Оценка технического состояния сильфонных трубопроводных компенсаторов без вывода из эксплуатации

Внедрение: 2014 г.

Быстродействующий модуль АЦП E20‑10 был применён в задаче диагностирования действующего промышленного оборудования. Объектом контроля выступали осевые сильфонные компенсаторы, установленные на трубопроводе перегретого пара. Конструкция компенсатора этого типа представляет собой гибкий металлорукав из гофрированной оболочки, расположенной между скрепленными с трубопроводом концевыми патрубками.

Для оценки технического состояния компенсаторов без вывода их из эксплуатации впервые был использован подход, предполагающий одновременное использование двух независимых систем регистрации акустико-эмиссионного (АЭ) сигнала: стандартной АЭ системы (с выбором величины порога амплитудной дискриминации) A‑Line 32D и установки беспороговой регистрации данных (БРД).

Схема установки датчиков АЭ системы A‑Line представлена на рисунке 1а. Ввиду высокой температуры объекта были установлены волноводы в количестве 6 шт. на один компенсатор. Волноводы устанавливались методом приварки перпендикулярно к поверхности компенсатора. Для обеспечения устойчивого акустического контакта приварка проводилась с полным проплавлением площадки установки. Как видно на рисунке 1а, датчики устанавливались в двух поясах, по три штуки в каждом сечении. Использовалось две схемы настройки локаций: планарная (трехантенная) и линейная (двухантенная) – рисунки 2a и 2б соответственно. Местоположение дефекта определялось по разнице времён прихода регистрируемых АЭ сигналов двумя или несколькими преобразователями. Сигнал АЭ регистрировался датчиком типа GT‑200 в полосе частот 100‑350 кГц. Порог амплитудной дискриминации находился в диапазоне 26‑42 дБ и устанавливался для каждого датчика индивидуально. 
 

Рисунок 1. Схемы расстановки датчиков: а) расположение датчиков пороговой АЭ системы A‑Line; б) расположение датчиков беспороговой АЭ системы.

Рисунок 2. Примеры локаций: а) пример настройки планарной локации в программе A‑Line; б) пример настройки линейной локации в программе A‑Line.

В ходе контроля с применением стандартной аппаратуры были выявлены компенсаторы с источниками АЭ. Временные зависимости пиковых амплитуд АЭ сигналов, превышающих порог дискриминации, представлены на рисунках 3а и 4а. При использовании амплитудно-динамического и интегрального критериев было установлено, что обнаруженные источники АЭ соответствуют II (компенсатор № 1, рисунок 3а) и III (компенсатор № 3, рисунок 4а) классу опасности, что свидетельствует о наличии опасных развивающихся дефектов. Обнаруженные при этом лоцируемые АЭ сигналы имеют высокоамплитудный, дискретный характер, соответствующий поведению опасного развивающегося дефекта. Установлено, что шумовая случайная компонента имеет неоднородный по каналам характер и тем самым вносит существенный вклад в регистрируемые параметры. При этом для АЭ сигнала, имеющего источники АЭ III класса опасности, обнаруженные локации устойчиво проявлялись на протяжении всей записи параметров АЭ как для плоскостной, так и для линейной локации.

Рисунок 3. Результаты АЭ контроля компенсаторов № 1 и № 2: а, б) временные зависимости пиковых амплитуд АЭ сигналов, превышающих порог дисриминации (A‑Line); квадратными рамками выделены лоцируемые источники АЭ на дефектном объекте; в, г) локальные значения дисперсии АЭ сигналов (БРД).

Для сравнения на рисунках 3б и 4б приведены соответствующие амплитудно-динамические параметры и локационная диаграмма, полученные при контроле бездефектных компенсаторов (компенсаторы № 2 и № 4). На рисунках 3в, 3г, 4в приведены статистические параметры АЭ сигналов при контроле компенсаторов с применением БРД.  

Рисунок 4. Результаты АЭ контроля компенсаторов № 3 и № 4: а,б) временные зависимости пиковых амплитуд АЭ сигналов, превышающих порог дискриминации (A‑Line); квадратными рамками выделены лоцируемые источники АЭ на дефектном объекте; в) локальные значения среднего квадратичного значения АЭ сигналов (БРД).

Устройство БРД было специально спроектировано для измерения и анализа АЭ сигнала на базе серийного модуля преобразователя напряжений Е20‑10. Для реализации АЭ контроля с использованием БРД на каждый компенсатор был установлен один датчик (рисунок 1б), расположенный в непосредственной близости от датчиков A‑Line 32D.

Регистрация сигнала АЭ велась в широкой полосе частот фильтра 30‑500 кГц посредством датчика LD‑11 и широкополосного предусилителя. Калибровка схемы измерения осуществлялась с использованием имитатора «полезного» сигнала (источник Су-Нильсена) и шума (генератор шума). С преобразователя АЭ сигнал поступал на 4‑канальный АЦП Е20‑10 с частотой оцифровки сигнала 2,5 МГц на канал. Оцифрованные сигналы обрабатывались в среде MATLAB.

Для исследования макро- и микроструктуры металла были подготовлены образцы из внутреннего и наружного слоев гофры компенсатора. Результаты, полученные при металлографическом исследовании материала компенсатора, представлены на рисунке 5. 

Рисунок 5. Металлографическое исследование металла гофры трубопроводного компенсатора: а) образцы № 1 и № 2; б) структура металла компенсатора (внутренний слой), образец № 1; в) структура металла компенсатора (внешний слой), образец № 2.

На подготовленных образцах дополнительно был проведен электронно-зондовый микроанализ. Микроанализ выполнен с использованием сканирующего электронного микроскопа FE‑SEM Zeiss Sigma VP.  

Рисунок 6. Структура металла (внутренний слой) в материале гофры компенсатора, образец № 1.

Рисунок 7. Распределение химических элементов в материале гофры компенсатора, образец № 1: а) содержание кислорода; б) содержание железа; в) содержание марганца; г) содержание хрома; д) содержание никеля; е) содержание титана.

Электронно-зондовый микроанализ подтвердил ранее высказанное предположение о том, что основным механизмом разрушения материала компенсатора является межкристаллитная коррозия. Кроме того, межкристаллитная коррозия объясняет как непрерывный характер локаций при контроле с применением пороговой АЭ системы, так и постоянные колебания локальных статистических характеристик при анализе результатов БРД.

Источник:
Давыдова Д.Г., Кузьмин А.Н., Гроховский В.И., Ризванов Р.Г., Аксельрод Е.Г., Абдрахманов Н.Х. Оценка технического состояния сильфонных трубопроводных компенсаторов без вывода из эксплуатации: [Электронный ресурс] // Нефтегазовое дело. – 2014. – т.12, № 1 . – С. 172‑178. – URL:http://ngdelo.ru/files/old_ngdelo/2014/1/ngdelo-1-2014-p172-178.pdf. (Дата обращения: 14.06.19).

Разработчик: Давыдова Д.Г., Кузьмин А.Н., Гроховский В.И., Ризванов Р.Г.,  Аксельрод Е.Г., Абдрахманов Н.Х.