Энергодиагностика
+7-498-661-92-81
+7-498-661-61-35
Метод Магнитной Памяти Металла
Энергодиагностика
Метод Магнитной Памяти Металла
Реклама
Новости
30 июня 2017 г.
ООО "Энергодиагностика" приняло активное участие в работе Конгресса, выставки, заседаниях Международного общества по мониторингу состояния (ISCM) 13-16 июня 2017 года в Лондоне, Великобритания.
28 апреля 2017 г.
В апреле 2017 года в ООО "Энергодиагностика" проведена специальная оценка условий труда.
2 марта 2017 г.
На семинаре по методу МПМ представлено более 60 отзывов организаций, диагностических фирм и промышленных предприятий об эффективности метода МПМ по результатам практической диагностики оборудования.

Оценка ресурса теплоэнергетического оборудования в соответствии с рекомендациями нового национального стандарта ГОСТ Р 53006-2008

д.т.н., профессор Дубов А.А.

Представлен методический подход к оценке ресурса теплоэнергетического оборудования тепловых электростанций в соответствии с рекомендациями современных национальных стандартов. Рассмотрен опыт реализации указанного методического подхода на примере оценки ресурса гибов паропроводных труб.

Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии РФ от 13.11.2008 №309-ст. утвержден и введен в действие новый стандарт ГОСТ Р 53006-2008 "Оценка ресурса потенциально опасных объектов на основе экспресс-методов. Общие требования".

На рис.1 представлена структурная схема определения остаточного ресурса оборудования с использованием экспресс-методов неразрушающего контроля (НК).

Рис.1. Структурная схема определения остаточного ресурса потенциально опасных объектов, подконтрольных Ростехнадзору.

К экспресс-методам отнесены пассивные методы НК, использующие внутреннюю энергию металла конструкций:

- метод акустической эмиссии (АЭ);

- метод магнитной памяти металла (МПМ);

- тепловой контроль.

Эти методы получили в настоящее время наибольшее распространение на практике для ранней диагностики повреждений оборудования и конструкций. Принципиальным отличием такого подхода к оценке ресурса является выполнение 100% обследования ОК с выявлением всех потенциально опасных зон концентрации напряжений (ЗКН) - источников возникновения повреждений при дальнейшей эксплуатации оборудования.

В новом национальном стандарте ГОСТ Р 53006-2008 отражены также следующие основные положения:

- в качестве основных критериев предельного состояния металла предлагается использовать фактические энергетические характеристики, которые можно определить методами МПМ, АЭ и тепловым методом;

- предложена структурная схема определения остаточного ресурса с акцентом на современные экспресс-методы технической диагностики;

- поверочные расчеты на прочность с оценкой остаточного ресурса предлагается выполнять для ЗКН, остающихся в эксплуатации, с учетом фактических структурно-механических свойств металла, выявленных при обследовании;

- учтены рекомендации национального стандарта ГОСТ Р 52330-2005 "Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования";

- учтены новые требования Ростехнадзора к экспертному обследованию оборудования и Федерального закона "О техническом регулировании".

При реализации стандарта ГОСТ Р 53006-2008 представляется возможным в большинстве случаев без выполнения сложных поверочных расчетов на прочность делать экспертную оценку ресурса на основе комплексного обследования оборудования и назначать срок безопасной эксплуатации. Для конкретного оборудования возможна разработка более конкретной методики оценки ресурса с учетом специфических особенностей и требований, существующих в данной отрасли промышленности.

В настоящее время в отрасли "Электроэнергетика" основным руководящим документом по контролю металла и оценке ресурса является "Типовая инструкция по контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов, турбин и трубопроводов тепловых электростанций" (РД 10-577-03).

Сопоставляя рекомендации ГОСТ Р 53006-2008 и ГОСТ Р 52330-2005 с содержанием РД 10-577-03, следует отметить некоторые принципиальные отличия.

В РД 10-577-03 не учтены, на наш взгляд, важные положения из указанных национальных стандартов по контролю напряженно-деформированного состояния и оценке ресурса.

В частности, в РД 10-577-03 нет рекомендации о 100% обследовании оборудования при оценке ресурса с использованием современных экспресс-методов.

Цель такого обследования - выявить зоны максимальных напря-жений и деформаций металла - мест потенциальных повреждений.

В РД 10-577-03 не учтены рекомендации ГОСТ Р 53006-2008 о проведении поверочных расчетов на прочность в зонах максимальных напряжений.

В разделе РД 10-577-03 "Термины и определения" понятие "предельное состояние" дает возможность произвольного и субъективного толкования.

В настоящее время есть понятие "предельная деформация металла" (или предразрушение) - определяется при контроле напряженно-деформированного состояния и путем измерения твердости и других механических свойств в ЗКН.

Известно, что под действием эксплуатационных нагрузок работа металла в наиболее нагруженных элементах, в основном, определяется сдвиговой деформацией в зонах концентрации напряжений. При этом накопление усталостной повреждаемости металла с образованием трещин во многих случаях происходит в условиях циклической рабочей нагрузки. Очевидно, что традиционные методы неразрушающего контроля (ультразвук, вихретоковый и другие), направленные по своему назначению на поиск уже развитых дефектов, принципиально не могут предотвратить внезапные усталостные повреждения. В ходе промышленных исследований установлено, что только методы диагностики напряженно-деформированного состояния (НДС) могут ответить на поставленные вопросы и являются наиболее пригодными для практики.

Эффективным методом при оценке напряжённо-деформированного состояния оборудования, который получает всё большее распространение на практике, является метод магнитной памяти металла (МПМ).

В соответствии с ГОСТ Р 52081-2003 магнитная память металла (МПМ) – последействие, которое проявляется в виде остаточной намагниченности металла изделий и сварных соединений, сформировавшейся в процессе их изготовления и охлаждения в слабом магнитном поле или в виде необратимого изменения намагниченности изделий в зонах концентрации напряжений и повреждений от рабочих нагрузок.

Метод МПМ - пассивный метод неразрушающего контроля, основанный на анализе распределения собственного магнитного поля рассеяния (СМПР) на поверхности изделий, интегрально отображающего концентрацию напряжений, дефекты и неоднородности структуры металла и сварных соединений.

Все изделия (в том числе различные элементы оборудования и конструкции) в исходном состоянии имеют остаточную намагниченность, сформировавшуюся естественным образом при их изготовлении. В условиях эксплуатации эта намагниченность изменяется и перераспределяется под действием рабочих нагрузок. В силу магнитомеханического эффекта на поверхности наиболее нагруженных элементов, где образовались устойчивые полосы скольжения, возникает СМПР соответствующего направления и, как правило, со сменой знака.

Многолетний опыт исследования распределения СМПР на различ-ных изделиях выявил наличие устойчивых линий смены знака нормальной составляющей магнитного поля Н или резкого локального его изменения в ЗКН, являющихся источниками развития повреждений металла.

Для количественной оценки уровня концентрации напряжений определяется градиент (интенсивность изменения) нормальной и (или) тангенциальной составляющей магнитного поля Н в ЗКН:

Кин = |ΔН|/|Δx|, при |Δx| -> 0 Кин = dH/dx,

где Кин - градиент магнитного поля рассеяния или магнитный коэффициент концентрации напряжений, характеризующийся интенсивностью изменения намагниченности металла в ЗКН и, соответственно, интенсивностью изменения поля Н; |ΔН| – модуль разности поля Н между соседними точками контроля, расположенными на равных отрезках Δх. При использовании прибора с программным управлением градиент поля (dH/dx) определяется автоматически.

Основные преимущества метода МПМ:

- не требуется применение специальных намагничивающих устройств, так как используется явление самонамагничивания деталей в процессе их работы под действием циклических нагрузок;

- места концентрации напряжений заранее не известны и определяются в процессе контроля;

- не требуется зачистка металла и другая какая-либо подготовка контролируемой поверхности;

- высокая скорость контроля (0,5 м/сек и более);

- имеется возможность контроля в бесконтактном режиме сканирования и с выводом светового и/или звукового сигнала на вторичный прибор;

- для выполнения контроля по предлагаемому методу используются приборы, имеющие малые габариты, автономное питание и регистрирующие устройства.

Основная задача метода МПМ - определение ЗКН - зон аномального распределения собственных магнитных полей рассеяния на поверхности контролируемого изделия. Затем с использованием специализированной программы "ММП-Система" проводится классификация контролируемых узлов по степени их предрасположенности к повреждению в ЗКН. Отбраковка и сортировка элементов оборудования и конструкции может выполняться непосредственно при контроле по значениям Кин, соответствующим предельному состоянию металла перед образованием микротрещины или непосредственно в момент ее возникновения. Значение Кин, соответствующее предельному состоянию металла, определяется экспериментальными исследованиями в промышленных условиях для каждого типоразмера контролируемого узла.

Рассмотрим далее важность выполнения предлагаемых рекомендаций указанных национальных стандартов при оценке ресурса гибов паропроводов тепловых электростанций.

Известно, что повреждения гибов паропроводов представляют большую опасность для персонала электростанций. Однако при оценке их состояния до сих пор используется устаревшая инструкция И №23СД-80, которая не пересматривалась с 1980 года.

Известно также, что повреждаются в основном гибы, работающие в наиболее напряженных условиях, а рекомендаций о контроле их напряженно-деформированного состояния в РД 10-577-03 до сих пор нет.

Методика контроля гибов котельных и паропроводных труб с использованием метода магнитной памяти металла, согласованная с Главтехуправлением Минэнерго и Госгортехнадзором РФ еще в феврале 1993 года, до сих пор в широкой практике на электростанциях России не используется. Данная методика направлена на выявление наиболее напряженных гибов.

В соответствии с указанной методикой одновременно оценивается состояние наружной и внутренней поверхности гибов. На рис.2 представлена схема контроля гиба трубопровода, а на рис.3 - сканирующее устройство, позволяющее контролировать наиболее повреждаемые поверхности гиба (растянутую и нейтральную зоны) за один проход по всей длине гиба.

Рис.2. Схема контроля гиба трубопровода: С - сжатая зона; Р - растянутая зона.

Рис.3. Многоканальное сканирующее устройство для контроля гибов и трубопроводов.

В ходе промышленных исследований для каждого из гибов (разные типоразмеры и марки стали) получены параметры магнитного поля (H и dH/dx), характеризующие предельное состояние металла (начало развития повреждения). Установлено, что эти параметры различны для гибов трубопроводов, работающих в низкотемпературных и высокотемпературных условиях.

В работе [1] был представлен опыт комплексной диагностики гибов с помощью метода МПМ, ультразвукового контроля и анализа структуры металла. В этой работе также было показано, что источником возникновения и повреждений гибов являются ЗКН, обусловленные дополнительными (нерасчетными) рабочими нагрузками.

Многолетний опыт контроля гибов с использованием метода МПМ показывает, что, как правило, дополнительными нерасчетными нагрузками являются напряжения, возникающие от недостатка самокомпенсации температурных расширений в условиях различного рода защемлений в узлах креплений паропроводов. В сочетании с термическими напряжениями по толщине стенки эти дополнительные напряжения вызывают развитие повреждений в металле гибов. Следует отметить, что из-за наличия указанных дополнительных нагрузок, расположение ЗКН, выявляемых методом МПМ, как правило, не совпадает с расчетными зонами от внутреннего давления и перепада температуры по толщине стенки. Расчетные зоны максимальных напряжений, например, на гибах паропроводов должны располагаться на растянутой образующей в центре гиба, на участках, имеющих наименьшую толщину стенки. Фактически по результатам контроля гибов методом МПМ зоны максимальных напряжений смещаются в сторону одной из нейтралей гиба в зависимости от условий самокомпенсации температурных расширений в данной системе креплений паропровода.

Контроль методом МПМ осуществляется в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 53006-2008 со 100% охватом всей поверхности гибов, включенных в объем контроля, без какой-либо их подготовки, сразу же после снятия изоляции.

В соответствии со структурной схемой, представленной на рис.1, после того, как выполнено 100% обследование всех гибов, делается анализ магнитограмм, и определяются зоны с максимальными градиентами магнитного поля, соответствующие ЗКН для каждого типоразмера гибов. В зонах максимальной концентрации напряжений, соответствующих предельному состоянию металла, делается дополнительный контроль ультразвуком и анализ структуры металла путем взятия "реплик". При этом, ультразвуковой контроль осуществляется, как правило, в поисковом режиме, не предусмотренном инструкцией И №23СД-80. Только благодаря тому, что специалист УК знает точно зону контроля по данным метода МПМ, наличие дефектов в ЗКН гиба выявляется в поисковом режиме. В большинстве случаев на гибах с ЗКН делается шлифовка поверхности с целью удаления поврежденного слоя металла с повторным контролем в зоне шлифовки методом МПМ. Гибы при таком комплексном контроле заменяются в исключительных случаях, когда выявляются недопустимые дефекты. Для гибов с ЗКН, остающихся в эксплуатации, с использованием специализированной программы "МПМ-Ресурс" делается расчетная оценка остаточного ресурса.

Рассмотренный пример определения остаточного ресурса гибов паропроводов, учитывающий рекомендации современных национальных стандартов, можно и нужно распространить на все узлы и элементы теплоэнергетического оборудования электростанций. Например, в работе [2] был рассмотрен аналогичный подход при диагностике дисков паровых турбин с выполнением рекомендаций ГОСТ Р 53006-2008.

В настоящее время ОАО "НТЦ "Промышленная безопасность" в соответствии с международным стандартом ИСО 9712 вводится в действие новый вид НК "Контроль напряженно-деформированного состояния". Разработано Положение об аттестации персонала в области НК НДС.

В Правилах аттестации экспрертов (СДА-12) в квалификационный экзамен включен раздел по методам определения напряженно-деформированного состояния и оценке ресурса.

В распоряжении Заказчиков (электростанций) имеется большой арсенал методов и средств НК НДС оборудования. Заказчик вправе выбирать тот или иной метод контроля напряжений с целью оценки фактического состояния оборудования. Экспертные организации согласно имеющимся нормативным документам Ростехнадзора при оценке остаточного ресурса оборудования кроме обычной дефектоскопии обязаны учитывать результаты НК НДС.

В связи с изложенным, предлагается пересмотреть нормативные документы, действующие в отрасли "Электроэнергетика", или подготовить специальные методические указания по техническому диагностированию теплоэнергетического оборудования, включив в них вышеуказанные рекомендации современных национальных и международных стандартов по контролю НДС и оценке ресурса.

Литература

1. Дубов А.А. Комплексная диагностика гибов котельных и паропроводных труб // Теплоэнергетика, №9, 2007. С.37-39.

2. Дубов А.А. Диагностика дисков паровых турбин с использованием метода магнитной памяти металла // Теплоэнергетика, №1, 2010. С.15-19.

3. Стандарт РАО "ЕЭС России". Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования. Введен в действие 01.10.2008.

ООО "Энергодиагностика" является разработчиком нового метода и приборов неразрушающего контроля, основанных на использовании магнитной памяти металла (МПМ).
1992-2017 © ООО "Энергодиагностика"
Рейтинг@Mail.ru
Создание сайта: ООО "Модерн Медиа"