Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления
Представлены результаты исследования новых возможностей обнаружения эксплуатационных повреждений с внутренней поверхности стенки сосудов бесконтактной ультразвуковой толщинометрией, основанной на электромагнитно-акустическом методе, с помощью прибора УТ-04 ЭМА. Дистанционное измерение толщины стенки...
Saved in:
| Published in: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102521 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления / Л.М. Лобанов, В.А. Нехотящий, М.Д. Рабкина, А.Л. Палиенко, Г.Я. Безлюдько // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 2. — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860235301241225216 |
|---|---|
| author | Лобанов, Л.М. Нехотящий, В.А. Рабкина, М.Д. Палиенко, А.Л. Безлюдько, Г.Я. |
| author_facet | Лобанов, Л.М. Нехотящий, В.А. Рабкина, М.Д. Палиенко, А.Л. Безлюдько, Г.Я. |
| citation_txt | Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления / Л.М. Лобанов, В.А. Нехотящий, М.Д. Рабкина, А.Л. Палиенко, Г.Я. Безлюдько // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 2. — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description | Представлены результаты исследования новых возможностей обнаружения эксплуатационных повреждений с внутренней поверхности стенки сосудов бесконтактной ультразвуковой толщинометрией, основанной на электромагнитно-акустическом методе, с помощью прибора УТ-04 ЭМА. Дистанционное измерение толщины стенки — на примере баллонов для сжатых газов — этот метод позволяет дифференцированно подойти к оценке воздействия коррозии на металл и может рассматриваться как эффективное средство по предотвращению аварийных ситуаций во время эксплуатации.
The paper presents the results of investigation of new capabilities for detection of in-service damage from the inner surface of vessel wall by contactless ultrasonic thickness measurement, based on electromagneto-acoustic method, using UT-04 EMA instrument. Remote measurement of wall thickness in the case of compressed gas cylinders - this method allows a differentiated approach to assessment of corrosion impact on the metal, and it can be regarded as an effective means to prevent emergency situations in service.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:23:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.19.20
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДАХ
И СОСУДАХ ДАВЛЕНИЯ
Академик НАН Украины Л. М. ЛОБАНОВ, В. А. НЕХОТЯЩИЙ, инж., М. Д. РАБКИНА, д-р техн. наук,
А. Л. ПАЛИЕНКО, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины), Г. Я. БЕЗЛЮДЬКО, канд. техн. наук
(НПФ «Специальные Научные Разработки»)
Представлены результаты исследования новых возможностей обнаружения эксплуатационных повреждений с внут-
ренней поверхности стенки сосудов бесконтактной ультразвуковой толщинометрией, основанной на электромаг-
нитно-акустическом методе, с помощью прибора УТ-04 ЭМА. Дистанционное измерение толщины стенки — на
примере баллонов для сжатых газов — этот метод позволяет дифференцированно подойти к оценке воздействия
коррозии на металл и может рассматриваться как эффективное средство по предотвращению аварийных ситуаций
во время эксплуатации.
The paper presents the results of investigation of new capabilities for detection of in-service damage from the inner surface
of vessel wall by contactless ultrasonic thickness measurement, based on electromagneto-acoustic method, using UT-04
EMA instrument. Remote measurement of wall thickness in the case of compressed gas cylinders - this method allows a
differentiated approach to assessment of corrosion impact on the metal, and it can be regarded as an effective means to
prevent emergency situations in service.
В настоящее время в Украине повышенное вни-
мание обращено на баллоны среднего объема для
сжатых газов [1–3]. Причина кроется в участив-
шихся случаях взрывов кислородных баллонов,
сопровождающихся человеческими жертвами [2,
3]. Согласно экспертным заключениям, происхо-
дящее — результат нарушений действующего нор-
мативного документа [4]. Львиная доля нарушений
приходится на «человеческий» фактор. Но, как по-
казывает анализ, выполнение требований [4] не
гарантирует безопасную эксплуатацию баллонов
из-за отсутствия эффективных методов контроля
их технического состояния. Это усугубляется дол-
госрочной, свыше 30 лет, и по сути бесконтроль-
ной (в части деградации свойств металла) эксплу-
атацией подавляющей части многотысячного
парка баллонов для сжатых газов [5].
Одной из основных операций при экспертном
освидетельствовании является осмотр наружной
и внутренней поверхностей с целью обнаружения
дефектов, которые потенциально могли бы сни-
зить прочность баллона. Речь идет о трещинах,
пленах, раковинах, а также вмятинах, рисках и
коррозионных повреждениях глубиной более
10 % номинальной толщины стенки на наружной
поверхности, при выявлении которых баллон бра-
куется. В случае ремонта дефектов остаточная
толщина стенки не должна быть ниже минималь-
но допустимого значения по ГОСТ 949–73, т. е.
6,8 мм [6].
Наибольшую сложность представляет осмотр
внутренней поверхности. В процессе эксплуа-
тации баллоны вследствие коррозии теряют мас-
су. Коррозией повреждается преимущественно
их внутренняя поверхность под воздействием
влаги, содержащейся в газах. Масса баллона
контролируется при освидетельствовании с по-
мощью взвешивания.
В работе [4] установлена интегральная норма
потери массы, при превышении которой баллон
переводится на пониженное рабочее давление, ли-
бо бракуется. К примеру, при уменьшении массы
на 10 % баллон переводится на давление, снижен-
ное против первоначально установленного на 15%
[4]. Даже если удается заметить снижение массы
баллона из-за интегральности показателя нельзя
установить за счет общей или локальной коррозии
оно произошло.
Таким образом, при освидетельствовании бал-
лона согласно действующим нормам [4], нельзя
обнаружить участок стенки, поврежденный ло-
кальной коррозией, который может отрицательно
повлиять на эксплуатацию баллона.
Выбор метода контроля внутренней повер-
хности баллона. Сложность контроля внутренней
поверхности баллона состоит в том, что повреж-
дения, как уже отмечалось, находятся на повер-
хности, обзор которой через отверстие в горло-
вине даже с помощью видеоэндоскопа ограничен.
Кроме того, поврежденные участки могут распо-
лагаться в любом месте внутренней поверхности.
В противоположность внутренней, наружная по-
верхность баллона, находящегося в эксплуатации,
не подвержена коррозии, так как она окрашена.
© Л. М. Лобанов, В. А. Нехотящий, М. Д. Рабкина, А. Л. Палиенко, Г. Я. Безлюдько, 2012
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012 3
Исходя из трудностей, с которыми связан ос-
мотр внутренней поверхности баллона с целью
контроля его состояния на уровне рядовой эк-
спертизы, предпринята попытка заменить или
дополнить этот визуальный контроль сплошной
толщинометрией оболочки. Выбор остановили
на УЗ измерении толщины стенки с использо-
ванием электромагнитно-акустического (ЭМА)
метода как наиболее практичном. Приняв за базу
для отсчета наружную поверхность, которая при
эксплуатации не подвергается коррозии, измеряя
толщину стенки через краску дискретно в отдель-
ных точках или непрерывно, представляется воз-
можным отобразить профиль внутренней повер-
хности баллона. Полнота отображения профиля
и возможность обнаружения изменений, связан-
ных с коррозией, зависит от количества и частоты
размещения точек измерения. В связи с этим
предпочтительно измерение толщины проводить
сканированием.
Преимущество ЭМА-метода в сравнении с
контактными УЗ методами толщинометрии в
том, что он обеспечивает контроль по неподго-
товленной (окрашенной) поверхности без про-
межуточной среды (воды, масла, глицерина и
т. п.). Контакт преобразователя с поверхностью
изделия осуществляется за счет электромагнит-
ного взаимодействия.
Особенность метода заключается в бесконтак-
тном возбуждении УЗ волн в металле, т. е. датчик
не касается поверхности, работая через слой воз-
духа и краски. С помощью ЭМА-преобразователя
в поверхностном слое контролируемого металла
создается сильное магнитное поле. Как только в
катушку, смонтированную на магните, подается
импульс переменного тока УЗ частоты, в повер-
хностном слое образуются вихревые токи. В ре-
зультате их взаимодействия с полем магнита воз-
буждается УЗ волна, импульс которой направлен
перпендикулярно поверхности металла, иници-
ируя при этом колебания так называемого попе-
речного вида. Войдя в металл, импульс УЗ-волны
достигает противоположной поверхности, отра-
жается от нее и возвращается к месту контакта
с катушкой, откуда он был подан. Вернувшийся
импульс УЗ-волны взаимодействует с магнитным
полем (создаваемым постоянным магнитом), в ре-
зультате чего в поверхностном слое контролиру-
емого металла снова возникают вихревые токи,
электромагнитное поле которых наводит в катуш-
ке (которая смонтирована на постоянном магните)
импульсы тока. Импульсы тока обрабатываются
в значения толщины контролируемого металла.
Цель работы состояла в исследовании воз-
можностей ЭМА-метода с помощью измерений
толщины стенки установить контроль состояния
внутренней поверхности баллона и в разработке
предложений по его практическому использованию.
Материалы и методика проведения. Для вы-
полнения работы применен УЗ толщиномер УТ-04
ЭМА (Дельта), созданный фирмой «Специальные
Научные Разработки». Исследование возможнос-
тей контроля внутренней поверхности осущест-
влялось в два этапа: на контрольном образце, а
затем на стандартных кислородных баллонах.
При проведении эксперимента на образце сто-
яла задача установить достоверность отображения
рельефа поверхности по измерениям толщины
стенки с противоположной поверхности. Для это-
го был взят лист металла толщиной 5 мм прямо-
угольной формы (240440 мм), имитирующий
развертку фрагмента цилиндрической стенки бал-
лона. На его лицевую и обратную поверхности
наносились соответствующие друг другу коорди-
натные сетки с шагом 2020 мм. Механически об-
ратная поверхность листа на двух участках была
модельно повреждена. А затем УЗ толщиномером
ТУЗ-3 в узлах координатной сетки с лицевой по-
верхности проведен обмер образца.
На основании проведенных измерений постро-
ены диаграммы распределения толщин в образце
для координатных сеток 4040 и 2020 мм. Как
показали результаты, распределение толщин
практически полностью соответствовало повреж-
дению на обратной поверхности образца. При
этом результаты измерений с координатной сет-
кой 2020 мм более информативны.
Таким образом, проведенный эксперимент
подтвердил потенциально правильность решения
об использовании толщинометрии со сканирова-
нием для отслеживания состояния внутренней по-
верхности баллона.
Проведение исследования. Исследование
ЭМА-методом на стандартных кислородных бал-
лонах проводилось на специализированном стен-
де толщиномером УТ-04 ЭМА с преобразовате-
лем, установленным на тележке с датчиком пути
(рис. 1). Стенд оснащен простым приводом как
для непрерывного перемещения тележки, так и
для работы с остановками, на которых проводи-
лось измерение толщины стенки баллона.
Измерениям была подвергнута партия балло-
нов с разным сроком службы, в том числе три
новых баллона и семь снятых с эксплуатации (таб-
лица). Зазор между преобразователем и окрашен-
ной поверхностью баллона составил 0,5 мм. Из-
мерение толщины осуществлялось последователь-
но по мере перемещения тележки с преобразова-
телем в 28 точках на каждой из 16 образующих
наружной поверхности. Управление процессом
измерения было ручным. Следует отметить, что
возможности прибора позволяют надежно рабо-
тать с зазором до 2 мм.
Таким образом, толщина цилиндрической стен-
ки баллона была измерена в 448 точках, равномерно
4 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012
размещенных на наружной поверхности. Резуль-
таты измерений по каждому баллону были сох-
ранены в памяти толщиномера, а затем с помощью
программы «Толщиномер» преобразованы в удоб-
ный для практического использования вид.
Измерения показали, что реальная толщина сте-
нок изменяется в широких пределах независимо от
срока службы исследуемых баллонов (см. таблицу).
При этом диаграммы распределения толщин (рис. 2)
отражают состояние внутренней поверхности бал-
лонов и указывают на потенциально опасные учас-
тки цилиндрической стенки. В связи с неопреде-
ленностью места расположения таких участков в
баллоне их наиболее вероятно обнаружить с по-
мощью измерений со сканированием.
Свидетельством отсутствия надежного способа
контроля состояния стенки баллонов явились
результаты выполненных измерений: из пятнадцати
эксплуатируемых три баллона подлежат отбраков-
ке, а из семи снятых с эксплуатации в четырех тол-
щина стенки соответствует требованиям [6].
Следует заметить, что технология производс-
тва баллонов и правила их освидетельствования
формировались на определенном уровне возмож-
ностей и пониманий много лет назад. Сейчас с
уверенностью можно утверждать, что не каждое
утонение стенки баллона является несомненным
Характеристика исследуемых баллонов по результатам толщинометрии
Номер
п/п Заводской номер Срок эксплуатации, год
Толщина стенки , мм
Нормативная пригодность к эксплуатации
мин. макс.
Сдаваемые в эксплуатацию
1 25 0 7,3 8,9 Пригоден
2 785 0 7,5 9,8 -«-
3 15365 0 7,3 8,8 -«-
Находящиеся в эксплуатации
4 93636 18 6,9 9,1 -«-
5 467838 19 8,2 9,3 -«-
6 56607 21 6,8 8,6 -«-
7 1345 22 7,6 8,9 -«-
8 252557 27 8,0 9,7 -«-
9 224582 28 7,4 9,4 -«-
10 130503 30 7,2 9,1 -«-
11 112671 35 6,6 8,3 не пригоден
12 116264 33 6,8 8,7 пригоден
13 115181 36 6,0 9,7 не пригоден
14 286897 36 8,0 9,8 пригоден
15 30013 48 6,0 10,8 не пригоден
Снятые с эксплуатации
16 269418 36 6,6 8,5 не пригоден
17 89952 48 6,1 10,3 -«-
18 91200 45 5,6 9,0 -«-
19 86482 48 6,9 8,2 пригоден
20 49607 49 7,4 8,0 -«-
21 147710 52 7,3 9,2 -«-
22 153737 56 7,8 9,6 -«-
Примечание. Минимально допустимая толщина стенки 6,8 мм согласно ГОСТ 949–73.
Рис. 1. Измерение толщины стенки прибором УТ-04 ЭМА
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012 5
поводом для его отбраковки. И здесь эффектив-
ным подтверждающим приемом могла бы быть
сопутствующая коэрцитиметрия металла в облас-
ти утонения. Если в такой зоне за время службы
коэрцитивная сила металла не возросла по срав-
нению со средним значением по баллону, то это
является доказательством того, что концентрации
напряжений здесь не происходит. За счет пере-
распределения напряжений с соседними областя-
ми ускоренного накопления поврежденности в об-
ласти локального утонения нет.
Технически несложно изготовить прибор, ко-
торый одновременно одним и тем же датчиком из-
мерял бы и толщину, и коэрцитивную силу металла.
Изготовить простой механический стенд для опе-
ративного 100 % контроля оболочки каждого бал-
лона перед или в процессе его заправки сегодня
и вовсе несложно и недорого. Такой контроль с
базой данных по каждому баллону позволит су-
щественно повысить безопасность эксплуатации
парка баллонов [7].
Выводы
Для повышения требований к техническому ос-
видетельствованию эксплуатируемых баллонов
показана необходимость отказа от интегрального
показателя потери массы от коррозии (п. 10.2.18
НПАОП 0.00–1.07).
Бесконтактное измерение толщины стенки УЗ
методом дает возможность дифференцированно
подойти к оценке воздействия коррозии на металл
баллона и может рассматриваться как эффектив-
ное средство по предотвращению аварийных си-
туаций во время эксплуатации.
Выполненная работа показала, что с помощью
измерения толщины стенок возможен эффектив-
ный контроль внутренней поверхности, являю-
щийся составной частью оценки пригодности бал-
лона к эксплуатации.
Для повышения разрешающей способности
предложенного контроля следует рекомендовать
увеличение точек измерения и применение ска-
нирования.
Предложенный способ контроля состояния
труднодоступных внутренних поверхностей с по-
мощью УЗ толщиномера УТ-04 ЭМА должен най-
ти широкое применение при диагностике
металлоконструкций.
1. Магнитный контроль и структурно-текстурные особен-
ности металла кислородных баллонов / Л. М. Лобанов,
В. А. Нехотящий, М. Д. Рабкина и др. // Техн. диагности-
ка и неразруш. контроль. — 2011. — № 1. — С. 7–12.
2. Чижиченко В. П. Взрывобезопасность кислородных бал-
лонов // Технические газы. — 2009. — № 6. — С. 64–65.
3. Белосточный А. В., Троцан А. И., Коротич И. К. Иссле-
дование металла цельнометаллических баллонов для
сжатых газов, разрушившихся при эксплуатации // Вісн.
Приазов. держ. техн. ун-ту. — 2009. — Вип. № 19. —
С. 91–94.
4. НПАОП 0.00-1.07–94. Правила устройства и безопас-
ной эксплуатации сосудов, работающих под давлени-
ем (с изм. и доп.).
5. Рубан А. Г. Международный опыт обновления газобал-
лонного парка производителей промышленных газов //
Технические газы. — 2009. — № 6. — С. 54–63.
6. ГОСТ 949–73. Баллоны стальные малого и среднего
объема для газов на Pр Г 1 9,6 МПа.
7. Безлюдько Г. Я., Елкина Е. И., Попов Б. Е. Радикальное
улучшение оценки текущего состояния кислородных
баллонов применением метода коэрцитивной силы (по
результатам исследований 1990–2000 гг.) // Техн. диаг-
ностика и неразруш. контроль. — 2011. — № 3. —
С. 34–35.
Поступила в редакцию
16.04.2012
Рис. 2. Диаграмма распределения толщины стенки в баллоне
№ 13
6 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102521 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3474 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:23:25Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лобанов, Л.М. Нехотящий, В.А. Рабкина, М.Д. Палиенко, А.Л. Безлюдько, Г.Я. 2016-06-12T02:57:21Z 2016-06-12T02:57:21Z 2012 Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления / Л.М. Лобанов, В.А. Нехотящий, М.Д. Рабкина, А.Л. Палиенко, Г.Я. Безлюдько // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 2. — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102521 621.19.20 Представлены результаты исследования новых возможностей обнаружения эксплуатационных повреждений с внутренней поверхности стенки сосудов бесконтактной ультразвуковой толщинометрией, основанной на электромагнитно-акустическом методе, с помощью прибора УТ-04 ЭМА. Дистанционное измерение толщины стенки — на примере баллонов для сжатых газов — этот метод позволяет дифференцированно подойти к оценке воздействия коррозии на металл и может рассматриваться как эффективное средство по предотвращению аварийных ситуаций во время эксплуатации. The paper presents the results of investigation of new capabilities for detection of in-service damage from the inner surface of vessel wall by contactless ultrasonic thickness measurement, based on electromagneto-acoustic method, using UT-04 EMA instrument. Remote measurement of wall thickness in the case of compressed gas cylinders - this method allows a differentiated approach to assessment of corrosion impact on the metal, and it can be regarded as an effective means to prevent emergency situations in service. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Научно-технический раздел Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления New capabilities for detection of in-service damage in pipelines and pressure vessels Article published earlier |
| spellingShingle | Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления Лобанов, Л.М. Нехотящий, В.А. Рабкина, М.Д. Палиенко, А.Л. Безлюдько, Г.Я. Научно-технический раздел |
| title | Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления |
| title_alt | New capabilities for detection of in-service damage in pipelines and pressure vessels |
| title_full | Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления |
| title_fullStr | Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления |
| title_full_unstemmed | Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления |
| title_short | Новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления |
| title_sort | новые возможности обнаружения эксплуатационных повреждений в трубопроводах и сосудах давления |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102521 |
| work_keys_str_mv | AT lobanovlm novyevozmožnostiobnaruženiâékspluatacionnyhpovreždeniivtruboprovodahisosudahdavleniâ AT nehotâŝiiva novyevozmožnostiobnaruženiâékspluatacionnyhpovreždeniivtruboprovodahisosudahdavleniâ AT rabkinamd novyevozmožnostiobnaruženiâékspluatacionnyhpovreždeniivtruboprovodahisosudahdavleniâ AT palienkoal novyevozmožnostiobnaruženiâékspluatacionnyhpovreždeniivtruboprovodahisosudahdavleniâ AT bezlûdʹkogâ novyevozmožnostiobnaruženiâékspluatacionnyhpovreždeniivtruboprovodahisosudahdavleniâ AT lobanovlm newcapabilitiesfordetectionofinservicedamageinpipelinesandpressurevessels AT nehotâŝiiva newcapabilitiesfordetectionofinservicedamageinpipelinesandpressurevessels AT rabkinamd newcapabilitiesfordetectionofinservicedamageinpipelinesandpressurevessels AT palienkoal newcapabilitiesfordetectionofinservicedamageinpipelinesandpressurevessels AT bezlûdʹkogâ newcapabilitiesfordetectionofinservicedamageinpipelinesandpressurevessels |