СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ НАРУШЕНИЙ СОЕДИНЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ТРУБАМИ
METHOD TO DETECT DISTURBANCES OF POLYMER COATING CONNECTION WITH METAL PIPES

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может найти применение при выявлении нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами.
7
Известен способ выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами, включающий введение импульсов ультразвуковых (УЗ) колебаний в покрытие посредством пьезоэлектрического преобразователя УЗ дефектоскопа, прием и преобразование многократно отраженных импульсов в эхо-сигналы, анализ амплитудного распределения эхо-сигналов на экране дефектоскопа, оценку соединения покрытия с металлом (см. патент РФ №2188414, МПК G01N 29/10, опубл. 27.08.2002).
Недостатками данного способа являются:
1. Способ не обладает достаточной производительностью контроля при выявлении нарушений соединения, что обусловлено необходимостью использования контактной жидкости для введения и приема УЗ-колебаний, сложностью реализации в зимних условиях строительства трубопроводов.
2. Способ не обладает простотой реализации, что обусловлено сложностью оценки результатов контроля из-за наличия множества трудноучитываемых мешающих факторов (изменение толщины покрытия и металла, стабильность акустического контакта и др.), а также из-за трудоемкости визуального анализа амплитудного распределения эхо-сигналов на экране дефектоскопа, требующей высокой квалификации операторов.
Наиболее близким решением, принятым в качестве прототипа, является способ выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами, заключающийся в возбуждении в покрытии и металле трубы посредством сухого точечного контакта упругих волн с помощью излучающего вибратора, приеме и регистрации режима колебаний упругих волн с помощью приемного вибратора, оценке соединения покрытия с металлом трубы по изменению механического импеданса (см. «Неразрушающий контроль и диагностика», справочник под редакцией проф. В.В.Клюева, Москва, Машиностроение, 2005 г., с.213).
Недостатками данного способа являются:
1. Способ не обладает возможностью достоверного выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами в случае плотного прилегания неприклеенного покрытия к металлу трубы без зазора.
2. Способ недостоверен при проведении контроля в условиях низкой температуры воздуха, при которой происходит изменение физико-акустических свойств покрытия, приводящее к уменьшению чувствительности импедансного метода к наличию нарушений соединения.
Перечисленные недостатки известного способа выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами не позволяют эффективно выявлять скрытые нарушения соединения с плотным прилеганием неприклеенного покрытия к металлу трубы без зазора при контроле в зимнее время, что приводит к развитию отслаиваний покрытия при последующей эксплуатации трубопровода с риском развития щелевой коррозии и в целом к снижению качества нового строительства трубопроводов.
Задачей изобретения является создание способа неразрушающего контроля полимерного изоляционного покрытия при строительстве трубопроводов, позволяющего выявлять скрытые нарушения соединения такого покрытия с металлом трубы.
Технический результат при осуществлении способа, сущность которого основана на заявленном изобретении, проявляется в том, что достигают увеличения точности выявления скрытых нарушений покрытия в случае плотного прилегания неприклеенного покрытия к металлу трубы не менее чем на 50%.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе выявления нарушений соединения полимерного покрытия с металлическими трубами, включающем возбуждение в покрытии и металле трубы посредством сухого точечного контакта упругих волн с помощью излучающего вибратора, прием и регистрацию режима колебаний упругих волн с помощью приемного вибратора, оценку соединения покрытия с металлом трубы по изменению механического импеданса, дополнительно получают калибровочные зависимости наличия нарушений соединения на образцах, имитирующих плотное прилегание неприклеенного покрытия к металлу трубы, для различных температур нагрева образца, выявляют нарушения соединения на трубах с покрытием в установленном на образцах оптимальном температурном диапазоне измерений, получаемом путем нагрева места контроля с внутренней поверхности трубы. При этом оптимального температурного диапазона измерений достигают в процессе выполнения монтажных сварных швов трубопровода.
Способ поясняется с помощью фиг.1, 2. На фиг.1 показан разрез образца для получения калибровочных зависимостей наличия нарушений соединения, имитирующих плотное прилегание неприклеенного покрытия к металлу трубы без зазора. На фиг.2 показаны калибровочные зависимости для определения оптимального температурного диапазона проведения контроля.
Заявленный способ реализуют следующим образом.
Перед проведением контроля производят настройку дефектоскопа на образце, состоящем из верхнего стяжного элемента 1 и нижнего стяжного элемента 2, между которыми зажимается полиэтиленовое покрытие 3 без склеивания (фиг.1). Образец имитирует плотное прилегание неприклеенного покрытия. Верхний стяжной элемент 3 представляет собой стальное кольцо, обод которого имеет прямоугольное сечение и в котором выполнены отверстия, для установки стяжных болтов 4. Нижний стяжной элемент 2 также представляет собой стальное кольцо, обод которого имеет L-образный профиль. Внешний диаметр нижнего стяжного элемента 2 соответствует внешнему диаметру верхнего стяжного элемента 1, внутренний диаметр нижнего стяжного элемента 2 изменяется ступенчато, причем в верхней части соответствует внутреннему диаметру верхнего стяжного элемента 1, а в нижней уменьшается на величину, необходимую для размещения резьбовых отверстий для установки нажимных болтов 5. Нажимные болты 5 при закручивании упираются в нажимной элемент 6, который имеет Т-образный профиль и устанавливается в нижний стяжной элемент 2, при этом верхняя часть нажимного элемента 6 взаимодействует с нижней поверхностью полиэтиленового покрытия 3. Контактное давление, возникающее между нижней поверхностью полиэтиленового покрытия 3 и верхней поверхностью нажимного элемента 6, определяется перемещением нажимных болтов 5 при их закручивании, контроль контактного давления выполняется по величине момента затяжки нажимных болтов 5. Для исключения возможности среза полиэтиленового покрытия 3 при нагружении в торцевой части верхнего стяжного элемента 1, контактирующей с покрытием, с внутренней стороны, а также на контактной поверхности нажимного элемента выполнена фаска. Контактные поверхности верхнего стяжного элемента 1 и нижнего стяжного элемента 2 имеют шероховатость, исключающую проскальзывание полиэтиленового покрытия при нагружении. После завершения сборки, образец ступенчато нагревают, на каждой ступени нагрева определяют величину сигнала импедансного дефектоскопа. При нагреве образца происходит расширение полиэтиленового покрытия 3, в результате чего зазор между нажимным элементом 6 и нижней поверхностью полиэтиленового покрытия 3 увеличивается до некоторой величины, что способствует увеличению выходного сигнала индикатора дефектоскопа при проведении измерений. В итоге получают калибровочную зависимость 1 (см. фиг.2) показаний импедансного дефектоскопа от температуры на образце с плотным прилеганием неприклеенного покрытия.
Аналогичным образом изготавливают образец с хорошим приклеиванием покрытия и получают аналогичную калибровочную зависимость 2 и зависимость 3 усилия отрыва приклеенного покрытия от металла от температуры.
По калибровочным зависимостям определяют оптимальный диапазон температур контроля Δt по величине информативного расхождения показаний дефектоскопа для приклеенного и неприклеенного покрытия и величине некритичного уменьшения прочности приклеивания покрытия к металлу при изменении температуры.
Контроль полиэтиленового покрытия после сварки труб выполняют в прикромочной зоне изоляционного полимерного покрытия, а также в районе продольного сварного шва трубы. Перед проведением измерений область проведения исследований нагревают с внутренней поверхности трубы до необходимой температуры, после чего датчик дефектоскопа перемещают по поверхности покрытия, и по показаниям прибора устанавливают наличие отслоений, а также их геометрические размеры.
Пример.
Необходимо провести обследование полиэтиленового покрытия заводского нанесения на стальных трубах диаметром 1420 мм и толщиной стенки 17 мм, сваренных в плеть. Температура окружающей среды минус 20°С.
Показания индикатора импедансного дефектоскопа при контроле полиэтиленового покрытия, хорошо приклеенного к металлу трубы, составляют 2-7 мкА в диапазоне температур от минус 30 до плюс 70°С. В том случае, если в месте проведения измерений покрытие не приклеено, но, за счет внутренних напряжений плотно прилегает к поверхности трубы, показания прибора при температуре окружающей среды от минус 30 до плюс 10°С составляют 10-15 мкА, что не позволяет выявлять отслоения покрытия при проведении обследований. При нагреве отслоившегося полиэтиленового покрытия до температуры плюс 35-45°С происходит его тепловое расширение, сопровождающееся увеличением зазора между покрытием и внешней поверхностью стенки трубы. Увеличение зазора между внешней поверхностью стенки трубы и полиэтиленовым покрытием при нагреве объясняется тем, что при увеличении геометрических размеров, отслоившийся участок покрытия, упираясь в граничащие с ним приклеенные области, поднимается над внешней поверхностью стенки трубы. При контроле области покрытия, не приклеенной к поверхности трубы и прогретой до температуры 35-45°С, показания индикатора прибора составляют 75-85 мкА, что позволяет определять отслоения при проведении обследований, дальнейший нагрев приводит к чрезмерному размягчению покрытия, и как следствие, к снижению показаний индикатора дефектоскопа до 40-60 мкА. Нагрев покрытия до температуры выше плюс 50°С ведет к снижению прочности клеевого соединения покрытия и, как следствие, способствует возникновению новых отслоений или увеличению размеров уже существующих за счет перемещения перегретой области покрытия под действием внутренних напряжений. Температурный диапазон контроля Δt определяется условиями нагрева трубы и последующего прогрева покрытия, при достижении температуры покрытия 35°С нагрев трубы следует прекращать, так как вследствие недостаточной теплопроводности полиэтиленового покрытия разность температур с внутренней и внешней сторон полиэтиленового покрытия может достигать 10-15°С.
2
Выполняют сборку образца, состоящего из двух стяжных элементов, между которыми зажимают полиэтиленовое изоляционное покрытие. Стяжные элементы представляют собой стальные кольца, обод верхнего имеет прямоугольный профиль с шестью сквозными отверстиями, обод нижнего имеет L-образный профиль с шестью резьбовыми отверстиями М8. Стяжные элементы соединяют между собой шестью винтами М8, момент затяжки подбирают из условия фиксации полиэтиленового покрытия при нагружении. Нагружение покрытия производят с помощью нажимного элемента, который устанавливают в нижнем стяжном элементе каждого образца и перемещают вертикально при затяжке шести нажимных винтов М8. Образец имитирует отслоение площадью 0,004 м.
Калибруют импедансный дефектоскоп, для чего образец помещают в термостатирующее устройство и охлаждают до минус 30°С, датчик дефектоскопа устанавливают в центральную часть образца на полиэтиленовое покрытие и, постепенно нагревая, получают данные, показывающие зависимость выходных данных прибора от температуры покрытия.
Контроль прикромочной области покрытия выполняют после проведения сварочных работ, в момент, когда температура покрытия достигнет необходимой величины. При контроле областей покрытия, далеко отстоящих от кромок трубы, проводят предварительный подогрев до нужной температуры с помощью газовой горелки или паяльной лампы с внутренней стороны трубы. По показаниям прибора определяют наличие отслоения, а также его геометрические размеры.
Предлагаемый способ позволяет выявлять отслоения изоляционного покрытия с высокой точностью и тем самым значительно снизить развитие коррозионных повреждений, возникающих на внешней стороне стенки подземного стального трубопровода при контакте металла трубы под отслоением и грунтовой воды, окружающей трубопровод.
2
2
2
С целью подтверждения возможности решения поставленной задачи обследовали прикромочную область полиэтиленового изоляционного покрытия в области сварных стыков трубной плети, состоящей из пяти труб, при температуре воздуха минус 20°С. Заявленный способ сравнивали с результатами выявления отслоений покрытия от металла трубы способом, выбранным в качестве прототипа, а также визуальным способом, выбранным в качестве эталонного и предполагающим механическое отслоение изоляционного полиэтиленового покрытия и последующий осмотр отслоенной поверхности покрытия и металла трубы. Обследование, выполненное по методу, выбранному в качестве прототипа, позволило выявить в прикромочной области три отслоения общей площадью 85 см. Контроль прикромочной области покрытия предлагаемым способом позволил выявить семь отслоений общей площадью 145 см. Механическое отслоение покрытия со всех контролируемых областей и осмотр отклеенной поверхности позволили выявить восемь отслоений общей площадью 180 см, из чего следует, что эффективность способа, выбранного в качестве прототипа, составляет 37,5%, эффективность заявленного способа - 87,5%.
Таким образом, точность определения отслоений изоляционного покрытия заявленным способом превосходит точность способа, выбранного в качестве прототипа, на 50%.