Контроль технологических трубопроводов без снятия изоляции с использованием сканирующих устройств и метода магнитной памяти металла
д.т.н., профессор Дубов А.А.
В промышленных исследованиях установлено, что основными источниками развития всех видов повреждений трубопроводов, в том числе и коррозионных, являются зоны концентрации напряжений (ЗКН), возникновение которых обусловлено неудачным сочетанием ряда факторов: технологических, монтажных, конструктивных и эксплуатационных (рабочих нагрузок).
В ЗКН и в зонах развивающихся повреждений возникают магнитные аномалии, амплитуда и периодичность которых связаны с деформацией трубопроводов и видом коррозионно-усталостного повреждения (утонение стенки трубы на протяженном участке, язвины с наружной и внутренней поверхности трубы и т.д.). Таким образом, основной задачей при анализе результатов контроля теплопроводов бесконтактным магнитометрическим методом является выявление аномалий в распределении магнитного поля и установление связи этих аномалий с ЗКН и различными видами развивающихся повреждений.
При контроле трубопроводов через слой изоляции используются критерии, разработанные в методе магнитной памяти металла (МПМ).
В ЗКН деформация трубопровода происходит вместе со слоем изоляции, жестко связанной с трубой. Даже в случае наличия в изоляции скрепляющей сетки "рабица", информация о нерасчетной деформации трубы передается через деформацию сетки в виде магнитных аномалий, фиксируемых на поверхности изоляции.
Выполнение контроля бесконтактным магнитометрическим методом, например, теплопроводов через слой изоляции осуществляют два специалиста. Один специалист держит прибор типа ИКН (измеритель концентрации напряжений) и наблюдает за изменением магнитного поля на экране, а другой специалист передвигает сканирующее устройство (СУ) вдоль поверхности теплопровода (рис.1). В исключительных случаях контроль может выполнять один специалист, который, держа в руках прибор ИКН, одновременно передвигает СУ вдоль поверхности теплопровода. На практике такой контроль возможен, если диаметр теплопровода не превышает 500 мм.
По ходу движения вдоль трубопровода специалист, который держит в руках прибор, делает отметки в блокноте о различного рода препятствиях и помехах (опоры и подвески, изгибы трубопровода, его пересечения с другими трубопроводами, с кабелем, наличие отводов, дренажей, арматуры и др.). Возможна запись о препятствиях и помехах в диктофон. Разбивка записанной информации по длине отдельных файлов принимается по месту, исходя из реальной трассировки трубопровода и условий доступности для контроля.
Сканирующее устройство, которое используется для контроля трубопроводов через слой изоляции, имеет 16 каналов измерений нормальной составляющей магнитного поля.
Феррозондовые датчики СУ устанавливаются на специальных дугах (рис.2).
В зависимости от диаметра трубопровода на СУ изменяются длины дуг и радиус их изгиба. При контроле охватывается только часть периметра трубы, и сканирование осуществляется вдоль поверхности, доступной для контроля.
В случае фиксирования на экране прибора магнитной аномалии с характерными параметрами для данного типоразмера трубы делается запись в блокнот, и отмечается по месту расположение этой аномалии по длине теплопровода с привязкой к номерам опор и другим узловым элементам схемы. Параметры магнитной аномалии зависят от толщины слоя изоляции, ее качества и диаметра трубопровода и указываются в методике.
В зонах выявленных магнитных аномалий рекомендуется выполнить контроль вдоль периметра трубопровода с целью определения зоны максимальной концентрации напряжений в данном сечении трубопровода, которая соответствует максимальному значению градиента магнитного поля. Контроль вдоль периметра трубы выполняется тем же прибором ИКН с использованием другого (типового) датчика (рис.3).
По результатам бесконтактного (через слой изоляции) магнитометрического контроля трубопровода выполняется анализ магнитограмм и намечаются контрольные участки (два-три участка на каждые 500 м длины трубопровода) для вскрытия изоляции и выполнения дополнительного неразрушающего контроля другими методами (метод МПМ, ультразвук, толщинометрия, визуально-измерительный контроль, вихретоковый метод).
При выборе участков для вскрытия изоляции рекомендуется сопоставлять результаты бесконтактного контроля с данными визуально-измерительного контроля и учитывать время эксплуатации трубопровода и имевшиеся ранее на нем повреждения. В первую очередь вскрываются для дополнительного контроля участки, на которых выявленные магнитные аномалии совпадают с конструктивными концентраторами напряжений (изгибы, участки с дренажами, отводами, опоры и подвески) и с местами, где ранее были повреждения.
После вскрытия изоляции на участках длиной ~0,5÷1 м с целью локализации ЗКН непосредственно по металлу трубы выполняется контроль методом МПМ. Затем в локальных ЗКН выполняется контроль другими методами НК.
Рассмотрим далее отдельные результаты бесконтактного магнитометрического контроля трубопроводов горячего водоснабжения тепловой сети в городских условиях.
На рис.4 представлен пример результатов контроля на участке теплопровода ⌀500 мм, расположенного в проходном коллекторе теплосети. Теплопровод покрыт асбестовой изоляцией толщиной ~60 мм, внутри которой имеется металлическая сетка "рабица".
Рис.4. Результаты контроля участка теплопровода ⌀500 мм, расположенного в проходном коллекторе теплосети между неподвижной (НО) и скользящей (СО) опорами:
а – схема расположения участка теплопровода и выявленной магнитной аномалии А; б, в - результаты контроля вдоль образующей теплопровода, совпадающей с аномалией А, до и после вскрытия изоляции.
На рис.4, а показана схема расположения данного участка длиной 6м между неподвижной (НО) и скользящей (СО) опорами с указанием места расположения магнитной аномалии А, выявленной при контроле по вышеуказанной методике.
На рис.4, б представлено аномальное распределение магнитного поля H (верхняя часть магнитограммы) и его градиента dH/dx (нижняя часть магнитограммы), зафиксированное через слой изоляции на данном участке теплопровода.
На рис.4, в показано распределение магнитного поля H и его градиента dH/dx, зафиксированное на этом же участке теплопровода после снятия изоляции при непосредственном контроле методом МПМ по поверхности трубы. В зонах локальных изменений поля и его градиента ультразвуковым методом были выявлены язвины коррозии на внутренней поверхности трубы с утонением стенки до 4-5 мм вместо 8 мм по номиналу.
На рис.5 представлен пример результатов контроля через слой изоляции участка теплопровода ⌀600x8 мм, расположенного в проходном коллекторе теплосети.
Рис.5. Результаты контроля участка теплопровода ⌀600x8 мм, расположенного между скользящими опорами №1 и №2:
а – схема расположения участка; б - расположение магнитного поля H и его градиента, зафиксированое в зоне аномалии А1 по одному из каналов измерений.
На рис.5, а показана схема расположения данного участка между скользящими опорами №1 и №2 с выявленной магнитной аномалией А1 вблизи изгиба теплопровода. На этой же схеме показано месторасположение ремонтного участка с новой изоляцией, на котором ранее было повреждение.
На рис.5, б представлено распределение магнитного поля H и его градиента (dH/dx), зафиксированное по трем каналам измерений через слой изоляции на участке с аномалией А1. Аналогичные изменения поля H и его градиента были зафиксированы в зоне А1 по всем 16-ти каналам измерений сканирующего устройства, который охватывал примерно одну треть периметра трубы. Из рис.5, б видно, что длина участка с А1 составляет ~600 мм, т.е. практически равна диаметру трубы. Полученные результаты контроля свидетельствуют о том, что данный участок теплопровода работает в условиях повышенных компенсационных напряжений при температурных расширениях. После вскрытия изоляции в зоне магнитной аномалии А1 при непосредственном контроле поверхности трубы ультразвуковым методом были выявлены несколько зон локального утонения стенки (от 3,8 до 6,6 мм вместо 8 мм по номиналу) из-за внутренней коррозии.
Представленные примеры показывают принципиальную возможность бесконтактным магнитометрическим способом выявлять на трубопроводах через слой изоляции наиболее напряженные участки, предрасположенные к развитию повреждений.
В ОАО "Московская теплосетевая компания" в 2010 году таким способом было обследовано 30 км теплопроводов: 15 км трубопроводов горячей воды и 15 км трубопроводов холодной воды. Выявлено 122 участка, предрасположенных к повреждениям. Общая длина этих участков составляет всего 1% от общей длины проконтролированных теплопроводов. На основе экспериментального обследования разработана инструкция с классификацией участков по степени опасности для развития повреждений, которая может быть использована на многих промышленных производствах, где имеются протяженные трубопроводы в изоляции различного технологического назначения.