image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 3 2017

Диагностика

01.03.2017 10:00 Разработка современных методик диагностики сварных соединений резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов методом ультразвукового контроля
методы неразрушающего контроля, сварные соединения, резервуары вертикальные стальные, диагностика оборудования, пьезоэлектрические преобразователи.
Ключевые слова: кроулеры, рентгенографическая диагностика, диагностика обвязок, движитель, диагностический комплекс.
Ссылка для цитирования: Кунина П.С., Величко Е.И., Приходько М.Г., Нижник А.Е. Разработка современных методик диагностики сварных соединений резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов методом ультразвукового контроля // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. No 3. С. 22–27.
Открыть PDF


Поскольку вертикальные стальные резервуары большого объема являются одним из ключевых звеньев технологической цепочки трубопроводного транспорта нефти, эти сооружения должны находиться в исправном техническом состоянии весь период эксплуатации. Несмотря на довольно большой опыт в резервуаростроении, накопленный за последние годы, резервуары для нефти и нефтепродуктов остаются одними из наиболее опасных объектов.

1_1_1.png

Это связано с целым рядом причин, из которых наиболее характерными являются:

  • высокая пожаро- и взрывоопасность хранимых продуктов;

  • большие размеры конструкций и связанная с этим протяженность сварных швов, которые трудно проконтролировать по всей длине;

  • несовершенства геометрической формы, неравномерные просадки фундамента и оснований;

  • высокая скорость коррозионных процессов;

  • малоцикловая усталость отдельных зон стенки конструкции;

  • сложный характер нагружения конструкции в зоне уторного шва в сочетании с практическим отсутствием контроля сплошности этих сварных соединений.

Исследования в области повышения надежности конструкции резервуаров вертикальных стальных (РВС) являются актуальными, поскольку разрушение резервуаров влечет за собой потери не только экономические, но и экологические и даже человеческие.

1_1_2.png

На основе статистических данных было определено значение регулярного технического диагностирования объекта (резервуара), которое в зависимости от объема произведенных операций подразделяется на полное и частичное. Полное включает различные виды контроля и осуществляется с периодичностью не менее одного раза в
10 лет, при том что частичное – не менее одного раза в 5 лет.

Наиболее распространенными методами определения технического состояния резервуаров являются:

  • визуально-измерительный;

  • радиографический;

  • ультразвуковой;

  • капиллярный или магнитопорошковый;

  • токовихревой;

  • измерение твердости;

  • гидравлические испытания;

  • пневматические испытания.

На основе анализа литературы [1, 2] была построена гистограмма, наглядно показывающая процентное соотношение используемых методов НК для определения текущего состояния и диагностики вертикальных стальных резервуаров. Исходя из данной гистограммы можно сделать вывод, что УЗК является одним из наиболее распространенных методов диагностики резервуаров.

1_1_3.png

С использованием метода экспертных оценок было проведено сравнение первых четырех наиболее распространенных методов, при этом оценка осуществлялась в рейтинговых баллах от 0 до 5, где 0 – метод не позволяет обнаружить заявленный показатель, 5 – метод обеспечивает 100%-е обнаружение. Результаты рейтинга методов, а также показатель, по которому они сравнивались, сведены в таблицу.

При использовании метода экспертных оценок заданные количественные величины представляют собой мнение эксперта и принимаются на основе априорной информации, опыта проведения методов НК и анализа литературных источников, отражающих информацию по данному вопросу.

В результате проведенного анализа получаем таблицу экспертных оценок по методам (табл. 1).

1_1_4.png

Определение обобщенной оценки каждого метода определяется по средневзвешенному показателю. Результаты анализа показателей табл. 1 приведены в табл. 2.

Таким образом, устанавливаем, что наиболее рациональным методом, который следует применять при диагностике уторных и стыковых соединений резервуаров, является ультразвуковой метод контроля.

При анализе технической документации (журналы планово-предупредительного ремонта) резервуара (10 тыс. м3) были выявлены наиболее распространенные дефекты. На рис. 2 представлена гистограмма распределения, наглядно показывающая процентное соотношение дефектов в сварных соединениях резервуаров.

Из гистограммы видно, что наиболее частое возникновение и развитие дефектов происходит в уторных соединениях. Как показывает практика, зарождение и образование трещин, возникновение дефектов в уторных соединениях может происходить по трем характерным направлениям, представленным на рис. 3.

На практике очень часто приходится определять наличие трещин и расслоений в зоне внутреннего сварного шва, уторного соединения вертикальной стенки и окраек. Данная задача решается, но с относительно большими затратами и только после полного опорожнения РВС от нефтепродукта.

1_1_5.png

В ранее разработанных методиках УЗК предлагается метод определения ожидаемых трещин на основе использования ультразвукового толщиномера и модифицированного высокочувствительного магнитоупругого тестера для оценки действующих и «остаточных» напряжений.

Определение горизонтальной трещины по такой методике следующее: окрайка в зоне нахождения внутреннего сварного шва должна зачищаться снизу от коррозии для обеспечения акустического контакта датчика прибора ультразвукового толщиномера и металла окрайки, затем датчик устанавливается снизу на защищенное место окрайки непосредственно под внутренним сварным швом с обеспечением полного акустического контакта.

1_1_6.png

В случае наличия между окрайкой и вертикальной стенкой или внутренним сварным швом любой микротрещины или микрорасслоения посланный ультразвуковой сигнал отражается от верхней плоскопараллельной поверхности и вновь возвращается в тот же приемно-передающий датчик, так как ультразвуковой толщиномер работает с одним и тем же универсальным датчиком в режиме эхолокации (рис. 4а), соответственно, при установке датчика в зоны 2–4. При этом на цифровом табло прибора будет высвечиваться только толщина окрайки с точностью 0,1 мм, что является ярким признаком наличия горизонтальной микротрещины в исследуемом сварном шве.

При установке датчика в зону 1 на рис. 4а и в зону 4 на рис. 4б, когда горизонтальная трещина в сварном шве отсутствует, ультразвук без каких-либо потерь пройдет через окрайку непосредственно в сварной шов и, дойдя до его верхней поверхности, отразится от нее под углом, синхронным углу ее наклона к горизонту, что не позволит указанному сигналу вновь вернуться в датчик, что в данном случае также является наглядным и косвенным признаком отсутствия в сварном шве ожидаемой горизонтальной трещины.

1_1_7.png

К сожалению, в условиях производства данная методика оказывается не вполне пригодной вследствие затруднения установки датчика пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) под днище резервуара. Очевидно, что в силу недостатков этого метода, основными из которых являются опорожнение резервуара и подрыв подсыпки основания резервуара, необходимы разработка и внедрение способа, который был бы применим в условиях производственного этапа.

Нами было проведено исследование, включавшее установку различных датчиков около внешнего сварного шва. На основе наблюдений было получено графическое отображение проведения эксперимента, изображенное на рис. 5–8, а характеристики датчиков ПЭП сведены в табл. 3. Цель исследования заключалась в определении дефектов в швах резервуаров и подборе ПЭП, а также в выработке методики диагностики сварных со-
единений резервуара.

1_1_8.png

На рис. 5 изображен поиск дефектов ПЭП (П121-2,5-65°-14) с углом ввода 65°. Поиск дефектов таким ПЭП позволяет определять дефекты сварных соединениях однажды отраженным лучом. При перемещении ПЭП по поверхности стального листа (А, Б, В) видно, что меняется область обнаружения, – соответственно, таким методом можно обнаружить дефекты во всем сварном шве. Однако, возможно, остается область сварного соединения вне зоны контроля вследствие физики ультразвуковой волны, тогда можно оставшуюся часть сварного шва проконтролировать с обратной стороны сварного соединения (рис. 7).

На рис. 6 и 8 показана аналогичная ситуация с разницей лишь в параметрах ПЭП (табл. 3). Но наибольший интерес представляет рис. 7, так как с помощью устройства (ПЭП), изображенного на нем, можно проконтролировать весь сварной шов, не прибегая к усложнению процесса (когда необходимо переставлять ПЭП на другую сторону сварного шва).

Проанализировав схемы, можно сделать вывод, что по сравнению с ранее предложенной описанная методика является более эффективной и рациональной для контроля сварных соединений в резервуарах большого объема, так как этот способ не требует ни опорожнения резервуара, ни нарушения подсыпки основания резервуара, в то же время позволяя выявлять дефекты на ранней стадии развития и не допуская возникновения аварийных ситуаций.


Таблица 1. Сравнение методов НК по ключевым показателям

Table 1. The comparison of NDT methods on critical indicators

No.

Показатель

Parameter

Методы НК

NDT Methods

УЗК

Ultrasonic

ВИК

Visual and measuring

МК

Magnetic

РК

Radiographic

1

Возможность определения внутренних дефектов

The ability to determine internal defects

5

0

5

4

2

Мобильность

Mobility

3

5

2

1

3

Определение координаты дефектов

Determination of coordinates of defects

5

3

4

4

4

Оценка размеров дефектов

Evaluation of defect sizes

5

2

5

4

5

Определение остаточной толщины металла днища и стенки Determination of residual thickness of metal bottoms and sides

5

0

5

5

6

Безвредность для человека

Harmless to humans

4

5

2

1

7

Отсутствие специальных веществ для проведения контроля

The lack of special substances for the control performing

4

5

2

0


Таблица 2. Определение средневзвешенного показателя

Table 2. Determining a weighted-average parameter

Обозначение метода
Designation of the method

1_1_12.png

1_1.png

УЗК

Ultrasonic

31

6,2

ВИК

Visual and measuring

20

4

МК

Magnetic

25

5

РК

Radiographic

19

3,8


Таблица 3. Используемые датчики УЗК

Table 3. Used sensors of ultrasonic control

No.

Наименование

Name

Заводской номер

Serial number

Длина, мм

Length, mm

Высота, мм

Height, mm

Стрела ввода, мм

Input arrow, mm

Угол ввода, °

Input angle, °

1

П121-2,5-65°-14

00521

41

21

10,5

65

2

П121-5,0-65°-8

01028

34

22

7,5

65

3

П121-5,0-70°-8

01049

34

22

7,0

70

4

П121-5,0-65°-003

643

28

22

7,5

65



← Назад к списку


im - научные статьи.