действующей нормативной документацией. Исполнение требований нормативной документации позволяет классифицировать и выявлять основные типы дефектов, снижающих надежность и напрямую влияющих на возможность дальнейшей эксплуатации газопроводов. Для выявления дефектов при строительстве газопроводов применяются физические методы контроля, к которым относится рентгенографический контроль. Целью работы стало определение оптимальных режимов рентгенографического контроля с применением импульсных рентгеновских аппаратов при выявлении дефектов в сварных соединениях стальных газопроводов сетей газораспределения и газопотребления. В статье представлен метод рентгенографического контроля и определены основные критерии выявляемости дефектов в сварных соединениях. Проведен расчет и определены оптимальные режимы рентгенографического контроля с применением импульсных рентгеновских аппаратов на стальных трубах большого и малого диаметров. Выбраны основные схемы контроля сварных швов в зависимости от диаметра трубы, определено число экспозиций. Проведен расчет фокусного расстояния для диаметров труб 57–700 мм, определено время экспозиции. Проведен анализ рентгенографических снимков и применяемых типов рентгеновской пленки на соответствие критериям выявляемости дефектов в сварных соединениях. Приведены режимы рентгенографического контроля для конкретных диаметров труб газопровода.
Ключевые слова: СИСТЕМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ, СИСТЕМА ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЯ, ДЕФЕКТ, СВАРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ, НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ.
Открыть PDF


ПРОБЛЕМА НАДЕЖНОСТИ

При производстве сварочных работ актуальной представляется проблема надежности сетей газораспределения и газопотреб- ления. Основные задачи функционирования систем газораспределения и газопотребления – безопасная и бесперебойная поставка газа потребителям, снижение трудозатрат и эксплуатационных затрат, повышение экономической эффективности.

В настоящий момент часть сетей газораспределения в России отработала нормативный срок службы. Поэтому дальнейшая эксплуатация данных сетей возможна на основании оценки технического состояния, определения работоспособности и остаточного ресурса, анализа экономической эффективности эксплуатации с дальнейшим техническим перевооружением опасного производственного объекта. Качество проведения оценки технического состояния газопроводов напрямую зависит от уровня оснащенности лаборатории неразрушающего контроля (НК) и квалификации специалистов экспертной организации, привлекаемой для данных работ.

Проведение работ по комплексному диагностическому обследованию сетей газораспределения и экспертизе промышленной безопасности строго регламентировано действующей нормативной документацией Ростехнадзора и внутренними стандартами СТО Газпром [1–6]. Эти документы определяют требования, выполнение которых позволяет выявлять основные типы дефектов (рис. 1), снижающих надежность и напрямую влияющих на возможность дальнейшей эксплуатации газопроводов.

Практический опыт диагностирования сетей газораспределения показывает, что среди всех обнаруживаемых дефектов наибольшую часть составляют монтажные дефекты, вызванные нарушением технологии прокладки газопроводов и монтажа газового оборудования. В частности, наблюдаются такие дефекты, как подрезы и свищи в сварных швах, нарушение геометрии сварных соединений, переломы осей трубопроводов, неполное заполнение разделки кромок. При этом среди дефектов сварных соединений преобладают подповерхностные дефекты (внутренние трещины, непровары), обнаружение которых возможно только с использованием специализированных методов НК (ультразвуковой, магнитный и радиографический контроль).

Применение элементов фасонных деталей, таких как катушки, отводы, врезки, переходы диаметров, создает дополнительные источники нескомпенсированных напряжений в сварных швах, что способствует последующему образованию новых микродефектов и их развитию вследствие воздействия нерасчетных нагрузок в конструкции.

Кроме дефектов изготовления и монтажа значительную роль играют дефекты эксплуатационного характера: вмятины, задиры основного металла, утонение стенки газопровода ввиду механических и эрозионных воздействий, потеря герметичности фланцевых и резьбовых соединений, усталостные трещины.

Основными механизмами повреждения подземных технологических газопроводов являются общая поверхностная, электрохимическая и межкристаллитная коррозия. Проблема заключается в том, что процессы коррозии чаще всего носят локальный неоднородный характер, и без проведения специальных диагностических мероприятий такие дефекты визуально практически не выявляемы [7].

Для выявления перечисленных выше дефектов при строительстве газопроводов применяется контроль сварных стыков физическими методами в соответствии с требованиями [8]. К физическим методам контроля относят радио- графический и ультразвуковой методы контроля. При проведении ультразвукового контроля требуется высокая квалификация дефектоскописта, данным методом контроля определяются только наличие дефекта и его геометрические размеры, но тип дефекта определить затруднительно. При применении рентгенографического контроля и расшифровке снимка точно определяются тип дефекта, его пространственное положение в сварном шве и его геометрический размер.

Радиография – метод НК, результаты которого во многом зависят от полноты выполнения требований к параметрам и условиям его проведения: энергии излучения (анодному напряжению рентгеновской трубки), типу пленки, типу и толщине усиливающих экранов, способу зарядки кассет, схеме просвечивания сварного соединения, условиям фотообработки и расшифровки рентгеновских снимков. При радиографическом методе контроля выявляются дефекты сварных швов, относящиеся к внутренним дефектам и дефектам, имеющим выход на поверхность сварного шва. К ним относятся поры, цепочки пор, непровар корня шва, трещины, раковины, шлаковые включения и др. В стационарных и нестационарных условиях в качестве источников излучения возможно использовать импульс- ные рентгеновские аппараты, имеющие низкий ток и нерегулируемую энергию рентгеновского излучения. Для регистрации изображения применяются крупнозернистые рентгеновские пленки, которые более чувствительны к излучению, но обладают невысокой контрастной и детальной радиографической чувствительностью. Кроме того, используются усиливающие флуоресцентные экраны, дополнительно увеличивающие геометрическую нерезкость [9].

Конечным этапом процесса контроля является получение радиографической пленки, пригодной для расшифровки изображения сварного шва и околошовной зоны, а также для оценки их качества. К основным критериям выявляемости дефектов в сварных швах отнесем следующие:

– достигнутая радиографическая чувствительность радиографического снимка – показатель радиографического изображения, определяемый размером минимального из элементов индикаторов качества изображения (эталонов чувствительности), выявленных на данном снимке, и выраженный в абсолютных или относительных единицах;

– значение оптической плотности радиографического снимка – показатель качества изображения, характеризующий степень ослаб- ления светового потока в фотографическом слое, выраженную десятичным логарифмом отношения интенсивности падающего от источника излучения свето- вого потока к интенсивности светового потока, прошедшего через фотографический слой;

– время экспозиции – время, при котором осуществляется воздействие излучения на рентгеновскую пленку, установленную на объекте контроля;

– фокусное расстояние от источника излучения до поверхности сварного шва, интервал между источником излучения и объектом контроля в направлении оси рабочего пучка излучения;

– тип и марка рентгеновской пленки, различие в характеристиках и свойствах рентгеновской пленки;

– оптимизация режимов рентгенографического контроля, выбор наилучшего варианта применения параметров фокусного расстояния и времени экспозиции при проведении рентгенографического контроля.

Соблюдение заложенной в научно-технической документации (НТД) технологии подготовки и проведения рентгенографического контроля должно обеспечивать требуемую чувствительность конт- роля, а значит, возможность надежного обнаружения дефектов, размеры которых в направлении контроля не менее удвоенных видимых минимальных размеров их имитаторов на эталонах чувствительности [9]. При контроле в нестационарных условиях не всегда представляется возможным соблюдение всех требований, установленных НТД, поэтому на практике используются режимы рентгенографического контроля, подобранные опытным путем и позволяющие проводить достоверный контроль сварных со- единений.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ КОНТРОЛЯ

В целях снижения эксплуатационных затрат, трудозатрат и повышения экономической эффективности в АО «Газпром газораспределение Киров» была проведена работа по подбору режимов рентгенографического контроля на самых распространенных диаметрах труб для сетей газораспределения и газопотреб- ления, выбору материалов и оборудования, необходимых для осуществления рентгенографического контроля.

Определение оптимальных режимов рентгенографического контроля с применением импульсных рентгеновских аппаратов «АРИНА-5» и «АРИНА-7» (рис. 2) рассмотрим на примере рентгенографического контроля кольцевого сварного шва С17 по ГОСТ 16037–80 [10] стальной трубы диаметром 108 мм и толщиной стенки 3,5 мм (рис. 3).

Аппараты «АРИНА-5» и «АРИНА-7» традиционно используются на объектах ПАО «Газпром» при проведении радиографического конт- роля и внесены в Реестр средств неразрушающего контроля качества сварных соединений [11].

Внешний вид кольцевого сварного шва, выполненного с применением ручной дуговой сварки, приведен на рис. 3.

Для определения оптимальных режимов рентгенографического контроля были выбраны два типа рентгеновских пленок – AGFA F8 и AGFA D7 – с двумя флуоресцентными экранами. Пленка AGFA F8 – крупнозернистая, применяется для контроля газопроводов импульсными рентгеновскими аппаратами. Такой тип пленки с применением флуоресцентных экранов дает высококонтрастные снимки с высоким разрешением. В тех случаях, когда требуется повышенная четкость, рекомендуется использовать AGFA D8 со свинцовыми экранами. Пленка AGFA D7 – мелкозернистая, обладает контрастом и высокой чувствительностью.

В соответствии с ГОСТ 23055–78 и СП 62.13330.2011 полученные рентгеновские снимки выбранного кольцевого сварного соединения (см. рис. 3) относятся к 3-му классу чувствительности [2, 8].

Расчет фокусного расстояния проводится в соответствии с ГОСТ 7512–82 [1]. Проведем расчет фокусного расстояния при проведении рентгенографического контроля кольцевого сварного шва трубы диаметром 108 мм с толщиной стенки 3,5 мм.

f = CD,

 

где f – расстояние от источника излучения до обращенной к источнику поверхности контролируемого сварного соединения, мм; C = 2Ф/К при Ф/К 2 и С = 4 при Ф/К < 2; D – наружный диаметр контролируемого сварного со- единения, мм; Ф – максимальный размер фокусного пятна источника излучения, мм; К – требуемая чувствительность контроля, мм.

Подставим численные значения в формулу и получим: Ф/К = 2,5/0,3 = 8,3. Поскольку полученное расчетное значение Ф/К > 2, то применяется выражение C = 2Ф/К, тогда С = 16,7. Определив параметр С, подставим численные значения и определим фокусное расстояние: f = 1800 мм.

Расчетные значения фокусного расстояния для диаметров 57– 700 мм приведены в таблице.

Определив расчетным путем фокусные расстояния, проведем практическое сравнение полученных расчетных значений с опытными значениями фокусного расстояния и соотнесем качество получаемых рентгенографических снимков с соответствием их критериям выявляемости дефектов.

Схемы контроля для кольцевых сварных соединений определяются исходя из диаметра сварного соединения и могут быть различных видов (рис. 4) согласно [1]. Для опытного определения фокусного расстояния и получения снимка, удовлетворяющего критериям выявляемости дефектов, применялась схема конт- роля, изображенная на рис. 4в. При этом необходимо учитывать следующие особенности подбора фокусного расстояния:

– выбор фокусного расстояния должен учитывать возможность размещения источника рентгеновского излучения в пространственном положении (например, в случае, когда контролируемое кольцевое сварное соединение находится в траншее);

– время экспозиции пропорцио- нально фокусному расстоянию, что увеличивает продолжительность работы источника излучения и, следовательно, уменьшает ресурс его работы.

Для сравнения расчетного и опытного значений фокусного расстояния с подбором времени экспозиции были сделаны снимки кольцевого сварного шва трубы диаметром 108 мм с применением рентгенографических пленок AGFA D7 и AGFA F8 и разным фокусным расстоянием.

При проведении рентгенографического контроля использовались следующие режимы. С применением пленки типа F8: расчетное фокусное расстояние 1800 мм; время экспозиции 150 с; опытное фокусное расстояние 640 мм; время экспозиции 25 с. Результаты рентгенографического контроля в виде снимков представлены на рис. 5.

С применением пленки типа D7: расчетное фокусное расстояние 1800 мм; время экспозиции 300 с; опытное фокусное расстояние 640 мм; время экспозиции 200 с.

Результаты рентгенографического контроля в виде снимков представлены на рис. 6.

Анализ рентгенографических снимков показывает, что применение выбранной схемы контроля и применяемой пленки типа F8 дает полное соответствие критериям выявляемости по локализации и визуализации наличия или отсутствия дефектов в сварном соединении. При этом сравнение расчетного и опытного значений фокусного расстояния позволяет сделать вывод, что его уменьшение от расчетного значения не влияет на качество снимка и, следовательно, на критерии выявляемости дефектов в кольцевом сварном соединении. Также опытным путем доказано, что сокращение времени экспозиции удовлетворяет критериям выявляемости дефектов и увеличивает производительность проведения рентгенографического контроля.

При проведении контроля с применением пленки типа D7 расчетное значение фокусного расстояния не дает качества снимка, удовлетворяющего критериям выявляемости дефектов, так как наблюдается несоответствие по параметру оптической плотности. Вариации уменьшения фокусного расстояния от расчетного значения возможны, и это позволяет сокращать время экспозиции и увеличивает вероятность соответствия критериям выявляемости дефектов в сварном шве.

В целях независимой оценки результата для автоматизированной расшифровки рентгенографических снимков был применен аппаратно-программный комплекс «МАРС» [12]. Полученные результаты расшифровки рентгенографических снимков с применением расчетных и опытных режимов рентгенографического контроля на пленке типа F8 соответствуют друг другу в части выявленных дефектов.

В сводной таблице представлены режимы рентгенографического контроля для конкретных диаметров труб газопровода. Для всех перечисленных вариантов использован способ зарядки кассет с двумя флуоресцирующими экранами.

В целях обеспечения соответствия рентгенографических снимков критериям выявляемости дефектов сварного шва проведены расчеты и получены опытные значения режимов рентгенографического контроля наиболее распространенных применяемых при строительстве сетей газораспределения и газопотребления диаметров стальных труб и необходимые параметры контроля качества сварных соединений радиографическим методом. Опытные и расчетные парамет- ры контроля качества сварных соединений радиографическим методом приведены в таблице.

 

ВЫВОДЫ

Определены основные критерии выявляемости дефектов в сварных соединениях, а также оптимальные режимы рентгенографического контроля с применением импульсных рентгеновских аппаратов на стальных трубах большого и малого диаметров.

Приведен выбор схем контроля сварных швов в зависимости от диаметра трубы и определено количество экспозиций. Проведен расчет фокусного расстояния для диаметров труб 57–700 мм, определено время экспозиции.

Выполнен анализ рентгенографических снимков и применяемых типов рентгеновской пленки на соответствие критериям выявляемости дефектов в сварных со- единениях. Представлены режимы рентгенографического конт- роля для конкретных диаметров труб газопровода.


Сводная таблица режимов рентгенографического контроля для конкретных диаметров труб газопровода Summary table of the X-ray testing modes for specific pipe diameters of gas pipeline

Наружные диаметры труб, мм

External diameters of pipes, mm

Схема контроля кольцевых сварных соединений [1]

Scheme of the ring welded joints control [1]

Марка и тип радиографической пленки

Mark and type of radiographic film

Фокусное расстояние, мм

Focal distance, mm

Время экспозиции, с

Exposure time, s

расчетное calculated

опытное experimental

57

Рис. 4в (2 поз.) 

Fig. 4c (2 pos.)

AGFA F8

950

640

25

89

Рис. 4в (2 поз.) 

Fig. 4c (2 pos.)

AGFA F8

1484

640

25

108

Рис. 4в (2 поз.) 

Fig. 4c (2 pos.)

AGFA F8

1800

640

25

159

Рис. 4г (3 поз.) 

Fig. 4d (3 pos.)

AGFA F8

249

159

3

219

Рис. 4г (3 поз.) 

Fig. 4d (3 pos.)

AGFA F8

259

219

5

273

Рис. 4г (4 поз.) 

Fig. 4d (4 pos.)

AGFA F8

288

273

8

325

Рис. 4г (4 поз.) 

Fig. 4d (4 pos.)

AGFA F8

365

325

8

500

Рис. 4г (6 поз.) 

Fig. 4d (6 pos.)

AGFA F8

500

500

90

500

Рис. 4г (6 поз.) 

Fig. 4d (6 pos.)

AGFA D7

500

500

180

700

Рис. 4г (8 поз.) 

Fig. 4d (8 pos.)

AGFA F8

700

700

90

700

Рис. 4г (8 поз.) 

Fig. 4d (8 pos.)

AGFA D7

700

700

270

 




← Назад к списку