[9]

6. ЭМА метод в нефтегазовой промышленности

В нефтегазовой промышленности используется широкий сортамент труб. Неблагоприятные материальные и экологические последствия, возникающие в результате выхода из строя труб, обуславливают применение в отрасли неразрушающих методов контроля. Наиболее широкое применение нашли ультразвуковые средства дефектоскопии.

При проведении ультразвукового контроля труб, например обсадных, обнаружению подлежат дефекты эквивалентные по своим свойствам модели в виде паза прямоугольной формы глубиной 5 или 10 % от толщины стенки раскрытием до 1 мм длиной 25 или 50 мм и более. Паз изготавливают вдоль образующей трубы. По этому пазу производят настройку дефектоскопов.

Применяемые в отрасли отечественные и зарубежные приборы для ультразвукового контроля (УЗК) основаны на использовании пъезопреобразователей (ПЭП), для нормальной работы которых требуется контактная жидкость - вода, масло, эмульсия и т.д. Ультразвуковые импульсы под большими углами к поверхности передаются в тело трубы и принимаются обратно через тонкий слой контактной жидкости. Малейшие колебания толщины слоя контактной жидкости, перекосы ПЭП относительно трубы, нарушения акустического контакта из-за высокой скорости контроля, наличия воздушных и жировых пленок приводят к появлению сильных помех, существенно искажающих результаты контроля. Имеющиеся на поверхностях труб производства стран СНГ волнистости, забоины, вдавливания, надрывы металла, не уменьшающие чрезмерно толщину стенки, приводят к появлению мощных помех, часто не позволяющих проводить контроль. Существенные проблемы для обнаружения дефектов представляет наличие “мертвой” зоны ПЭП. Для проведения надежного контроля требуется применение средств очистки поверхности труб от жира, грязи, ржавчины, окалины, защитных покрытий и т.д. Применяемые наклонные преобразователи не позволяют оценивать толщину стенки труб. Существенно осложняют работу контактных дефектоскопов температура трубы и окружающей среды - от +70 до - 60 градусов Цельсия, особенно в полевых условиях. ПЭП из-за быстрого износа имеют малую долговечность. Значительная часть отечественных контактных преобразователей обладают недостаточной повторяемостью метрологических характеристик.

---

Часть отмеченных недостатков контактных методов УЗК позволяет исключить бесконтактный электромагнитно-акустический метод. Он позволяет возбуждать и принимать ультразвуковые импульсы через воздушный зазор посредством воздействия на металл электромагнитным и магнитным полями. Для работы ЭМА преобразователей не требуется контактная жидкость, специальная подготовка поверхности металла. Температура изделия и окружающей среды может быть в пределах температур климатических зон стран СНГ. Скорость контроля может достигать 10 м/с и более.

До настоящего времени ЭМА дефектоскопы не получили широкого применения при контроле качества труб, т.к. считается, что они обладают низкой чувствительностью и большой “мертвой” зоной. Исследования возможностей ЭМАП и аппаратуры для ЭМА дефектоскопии и толщинометрии труб в плане их практического применения в литературе освещены недостаточно.

Целью настоящих исследований являлось определение возможностей новой аппаратуры, разработанной для ЭМА дефектоскопии и толщинометрии труб. Работа аппаратуры базируется на возбуждении импульсов сдвиговых ультразвуковых колебаний и приеме отраженных и (или) трансформированных ультразвуковых импульсов. Исследования проведены на пробах, отобранных от ферромагнитных труб отечественного производства в состоянии поставки с завода. Их поверхность шероховатая с окалиной и ржавчиной. Исследовались пробы, отобранные от труб диаметром 17 мм и более вплоть до участка листа. Диапазон толщин стенки лежал в интервале от 1,1мм до 20 мм, а также образцы толщиной 52 мм. В пробах на внутренней и наружной поверхностях были изготовлены пазы с раскрытием от 0,15 до 0,3 мм глубиной от 0,1 до 8 мм длиной более 10 мм, а также сверления в стенке трубы диаметром 1,3- 2,5 мм на глубину более 25 мм. Исследованы также естественные дефекты раскрытием менее 0,1 мм. Выполнены исследования по обнаружению поверхностных дефектов на внешней поверхности муфт обсадных труб. Одновременно с обнаружением дефектов труб производили измерение толщины стенки. При выполнении исследований ультразвуковые импульсы возбуждались и принимались ЭМА преобразователем как с наружной так и с внутренней стороны труб. Рабочая зона ЭМАП имела размеры 6х12 мм². Величина поляризующего магнитного поля составляла 0,6 Тл. Зазор между ЭМАП и поверхностью трубы выбирался из диапазона 0,5-10 мм. Исследования выполнены в частотном диапазоне ультразвуковых колебаний 2-2,7 МГц. Длительность пакетов импульсов изменялась в интервале от 1 до 18 периодов ультразвуковых колебаний. Оценку величины дефектов производили по амплитуде огибающей принятых эхо импульсов.

---

Результаты исследований проб труб на наличие дефектов приведены в таблице № 3.


Таблица № 3

Исследуемый объект	Дефект и его параметры	Отношение амплитуд эхо сигнала и шума, раз	Расстояние от поверхности до дефекта, мм
1	2	3	4
1.Обточенная обсадная труба Ø 168 мм, стенка- 10,4 мм (сталь по ГОСТ 632-80)	Продольный прямоугольный паз длиной а=16 мм, раскрытием в=0,3 мм и глубиной с=0,82 мм на наружной поверхности	42	0
	то же на внутренней поверхности	41	толщина стенки
	отверстие диаметром 1,3 мм в средине стенки глубиной 25 мм, просверлено вдоль образующей трубы	8	1/2 толщины стенки
2.Обсадная труба Ø 168 мм с муфтой Поверхность черновая. Стенка - 10,6 мм	продольный паз на наружной поверхности с а=16 мм, в=0,15 мм, с=0,8 мм	28	0
на муфте	то же с а=16 мм, в=0,15 мм, с=0,6 мм	11,5	0
на трубе	продольный паз на внутренней поверхности трубы с а=22 мм, в=0,15 мм, с=1 мм	38,9	толщина стенки
на трубе	поперечный паз на наружной поверхности с а=12 мм в=0,15 мм, с=0,8 мм	32	0
3.Обсадная труба Ø 168 мм, разнотолщинность стенки от 11,7 до 12,3 мм	продольный паз на наружной поверхности с а =120 мм в=0, 15 и глубиной, мм: 1,20 1,05 0,83 0,56 0,37 0,22	53 48 46 40 33 21	0 0 0 0 0 0
	поперечный паз на наруж­ной поверхности с а=12,5 мм, в=0,15 мм, с=0,6 мм	28	0
	продольный паз на внутренней поверхности с а=32 мм, в=0,15 мм, с=1,7 мм	50	толщина стенки
	продольное отверстие в стенке диаметром 2 мм на глубину 34 мм	33	1/2 толщины стенки
4.Чугунная гильза для двигателей грузовиков Ø 132 мм, стенка - 7 мм	продольный паз на наружной поверхности с а=28 мм в=0,15 мм, с=0,3 мм	9,4	0
5.Труба сварная (по образующей) Ø 32 мм, стенка - 2 мм (сталь 3)	бездефектный сварной шов	5,7	0
	непровар в сварном шве длиной около 6 мм	11,8	0
6.Труба сварная (по образующей) Ø 28 мм, стенка - 1 мм (сталь 3)	продольный паз на наружной поверхности с а=21,5, в=0,2 мм, с=0,2 мм	7,7	0
7.Труба Ø 51,3 мм, стенка - 3,5 мм (сталь 45)	продольный паз на наружной поверхности с а=31 мм, в=0,15 мм, с=0,2 мм	54	0
	то же на внутренней поверх­ности с а=40 мм, в=0,15 мм, с=0,2 мм	43	0
8.Труба Ø 32 мм, толщина стенки -6,3 мм (легирован­ная сталь)	естественная трещина на наружной поверхности с а Ø 34 мм, в Ø 0,1 мм, с Ø 0,2 мм	8,6	0
	то же на внутренней поверхности с Ø 18 мм, в Ø 0,1 мм, с Ø 0,4 мм	28	0
9.Труба Ø 17 мм, стенка-3,5 мм (ле­гированная сталь)	естественная трещина на наружной поверхности по всей длине, в Ø 0,1 мм, с Ø 0,2 мм	6	0
10.Труба Ø 24 мм, стенка - 2,5 мм (легированная сталь)	естественная трещина на наружной поверхности по всей длине с в Ø 0,1 мм, с Ø 0,2 мм	8	0

---

Оценку толщины стенок труб производили по временным интервалам между многократными переотражениями между внутренней и наружной поверхностями трубы, что позволило повысить точность измерений. Исследованиями установлено, что погрешность измерений не превышала мм для толщин от 1 до 52 мм.

Анализ выполненных исследований позволяет сделать следующие выводы. Применение новой аппаратуры ЭМА дефектоскопии труб позволяет уверенно обнаруживать эхо методом дефекты на наружной и внутренней поверхностях, а также внутренние дефекты в стенке труб при доступе с наружной или внутренней стороны, а также измерять толщину стенки труб. С высокой степенью надежности обнаруживаются природные дефекты типа трещин, представляющие особую опасность при эксплуатации. Обнаружены дефекты с раскрытием менее 0,1 мм и глубиной более 0,2 мм. Успешно обнаружены внутренние дефекты в виде отверстия диаметром более 1,3 мм, а также непровары в сварных швах и сами сварные швы на фоне основной матрицы металла. Все отмеченные дефекты обнаружены на пробах труб с поверхностью покрытой окалиной, ржавчиной, забоинами, вмятинами и т.п. Контроль толщины стенки трубы в диапазоне от 1,1 до 20 мм возможно производить при зазорах между преобразователем и трубой до 10 мм. Причем зазор может быть заполнен неэлектропроводным материалом - грязью, льдом, покрытием и т.д. Непрерывное измерение толщины стенки трубы позволяет также оценить разнотолщинность или несоосность внутренней и наружной поверхностей трубы. Одновременно можно измерять диаметр трубы.

Как видно из приведенных материалов, существенным достоинством разработанной аппаратуры является отсутствие "мертвой" зоны контроля.

Немаловажное значение имеет то, что на результатах контроля не сказываются разнотолщинность и овальность труб, характерная для изделий отечественного производства.

Важным технологическим преимуществом аппаратуры является то, что все типоразмеры труб контролируются одним и тем же преобразователем.

Из приведенных материалов следует, что аппаратура может служить основой для средств диагностики эксплуатируемых трубопроводов.[8]

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта было отмечено, что в настоящее время отмечается бурное развитие бесконтактных методов и средств неразрушающего контроля материалов и изделий. Это контроль изделий с загрязненной поверхности без специальной зачистки, дефектоскопия горячих и холодных изделий, высокоскоростной контроль, дефектоскопия с низкими эксплуатационными затратами и т.д.

---

Наибольшие технические успехи в отмеченном направлении достигнуты за счет применения электромагнитно - акустического способа возбуждения и приема ультразвуковых колебаний. Применение ЭМА дефектоскопии оправдано и с экономической точки зрения.

Установлено, что существенное преимущество для неразрушающего контроля и измерений дает ЭМА способ за счет высокоэффективного возбуждения и приема волн Рэлея, нормальных и крутильных волн с «вертикальной» и «горизонтальной» поляризацией.

Преимущество ЭМА способа проявляется при контроле материала в горячем состоянии. Принципиальная возможность бесконтактного ультразвукового контроля «горячих» (500°С и выше) ферромагнитных изделий была установлена в работе. Дальнейшие исследования показали, что возбуждение и регистрация продольных волн в материалах при температуре Кюри происходит за счет явлений объемной магнитострикции и магнитоупругого эффекта. Несмотря на значительное количество работ в этом направлении, данных об эффективно работающих в промышленности ЭМА установок в литературе не столь много.

Следует отметить, что ЭМА способом реализуются все известные методы контроля – теневой, зеркально – теневой, эхо метод, эхо – сквозной, дифракционно - временной и др.

Особенно эффективно использование ЭМА способа при применении волн Рэлея и нормальных волн. Так в работах такими волнами исследована выявляемость дефектов в виде рисок на поверхности труб. Авторы утверждают, что удается обнаруживать модели дефектов глубиной 10% или даже 5% от толщины стенки труб.

Анализ вышеизложенных исследований и разработок позволяет сделать следующие выводы:

• 
  ЭМА дефектоскопы и толщиномеры являются экономически высокоэффективными средствами, которые дополняют группу традиционных установок, приборов и устройств, использующих контактный вариант контроля.
  

Установлено, что для повышения чувствительности средств ЭМА контроля до уровня традиционных приборов необходимо:

• 
  перейти от ударного возбуждения к питанию ЭМА преобразователей пакетными импульсами тока;
  
• 
  формировать информационный импульс с индивидуальными признаками – частотой заполнения, длительностью, амплитудой, ориентацией вектора поляризации и фазой;
  
• 
  выделять информационный сигнал с учетом сформированных ранее индивидуальных признаков;
  
• 
  применять корреляционные методы обработки принятых ЭМАП реализаций.
  

---

Смотрите также файлы

• Теоретические аспекты финансирования предприятия в современных условиях 5.docx

• Наименование дисциплины ссылки.docx

• Контрольная работа выполняется по одному из приводимых ниже.docx

• Теоретические аспекты мотивации 6 Понятие мотивации и мотива 6 Методы мотивации 9.docx

• Вопросы круглого стола.docx