Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии
Рассмотрены вопросы оснащения объектов газотранспортной отрасли системами непрерывного акустико-эмиссионного мониторинга, конструктивные и эксплуатационные особенности магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций, обоснована необходимость организации их непрерывного мониторинга. Обоснованы...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102493 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А, Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 3-13. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860166751498534912 |
|---|---|
| author | Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Яременко, М.А. |
| author_facet | Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Яременко, М.А. |
| citation_txt | Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А, Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 3-13. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description | Рассмотрены вопросы оснащения объектов газотранспортной отрасли системами непрерывного акустико-эмиссионного мониторинга, конструктивные и эксплуатационные особенности магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций, обоснована необходимость организации их непрерывного мониторинга. Обоснованы основные преимущества метода АЭ перед другими неразрушающими методами при проведении различных типов контроля промышленных конструкций. Проанализированы альтернативные решения по НК газопроводов и газокомпрессорных станций. Показано, что в настоящий момент имеются все необходимые аппаратурные, программные и организационные средства для оснащения объектов газотранспортной отрасли системами непрерывного АЭ мониторинга, а их использование является источником обеспечения безопасной эксплуатации и повышения рентабельности.
The questions of fitting the facilities of gas transportation industry by systems of continuous acoustic-emission monitoring, design and service features of the maingas pipelines and gas compressor units are considered, and the need to organize their continuous monitoring is substantiated. The main advantages of acoustic emission method over other NDT techniques at application of various kinds of monitoring of industrial constructions are substantiated. Available alternative solutions on NDT of gas pipelines and gas compressor units are analyzed. It is shown that at present all the required hardware, program and organizational meansare available for fitting the facilities of gas transportation industry by systems of continuous AE monitoring, and their application is a source of ensuring safe service and increasing the profitability.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:57:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.13.18
НЕПРЕРЫВНЫЙ МОНИТОРИНГ МАГИСТРАЛЬНЫХ
ГАЗОПРОВОДОВ И ГАЗОКОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ
МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
А. Я. НЕДОСЕКА , С. А. НЕДОСЕКА, д-ра техн. наук, М. А. ЯРЕМЕНКО, канд. техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрены вопросы оснащения объектов газотранспортной отрасли системами непрерывного акустико-эмиссионного
мониторинга, конструктивные и эксплуатационные особенности магистральных газопроводов и газокомпрессорных
станций, обоснована необходимость организации их непрерывного мониторинга. Обоснованы основные преимущества
метода АЭ перед другими неразрушающими методами при проведении различных типов контроля промышленных кон-
струкций. Проанализированы альтернативные решения по НК газопроводов и газокомпрессорных станций. Показано,
что в настоящий момент имеются все необходимые аппаратурные, программные и организационные средства для
оснащения объектов газотранспортной отрасли системами непрерывного АЭ мониторинга, а их использование является
источником обеспечения безопасной эксплуатации и повышения рентабельности.
The questions of fitting the facilities of gas transportation industry by systems of continuous acoustic-emission monitoring,
design and service features of the main gas pipelines and gas compressor units are considered, and the need to organize
their continuous monitoring is substantiated. The main advantages of acoustic emission method over other NDT techniques
at application of various kinds of monitoring of industrial constructions are substantiated. Available alternative solutions
on NDT of gas pipelines and gas compressor units are analyzed. It is shown that at present all the required hardware,
program and organizational means are available for fitting the facilities of gas transportation industry by systems of
continuous AE monitoring, and their application is a source of ensuring safe service and increasing the profitability.
Магистральные газопроводы и оборудование
газокомпрессорных станций являются промыш-
ленными объектами повышенной опасности, пос-
кольку постоянно присутствует два основных
компонента, создающих возможность аварии —
работа под давлением и взрывопожароопасная ра-
бочая среда. В процессе эксплуатации металл, из
которого изготовлены трубы газопроводов, накап-
ливает различные повреждения, которые вызваны,
в частности, нарушением эксплуатационных ре-
жимов, изменяющимися нагрузками, коррозион-
ными процессами, химическим воздействием
транспортируемого газа на стенки труб [1, 2]. Сле-
дует отметить, что, как правило, прямой зависи-
мости между сроком эксплуатации трубопровода
и степенью его поврежденности не существует.
Весьма трудно также разделить поврежденность,
вызванную действием каждого из определяющих
факторов. В связи с этим наиболее перспективной
представляется интегральная оценка поврежден-
ности материала, без детализации факторов, выз-
вавших повреждения.
Независимо от причин возникновения аварий, их
последствия могут быть весьма серьезными, даже
если речь идет не о магистральных газопроводах,
а о небольших компрессорных станциях. Например,
в России 10 февраля 2008 г. произошла авария на
комперессорной станции (КС) компании «Томс-
кнефтехим» из-за разгерметизации оборудования.
Один человек погиб, два пострадали. 25 января 2011
г. в поселке Онохой Заиграевского района произо-
шел взрыв на компрессорной автомобильной газо-
заправочной станции. После взрыва газа начался по-
жар на площади 150 м2. В результате произошло об-
рушение здания, один человек погиб, есть раненые.
Последствия при авариях на магистральных га-
зопроводах, как правило, значительно масш-
табнее. Например, 7 мая 2007 г. в Таращанском
р-не Киевской обл. на газопроводе Уренгой–По-
мары–Ужгород произошел взрыв возле КС Ста-
вище (рис. 1). Газ подавался под давлением
74 атм. Взрывной волной 30-метровый кусок тру-
бы диаметром 1420 мм отбросило на 150 м, на
месте взрыва возник пожар. На площади 1,5 га
выгорели зеленые насаждения, остались без га-
зоснабжения 22 населенных пункта в Таращанс-
ком районе, включая сам райцентр, четыре насе-
ленных пункта в Богуславском р-не и шесть в Чер-
касской обл. Транспортировка природного газа из
России в Европу по магистральному газопроводу
была приостановлена.
Аварии и неполадки в работе компрессорного
оборудования [3] происходят вследствие конс-
труктивных недостатков отдельных деталей и уз-
лов, ошибок, допущенных при изготовлении, и не-
соблюдения требований инструкций и норм экс-
плуатации. В процентном отношении общее ко-
личество аварий и неполадок компрессорных ма-
шин (по данным, полученным ВНИИ «Компрес-
сормаш» на одном из химических комбинатов)
распределялось следующим образом: 6 % аварий
© А. Я. Недосека , С. А. Недосека, М. А. Яременко, 2011
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 3
из-за конструктивных недостатков; 54 % аварий
из-за низкого качества деталей (причем на вновь
изготовляемые детали пришлось 46 %, а на ре-
монтируемые — 8 %), 40 % аварий из-за нару-
шения инструкций и норм эксплуатации.
Приведем для полноты понимания проблемы
некоторые сведения о КС — по данным специа-
лизированных источников, прежде всего РГУ
нефти и газа им. Е. М. Губкина [4, 5]. Большин-
ство месторождений газа расположено на уда-
лении от крупных его потребителей. Подача газа
к ним осуществляется по магистральным газоп-
роводам различной протяженности и диаметра.
Для поддержания заданного расхода транспорти-
руемого газа и обеспечения оптимального давле-
ния в трубе по трассе газопровода устанавлива-
ются КС. Современная КС — сложное инженер-
ное сооружение, обеспечивающее основные тех-
нологические процессы по подготовке и транс-
порту природного газа. КС служит управляющим
элементом, параметры работы которого опреде-
ляют режим работы газопровода, и который ре-
гулирует режим работы газопровода при колеба-
ниях потребления газа.
Головные компрессорные станции (ГКС), ус-
танавливаемые непосредственно возле газового
месторождения, предназначены для поддержания
необходимого давления технологического газа
при его дальнейшей транспортировке по магист-
ральному газопроводу. Характерными особеннос-
тями ГКС являются высокая степень сжатия газа,
обеспечиваемая последовательной работой нес-
кольких газоперекачивающих агрегатов (ГПА), и
повышенные требования к качеству подготовки
технологического газа — очистке от механичес-
ких примесей, осушке от газового конденсата и
влаги, а также удаления (при наличии) побочных
продуктов: сероводорода, углекислоты и т.д.
Линейные КС устанавливаются на магист-
ральных газопроводах, как правило, через
100…150 км. Назначением КС является компри-
мирование поступающего на станцию природного
газа с давления входа до давления выхода, обус-
ловленных проектными данными, для обеспече-
ния постоянного и заданного расхода газа по ма-
гистральному газопроводу. Крупные магистраль-
ные газопроводы обычно проектируют в расчете
на давления 5,5…7,5 МПа.
Дожимные компрессорные станции (ДКС) ус-
танавливаются на подземных хранилищах газа
(ПХГ) и служат для подачи газа в подземное хра-
нилище из магистрального газопровода, для от-
бора газа из хранилища с последующей подачей
его в магистральный газопровод или непосредс-
твенно потребителям газа. ДКС строятся также и
на газовом месторождении при падении пласто-
вого давления ниже давления в магистральном
трубопроводе. Отличительной особенностью ДКС
от линейных КС является более высокая степень
сжатия, улучшенная подготовка технологического
газа (осушители, сепараторы, пылеуловители),
поступающего из подземного хранилища, с целью
его очистки от механических примесей и влаги,
вносимой с газом.
Вид основного газоперекачивающего оборудова-
ния КС определяется пропускной способностью га-
зопровода. Для газопроводов с пропускной способ-
ностью менее 12 млн м3/сут на КС обычно исполь-
зуют поршневые компрессоры, с меньшей пропус-
кной способностью — центробежные нагнетатели
с приводом от газотурбинных установок или элек-
тродвигателей. Технологическую схему КС и не-
обходимое вспомогательное оборудование выбира-
ют в зависимости от типа устанавливаемых ГПА.
Учитывая конструктивную сложность КС,
большое количество агрегатов и протяженность
труб обвязки, наиболее надежным средством
обеспечения их безопасной эксплуатации предс-
тавляется непрерывный акустико-эмиссионный
(АЭ) мониторинг [6, 7].
Метод АЭ. Метод АЭ [8, 9] основан на том,
что в процессе деформирования в местах нагру-
женных конструкций, где зарождается и проис-
ходит разрушение, возникают акустические вол-
ны, которые затем распространяются по матери-
алу и могут быть зарегистрированы специальны-
ми датчиками. Обработка и анализ этой инфор-
мации позволяют определять координаты дефек-
тов и задолго до разрушения судить об их опас-
ности. Основной принцип работы АЭ аппаратуры
следующий: волна, излученная развивающимся
дефектом, выходит на поверхность контролируе-
мого объекта и воздействует на контактные учас-
тки акустических датчиков (рис. 2), которые пре-
образуют полученные звуковые колебания в элек-
трический сигнал и передают его АЭ прибору для
обработки (усиление, фильтрация, оцифровка и
т. д.) и последующего анализа. Диагностика реаль-
ных объектов включает вначале обнаружение, а за-
тем идентификацию источника АЭ и его оценку.
Особенностью метода является возможность
контролировать состояние материала на больших
расстояниях от мест размещения датчиков, выпол-
нять малым числом датчиков контроль крупных
промышленных объектов, в том числе сложной
конфигурации и на участках, доступ к которым
затруднен (подземных, покрытых изоляцией). Ме-
тод имеет целый ряд преимуществ перед другими
средствами НК (таблица).
Следует обратить внимание на то, что от спо-
соба выполнения АЭ контроля существенно за-
висит безопасность дальнейшей эксплуатации
контролируемого объекта. К таким способам мож-
но отнести следующие.
Разовый контроль. Как правило, проводится в
процессе плановых механических испытаний
4 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011
объекта (для конструкций, работающих под дав-
лением это чаще всего гидро- или пневмоиспы-
тания). Объект нагружают от нулевой или мини-
мальной нагрузки до величины, которая несколь-
ко превышает рабочее значение (величина перег-
рузки регламентируется государственной или от-
раслевой нормативной документацией и для со-
судов давления составляет 1,25). Если в процессе
испытания обнаружены источники повышенной
АЭ активности, проводят анализ их опасности для
данного объекта и по его результатам дают зак-
лючение о возможности дальнейшей его эксплу-
атации и рекомендуемых эксплуатационных па-
раметрах. Преимуществом данного подхода явля-
ется сравнительно низкая стоимость проведения
контроля. Сама процедура контроля занимает ма-
ло времени, не требует стационарной установки
Рис. 1. Последствия взрыва на газопроводе вблизи КС Ставище
Рис. 2. Схема работы метода АЭ
Рис. 3. Системы непрерывного АЭ мониторинга хранилищ жидкого аммиака и мостовой переход аммиакопровода через
р. Днепр: а — хранилище аммиака ОПЗ; б — аммиакопровод на мосту через р. Днепр; в — измерительный блок системы АЭ
мониторинга в период монтажа; г — система АЭ мониторинга после герметизации в специальных взрывопожаробезопасных
контейнерах с климатконтролем
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 5
датчиков и аппаратуры и может быть выполнена
с использованием мобильных АЭ систем. Недос-
татками же является то, что, во-первых, при ис-
пытании требуется создание избыточной нагруз-
ки, повышающей риск развития дефектов, во-вто-
рых, после проведения испытания объект не кон-
тролируется. Возникновение развивающихся де-
фектов уже после проведения разового контроля
может привести к опасной ситуации.
Периодический контроль. Процедура проведе-
ния аналогична разовому контролю, но повторя-
ется с определенным интервалом. Интервал в за-
висимости от объекта контроля и его результатов
может составлять от нескольких дней до несколь-
ких месяцев. Преимуществом периодического
контроля по сравнению с разовым является то,
что вероятность обнаружения опасных дефектов
увеличивается, появляются возможности проведе-
ния сравнительного анализа результатов прове-
денных испытаний и набора соответствующей
статистики. Недостатком является удорожание
процедуры контроля и создание неоднократных
перегрузок конструкции в процессе испытаний.
Мониторинг. Наблюдение в течение некоторо-
го времени состояния объекта контроля при его
работе в эксплуатационном режиме. Основные
преимущества — наблюдение не требует измене-
ния рабочих параметров и специального нагру-
жения конструкции, упрощается процедура кон-
троля и снижается его стоимость. Работа без пе-
регрузок, требуемых при обычных испытаниях,
продлевает срок службы конструкции. Недостат-
Рис. 4. Окно программы ЕМА-3.9. Определение координат событий АЭ, кластеризация и прогнозирование разрушения. Во
время испытаний система показывает наиболее опасное место, где формируется разрушение, на схеме объекта контроля и
осуществляет привязку результатов прогноза к этому объекту
Рис. 5. 16-канальные мобильные системы АЭ контроля ЕМА-3
(а) и СДАЭ-16 (б)
6 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011
ками являются, во-первых, меньшая вероятность
обнаружения дефектов, поскольку отсутствуют
перегрузки, создаваемые при разовых испытаниях
именно для активизации роста дефектов, во-вто-
рых, отсутствие контроля за состоянием объекта
после завершения мониторинга, как и при разовых
или периодических испытаниях.
Непрерывный мониторинг. Отсутствуют не-
достатки, отмеченные в трех предыдущих пунк-
тах. Акустическая активность отслеживается пос-
тоянно, оснащение систем мониторинга средства-
Рис. 6. Непрерывный мониторинг НДС трубопроводной обвязки ГС предприятия «Дигаз» при пуске компрессорного цеха:
а — объект контроля; б — монтаж датчиков; в — НДС по результатам мониторинга
Преимущества метода АЭ
Метод АЭ Прочие методы
Материал объекта контроля сообщает информацию об
имеющихся проблемах
Перед началом контроля необходимо определить, какую информацию следует
получить и как ее интерпретировать
Автоматический 100%-ный контроль больших объектов 100%-ный контроль крупных объектов очень сложен, требует больших времен-
ных и денежных затрат
Непрерывный мониторинг крупных объектов обеспечива-
ется постоянной работой аппаратуры
Непрерывный мониторинг крупных объектов во многих случаях невозможен, в
остальных случаях требует серьезных затрат
Не требует постоянного контроля со стороны персонала Работу выполняет персонал, что требует его постоянного присутствия при про-
ведении контроля
Возможна работа оператора на большом удалении от
объекта контроля
Оператор работает непосредственно на объекте, что создает угрозу жизни и
здоровью при контроле опасных производств
Обеспечивает автоматизированную оценку и прогноз сос-
тояния конструкции в процессе ее эксплуатации
Для прогноза состояния конструкции требуются дополнительные расчеты и ра-
бота экспертов после проведения контроля
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 7
ми автоматизации позволяет оперативно в реаль-
ном времени получать информацию о состоянии
контролируемого объекта и своевременно предот-
вращать опасные ситуации. На начальном этапе
некоторые трудности создают необходимость ста-
ционарной установки датчиков, кабелей, измери-
тельного оборудования, оснащения пульта опера-
тора, обучения персонала и т. д.
Внедрение системы непрерывного мониторинга
состояния оборудования и агрегатов обеспечивает
их безопасную эксплуатацию, существенное сниже-
ние риска возникновения аварий, сокращение числа
плановых остановов и внештатных ситуаций. Эф-
фективность работы такой системы во многом за-
висит от заложенных в ее разработку принципов.
При разработке и совершенствовании техники
и технологии АЭ мониторинга важно понимать,
что заказчику требуется информационная систе-
ма, а не просто измерительный прибор. Совре-
менная система мониторинга должна стать орга-
ничной частью общей информационной сети
предприятия, постоянно обеспечивать персонал и
руководство предприятия актуальными данными
о состоянии объектов контроля, оперативно оце-
нивать ситуацию и своевременно предупреждать
об опасности [10].
Концепция повреждаемости и прогноз раз-
рушения по данным АЭ. В ИЭС им. Е. О. Патона
НАНУ созданы и постоянно совершенствуются
системы непрерывного АЭ мониторинга семейс-
тва ЕМА. Их на протяжении многих лет успешно
применяют в производственных условиях для пос-
тоянного контроля состояния сосудов давления,
хранилищ и оборудования цехов производства ам-
миака Одесского припортового завода, на мосто-
вых переходах труб аммиакопровода Укрхимт-
рансаммиак, для периодического контроля раз-
личных конструкций на промышленных предпри-
ятиях Украины (рис. 3). За 10 последних лет АЭ
контролем было охвачено приблизительно 1500
объектов. Следует отметить, что отличием систем
ЕМА от существующих аналогов является не
только уровень сервиса и удобство для пользова-
теля. Системы ЕМА обеспечивают решение важ-
ной для промышленности задачи, а именно пол-
ностью автоматизированный ответ на вопросы:
– насколько опасно состояние конструкции в
текущий момент;
– при какой нагрузке разрушится конструкция
в данных условиях эксплуатации;
– какой остаточный ресурс конструкции.
Решить такую сложную задачу удалось на ос-
нове развития концепции повреждаемости [6–9,
14], понимаемой как потеря несущей способности
вследствие появления и роста внутренних несп-
лошностей. Проведенные исследования показали
Рис. 7. Размещение датчиков АЭ (показаны красным цветом) при непрерывном АЭ мониторинге КС двух типов: а — с
поршневыми ГПА; б — с центробежными нагнетателями (1 — газопровод; 2 — пылеуловитель; 3 — коллектор всасывающий;
4 — маслоуловитель; 5 — коллектор напорный; 6 — ГМК; 7 — холодильник оросительный; 8 — адсорбер; 9 — блок
одоризации; 10 — замерный узел)
8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011
существование структурно-чувствительных меха-
нических параметров, например, коэффициента
поперечной деформации, рассеяния твердости,
плотности материала, изменение параметров акус-
тических волн и ряда других, которые могут от-
ражать с приемлемой точностью величину накоп-
ленной поврежденности.
Также показано, что на стадиях, предшеству-
ющих росту трещин, акустическая эмиссия при
деформировании материала определяется полем
накопленных в нем повреждений. В результате
была предложена, обоснована, реализована на
компьютере и экспериментально подтверждена
модель, представляющая АЭ как результат дина-
мического процесса возникновения и слияния нес-
плошностей, представленных в рамках модели в
виде сферических пор.
На базе разработанной модели предложен метод
создания и распознавания эталонов, содержащих
информацию о типовых процессах накопления пов-
реждений в разных условиях и соответствующими
им параметрами АЭ. Созданные эталоны служат ос-
новой для определения степени опасности состоя-
ния материала с накопленными повреждениями и
прогнозирования разрушающих нагрузок, т. е. фак-
тически реального предела прочности материала в
данных условиях нагружения.
Алгоритм прогноза разрушающих нагрузок по
данным АЭ формализован в виде специализиро-
ванного программного обеспечения для систем
технической диагностики семейства ЕМА. Резуль-
таты испытаний большого числа образцов и ряда
конструкций показывают эффективность предло-
женной методики распознавания и прогноза.
В рамках концепции повреждаемости удалось на
базе статистической обработки большого объема эк-
спериментальных данных разработать методику
расчета остаточного ресурса. Учитывая тему данной
публикации, важно отметить, что основная часть
упомянутых данных получена при исследовании
состояния материала магистральных газопроводов
на территории Украины, для которых была прове-
дена комплексная оценка повреждаемости несколь-
кими независимыми методами.
После всесторонней проверки методики прогно-
зирования разрушающих нагрузок и расчета оста-
точного ресурса были использованы в работе систем
непрерывного мониторинга семейства ЕМА.
Системы непрерывного АЭ мониторинга.
Системы АЭ диагностики и мониторинга ЕМА-3.9
включают быстродействующую измерительную
аппаратуру для получения АЭ информации и
программное обеспечение (ПО), реализующее
современную технологию оценки состояния кон-
струкций в процессе эксплуатации (рис. 4). Сис-
темы ЕМА используют передовые компьютерные
технологии для передачи данных и интеграции с
компьютерными сетями предприятий и Интерне-
та, включая использование GPRS в сетях опера-
торов мобильной связи, и могут быть построены
на базе АЭ приборов различных производителей,
унифицированных по протоколу обмена с исполь-
зуемым ПО.
Системы ЕМА проходит метрологическую по-
верку на базе Госпотребстандарта Украины. Го-
сударственные стандарты Украины и норматив-
ные документы, согласованные с Госгорпромнад-
зором Украины, обеспечивают их применение на
различных промышленных конструкциях. На базе
Госгорпромнадзора Украины и Технического ко-
митета по технической диагностике и неразруша-
ющему контролю Украины ТКУ-78 осуществля-
ется обучение и сертификация специалистов по
применению приобретенных систем. Существует
сервисная служба, осуществляющая обслужива-
ние и сопровождение аппаратуры и программного
обеспечения в процессе эксплуатации систем.
Сегодня системы ЕМА являются наиболее ши-
роко используемыми на предприятиях Украины.
Одной из причин выбора именно данных систем
является их обеспеченность всем необходимым
для внедрения — начиная с более чем 30-летнего
опыта разработки и заканчивая техническим соп-
ровождением в течение всего периода эксплуа-
тации и обучения персонала.
Альтернативные решения. По имеющимся
данным в настоящий момент на магистральных
газопроводах и КС не существует внедренных в
практику систем непрерывного АЭ мониторинга,
подобных системам ЕМА, которые оценивали бы
состояние материала и определяли его несущую
способность и остаточный ресурс. Поэтому рас-
смотрим некоторые наиболее близкие по назна-
чению технические решения, позволяющие кон-
тролировать состояние объектов газотранспорт-
ной отрасли на основе современных методов.
В качестве примера одного из методов диагнос-
тики можно привести применяемую российской
компанией «НПО МОДУЛЬ СТС» [15] поисково-
акустическую систему «ЭХО», предназначенную
для оперативного обнаружения мест сужения про-
ходного сечения трубопровода (отложения парафи-
на, механических примесей, мест схлопывания на
магистральных путепроводах), в том числе место-
положения застрявших технических устройств (ди-
агностических снарядов, очистных поршней и
скребков). Система позволяет выполнять работы без
вскрытия трубопровода с минимальным привлече-
нием рабочих и технических средств.
В основе метода лежит тот факт, что при пос-
тоянном сечении трубопровода течение жидкости
в нем имеет малую турбулентность без завихре-
ний и разрывов однородности, и излучения звука
практически нет. В местах нарушения однород-
ности течения при помощи микрофона, пристав-
ленного к стенке трубы с внешней стороны, прос-
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 9
лушивается характерный шум протекающей жид-
кости. Этот характерный шум распространяется
в обе стороны от источника и может быть обна-
ружен чувствительной аппаратурой на расстоянии
до 100 м в зависимости от давления в трубопро-
воде и грунтовых условий (в сухом грунте даль-
ность регистрации возрастает).
Место, где нарушается полнопроходность се-
чения, выявляется по уменьшению интенсивности
звука при удалении от источника при помощи спе-
циальной регистрации фонограммы на компьюте-
ре. Определение точного местоположения (пози-
ционирование) с точностью до 1м осуществляется
корреляционным способом при помощи двух дат-
чиков, расположенных по разные стороны от ис-
точника звука.
К недостаткам данной разработки можно от-
нести то, что используемый метод не предназна-
чен для контроля повреждений в материале труб
и не может быть использован для оценки и прог-
ноза его состояния. То же можно сказать и про
другие системы обнаружения утечек (СОУ) [16],
такие как средства для измерения расхода газа на
базе УЗ расходомеров, автоматизированные сис-
темы контроля трубопроводов «WaveControl»
компании LB Sky Global, основанные на анализе
сигналов АЭ, инфразвуковые системы монито-
ринга течей в трубопроводах «ИСМТ» разработки
НПФ «ТОРИ» и др.
Предприятие «НПП Промдиагностика», г. Сан-
кт-Петербург, опыт которого [17] включает диаг-
ностику 180 метров подземного газопровода, ДУ
1000 компрессорной станции «Тума», газгольде-
ров и ряда других промышленных объектов, раз-
работало схему АЭ диагностики газонаполнитель-
ной станции. Метод АЭ рекомендуется исполь-
зовать по следующим схемам, включающим в ря-
де случаев использование других средств НК.
Проводят АЭ контроль объекта. В случае вы-
явления источников АЭ в месте их расположения
проводят контроль одним из традиционных ме-
тодов НК — ультразвуковым (УЗК), радиацион-
ным, магнитным (МПД), капиллярным (КД) и
другими, предусмотренными нормативно-техни-
ческими документами (НТД). Данную схему ис-
пользуют при контроле объектов, находящихся в
эксплуатации. При этом сокращается объем тра-
диционных методов НК, поскольку в случае при-
менения традиционных методов необходимо про-
ведение сканирования по всей поверхности
(объему) контролируемого объекта.
Проводят контроль одним или несколькими
методами НК. При обнаружении недопустимых
(по нормам традиционных методов контроля) де-
фектов или при возникновении сомнения в дос-
товерности применяемых методов НК проводят
контроль объекта с использованием метода АЭ.
Окончательное решение о допуске объекта в эк-
сплуатацию или о ремонте обнаруженных дефек-
тов принимают по результатам проведенного АЭ
контроля.
При наличии в контролируемом объекте де-
фекта, выявленного одним из методов НК, метод
АЭ используют для слежения за развитием этого
дефекта. При этом может быть использован эко-
номный вариант системы контроля, с применени-
ем одноканальной или малоканальной конфигу-
рации АЭ аппаратуры.
Метод АЭ может быть использован для оцен-
ки остаточного ресурса и решения вопроса от-
носительно возможности дальнейшей эксплуа-
тации объекта. Оценка ресурса проводится с ис-
пользованием специально разработанной методи-
ки (данные по методике не приведены).
В настоящее время предприятие «НПП Пром-
диагностика» использует 16-тиканальную аппарату-
ру АЭ контроля собственной разработки СДАЭ-16,
которая по информации предприятия является сис-
темой «пятого поколения» (метод классификации
поколений аппаратуры не представлен). По конс-
труктивному исполнению данная система имеет оп-
ределенное сходство с 16-тиканальной системой
ЕМА-3 образца 2003 г. (рис. 5), несколько уступая
ей по техническим данным (число технологических
каналов, динамический диапазон и др.).
Говоря о недостатках предлагаемых предпри-
ятием решений в первую следует отметить, что
стационарного варианта системы СДАЭ — про-
мышленного исполнения, с числом каналов, боль-
шим 16, предназначенного для длительного авто-
матизированного непрерывного мониторинга сос-
тояния материала — не существует. Об отсутс-
твии опыта непрерывного АЭ мониторинга КС
свидетельствуют и предложенные варианты про-
ведения контроля. В отличие от систем ЕМА, ко-
торые проводят оценку состояния материала толь-
ко по данным АЭ, предлагаемая технология кон-
троля в настоящий момент не может обойтись без
использования традиционных методов НК.
В связи с ограничениями, накладываемыми на
объем данной публикации, перечислить все про-
водимые работы в области АЭ контроля было бы
затруднительно, поэтому отметим только, что
другие предприятия, осуществляющие АЭ конт-
роль промышленных объектов, в частности, РАС,
Digital Wave, Dunnegan, АЕТ (США), AVT (Ве-
ликобритания, Норвегия), Acutest Ou (Финлян-
дия), CGR, Aerospatiale (Франиця), Vallen Systemе
(Германия), Videoton, Gereb Es Tarsa (Венгрия),
CVUT (Чехия), Институт механики в Болгарии,
Институт сварки в Гливице (Польша), Институт
ядерных исследований им. С. Курчатова, Ростов-
ский университет, предприятия «Алькор» и «Ин-
терюнис» (Россия), используют аналогичные
НПП «Промдиагностика» методики проведения
АЭ испытаний.
10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011
Помимо разработок в области АЭ диагностики,
весьма интересен (рис. 6) пример установки пред-
приятием «Дигаз», г. Москва, системы непрерыв-
ного мониторинга трубопроводной обвязки газо-
компрессорной станции, основанной на оценке нап-
ряженно-деформированного состояния материала
(НДС). Месторасположение данной КС характери-
зуется сложными геологическими условиями:
– высоким уровнем грунтовых вод;
– сезонными подвижками грунта;
– возможностью размыва грунта и образования
пустот.
Задачей мониторинга является обеспечение
контроля НДС трубопроводной обвязки всех
групп оборудования, а также подземных трубоп-
роводов. Для опытной эксплуатации системы мо-
ниторинга было использовано минимально необ-
ходимое количество датчиков, для чего они были
установлены только в зонах концентрации нап-
ряжений. Для определения местоположения таких
зон проведены расчеты НДС обвязок газоперека-
чивающих агрегатов, аппаратов воздушного ох-
лаждения (АВО) газа и пылеуловителей (ПУ) на
основе метода конечных элементов. В качестве
источника информации о НДС использованы дат-
чики деформации струнного типа.
Данный пример представляется наиболее ин-
тересным с практической точки зрения, хотя он
и не имеет отношения к АЭ контролю. Постоян-
ное отслеживание напряженного состояния мате-
риала является важным средством обеспечения
безопасности объектов контроля. Как и непрерыв-
ный АЭ мониторинг, данное средство позволяет
оперативно реагировать на изменения в напряжен-
ном состоянии и своевременно предпринимать
меры по недопущению перегрузок.
Следует отметить успешный опыт применения
подобной технологии и в Украине. Оборудование
и технология оценки напряженного состояния раз-
работаны совместно специалистами НТУУ «КПИ»
и ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ и применяются, в
частности, при непрерывном мониторинге и пери-
одическом контроле состояния аммиакопроводов
предприятия «Укрхимтрансаммиак».
К сожалению, как уже отмечалось выше, метод
измерения НДС при помощи деформометров не
позволяет, в отличие от метода АЭ, обеспечить
полный контроль даже одного участка трубопро-
вода КС, не говоря уже о всей обвязке, поскольку
НДС замеряется непосредственно под датчиком.
Поэтому, если сравнивать такой метод монито-
ринга с методом АЭ, преимущества последнего
проявились бы наиболее полно — датчики на га-
зовых трубах, как показывает имеющийся у спе-
циалистов ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ опыт
контроля труб магистральных газопроводов, га-
зораспределительных станций и другого газового
оборудования, в некоторых случая можно разме-
щать на расстоянии до 80…100 м один от другого,
при этом полностью контролируя весь участок
трубы между ними.
Предложения по внедрению непрерывного
АЭ мониторинга. Учитывая имеющийся в ИЭС
им. Е. О. Патона НАНУ опыт [6–14] по созданию
и эксплуатации более 10 стационарных систем
непрерывного АЭ мониторинга потенциально
опасных промышленных объектов (первая в Ук-
раине была установлена в 2002 г. на ОПЗ), име-
ющуюся материально-техническую базу по тех-
нической и интеллектуальной поддержке эксплу-
атации оборудования, необходимые возможности
по подготовке специалистов и методических ма-
териалов, оснащение магистральных газопрово-
дов и КС системами мониторинга семейства ЕМА
представляется наиболее перспективным.
Контроль магистрального газопровода предс-
тавляет собой во многих вопросах отработанную
технически, хотя и требующую определенных зат-
рат на оборудование, задачу. Учитывая высокую
чувствительность метода АЭ, расстояние между
соседними датчиками может составлять, как упо-
миналось выше, десятки метров. При этом будет
обеспечен стопроцентный контроль состояния
трубы. В настоящее время существуют технические
решения, при которых связь датчиков с измеритель-
ным оборудованием может осуществляться без про-
водов, в частности, с использованием мобильной
сотовой сети. Разработанные методы локации сиг-
налов АЭ позволяют определять координаты воз-
никших повреждений с достаточно высокой точ-
ностью при неравномерном размещении датчиков,
что решает задачу повышения надежности локации
на наиболее опасных участках.
Компрессорная станция в зависимости от ко-
личества ниток магистральных газопроводов мо-
жет состоять из одного, двух и более компрес-
сорных цехов, оборудованных одним или несколь-
кими типами ГПА. Как правило, каждый цех КС
работает на свой газопровод. Из-за технологичес-
ких соображений транспорта газов, компрессор-
ные цеха могут быть соединены специальными
перемычками, на входе и выходе станции.
Типовая технологическая обвязка [3–5] комп-
рессорного цеха предназначена для обеспечения
приема на станцию транспортируемого по газоп-
роводу технологического газа, его очистки от ме-
ханических примесей и капельной жидкости в
специальных ПУ и фильтр-сепараторах, распре-
деления потоков газа по газоперекачивающим аг-
регатам с обеспечением их оптимальной загрузки,
возможности охлаждения газа после его компри-
мирования перед подачей в газопровод, вывода
цеха для работы на «стационарное кольцо» при
пуске и остановке, а также транзитного прохода
транспортируемого газа по магистральному газоп-
роводу, минуя КС. Кроме того, технологическая
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 11
обвязка компрессорного цеха должна обеспечи-
вать возможность сброса газа в атмосферу из всех
его технологических газопроводов через специ-
альные свечные краны.
В зависимости от типа центробежных нагне-
тателей, используемых на КС, различают основ-
ные принципиальные схемы обвязок ГПА с па-
раллельной, коллекторной обвязкой, характерную
для полнонапорных нагнетателей, и схему с пос-
ледовательной обвязкой.
С точки зрения установки датчиков АЭ не су-
ществует принципиальной разницы, какую из
схем обвязки используют на конкретной КС. Для
монтажа стационарной системы непрерывного АЭ
мониторинга основными являются вопросы фи-
зического размещения измерительных блоков (в
специальных взрывопожарозащищенных контей-
нерах) и прокладки линий коммуникации.
В качестве примера покажем вариант возмож-
ного размещения датчиков АЭ на двух типах КС
(рис. 7). Приведенные схемы обеспечивают пол-
ный, стопроцентный контроль выбранных участ-
ков с акцентированием особого внимания на на-
иболее опасных местах (агрегатах, задвижках и
т. д.). Отметим еще раз, что метод АЭ позволяет
контролировать не только места, где расположены
датчики, но и участки между ними. Дополнитель-
но, по желанию заказчика, система может регис-
трировать и эксплуатационные параметры, такие
как нагрузка, давление, температура и др., с пос-
ледующим их анализом совместно с получаемыми
данными АЭ контроля.
Кабельные линии связи от мест установки дат-
чиков прокладывают до литых алюминиевых шка-
фов-контейнеров, в которых размещены подсис-
темы АЭ и источник бесперебойного питания, ос-
нащенных системами климатконтроля (аппара-
турные шкафы).
Электрический сигнал, поступающий от дат-
чиков, оцифровывается и поступает на предвари-
тельную обработку одной из подсистем АЭ, а от-
туда по компьютерной сети результат обработки
направляется в центральный управляющий сер-
вер. Управляющий сервер служит одновременно
для окончательной обработки поступившей ин-
формации, вывода ее на экран монитора или тер-
минала, принятия решения о состоянии объекта
контроля и передачи результатов контроля одно-
му или нескольким клиентам.
Эффективная работа систем ЕМА достигается
также их интеграцией с заводскими компьютер-
ными сетями и Интернет. Сегодня имеется накоп-
ленный положительный опыт авторского надзора
специалистами ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ за
результатами непрерывного АЭ мониторинга, соз-
дания интегрирующих информационных систем,
объединяющих результаты мониторинга разных
объектов на одном экране и проводящих их сов-
местный анализ. Развитие телекоммуникацион-
ных средств позволило разработать для систем
ЕМА наиболее современные способы передачи
АЭ информации с использованием мобильного
Интернета, учитывая постоянное улучшение ка-
чества мобильной связи, расширение зон покры-
тия и повышение мощности компьютеров.
Отметим также, как весьма важную, экономи-
ческую составляющую при решении данной проб-
лемы. Оснащение КС системами непрерывного
АЭ мониторинга, как показывает опыт эксплуа-
тации таких системна других предприятиях, обес-
печивает достаточно быструю самоокупаемость
(6–12 месяцев) и обеспечивает следующие источ-
ники рентабельности:
– сокращение простоев;
– снижение числа плановых остановок;
– предотвращение аварий;
– сокращение времени контроля;
– сокращение времени и расходов на запуск
после испытания или ремонта;
– снижение расходов на оплату процедуры кон-
троля;
– снижение расходов на принятие решения о
состоянии конструкции;
– сокращение численности контролирующего
персонала;
– снижение расходов на диагностическое обо-
рудование;
– унификация процедуры контроля для всего
предприятия;
– снижение затрат на замену оборудования и
программного обеспечения за счет унификации
обмена данными;
– снижение расходов на обучение специалистов.
Таким образом, имеются все необходимые ап-
паратурные, программные и организационные
средства для оснащения магистральных газопро-
водов и КС системами непрерывного АЭ мони-
торинга, а их использование является источником
обеспечения безопасной эксплуатации и повыше-
ния рентабельности работы объектов газотранс-
портной отрасли.
1. Анализ причин аварийности // Газовая пром-ность. —
1989. — № 10. — С. 2–5.
2. Должанский П. Р. Контроль надежности металла объек-
тов котлонадзора. — М.: Недра, 1985. — 264 с.
3. http://www.sgaustin.ru
4. Никишин В. Н., Коршаков Б. П. Энергетика трубопро-
водного транспорта газа / Под ред. А. Н. Казаченко. —
М.: Изд-во РГУ нефти и газа им. Е. М. Губкина, 2001.
5. Эксплуатация компрессорных станций магистральных
газопроводов. — М.: Изд-во РГУ нефти и газа
им. Е. М. Губкина, 1999.
6. Недосека А. Я., Недосека С. А. Акустическая эмиссия и
ресурс конструкций (Обзор) // Техн. диагностика и не-
разруш. контроль. — 2008. — № 2. — С. 3–11.
7. Недосека А. Я., Недосека С. А. Об оценке надежности
эксплуатирующихся конструкций (состояние вопроса и
перспектива развития) // Там же. — 2010. — № 2. —
С. 7–17.
12 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011
8. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностики сварных
конструкций / Под ред. Б. Е. Патона. — Киев: Индпром,
2008. — 812 с.
9. Недосека А. Я., Недосека С. А. Акустическая эмиссия и
квантовый характер разрушения материалов // Техн. ди-
агностика и неразруш. контроль. — 2009. — № 3. —
С. 11–17.
10. Недосека С. А., Недосека А. Я. Диагностические систе-
мы семейства «ЕМА». Основные принципы и особен-
ности архитектуры (Обзор) // Там же. — 2005. — № 3.
— С. 20–26.
11. Недосека С. А. Контроль линии синтеза аммиака систе-
мой АЭ диагностики ЕМА-3У // Там же. — 2003. —
№ 4. — С. 24–28.
12. Об опыте применения АЭ технологии при непрерывном
мониторинге оборудования Одесского припортового за-
вода / А. Я. Недосека, С. А. Недосека, М. А. Яременко и
др. // Там же. — 2008. — № 4. — С. 85–95.
13. Особенности функционирования технологических тру-
бопроводов при высоких температурах / А. Я. Недосека,
С. А. Недосека, О. И. Бойчук и др. // Там же. — 2009. —
№ 2. — С. 5–10.
14. Недосека С. А., Недосека А. Я. Комплексная оценка пов-
режденности и остаточного ресурса металлов с эксплуа-
тационной наработкой // Там же. — 2010. — № 1. —
С. 9–16.
15. http://npomodul-sts.ru
16. http://leakdetection.ru
17. http://www.promdiagnostika.ru
Поступила в редакцию
03.11.2011
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 13
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102493 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3474 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:57:25Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Яременко, М.А. 2016-06-12T02:38:03Z 2016-06-12T02:38:03Z 2011 Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А, Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 3-13. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102493 621.13.18 Рассмотрены вопросы оснащения объектов газотранспортной отрасли системами непрерывного акустико-эмиссионного мониторинга, конструктивные и эксплуатационные особенности магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций, обоснована необходимость организации их непрерывного мониторинга. Обоснованы основные преимущества метода АЭ перед другими неразрушающими методами при проведении различных типов контроля промышленных конструкций. Проанализированы альтернативные решения по НК газопроводов и газокомпрессорных станций. Показано, что в настоящий момент имеются все необходимые аппаратурные, программные и организационные средства для оснащения объектов газотранспортной отрасли системами непрерывного АЭ мониторинга, а их использование является источником обеспечения безопасной эксплуатации и повышения рентабельности. The questions of fitting the facilities of gas transportation industry by systems of continuous acoustic-emission monitoring, design and service features of the maingas pipelines and gas compressor units are considered, and the need to organize their continuous monitoring is substantiated. The main advantages of acoustic emission method over other NDT techniques at application of various kinds of monitoring of industrial constructions are substantiated. Available alternative solutions on NDT of gas pipelines and gas compressor units are analyzed. It is shown that at present all the required hardware, program and organizational meansare available for fitting the facilities of gas transportation industry by systems of continuous AE monitoring, and their application is a source of ensuring safe service and increasing the profitability. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Научно-технический раздел Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии Continuous monitoring of the main gas pipelines and gas compressor units by acoustic emission method Article published earlier |
| spellingShingle | Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Яременко, М.А. Научно-технический раздел |
| title | Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии |
| title_alt | Continuous monitoring of the main gas pipelines and gas compressor units by acoustic emission method |
| title_full | Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии |
| title_fullStr | Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии |
| title_full_unstemmed | Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии |
| title_short | Непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии |
| title_sort | непрерывный мониторинг магистральных газопроводов и газокомпрессорных станций методом акустической эмиссии |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102493 |
| work_keys_str_mv | AT nedosekaaâ nepreryvnyimonitoringmagistralʹnyhgazoprovodovigazokompressornyhstanciimetodomakustičeskoiémissii AT nedosekasa nepreryvnyimonitoringmagistralʹnyhgazoprovodovigazokompressornyhstanciimetodomakustičeskoiémissii AT âremenkoma nepreryvnyimonitoringmagistralʹnyhgazoprovodovigazokompressornyhstanciimetodomakustičeskoiémissii AT nedosekaaâ continuousmonitoringofthemaingaspipelinesandgascompressorunitsbyacousticemissionmethod AT nedosekasa continuousmonitoringofthemaingaspipelinesandgascompressorunitsbyacousticemissionmethod AT âremenkoma continuousmonitoringofthemaingaspipelinesandgascompressorunitsbyacousticemissionmethod |