УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ И ОБОРУДОВАНИЯ
DEVICE FOR ULTRASONIC DIAGNOSTICS OF HEAT-INSULATED SURFACES OF PIPELINES AND EQUIPMENT

Предлагаемое изобретение относится к средствам для технической диагностики технологических трубопроводов и оборудования неразрушающими методами и может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, использующих технологическое оборудование и трубопроводы, транспортирующие коррозионно-активные среды.
К методам неразрушающего диагностического контроля относится, в частности, ультразвуковая толщинометрия. С помощью этого метода определяют скорость коррозии внутренней поверхности стенок трубопроводов и оборудования, проводя измерения с наружной стороны стенок. Достигается это проведением, например, двух последовательных измерений, разнесенных во времени, остаточной толщины стенок в одной и той же точке с помощью датчика ультразвукового контроля, устанавливаемого на обследуемую поверхность. От датчика ультразвукового контроля электрический сигнал поступает по сигнальному кабелю к показывающему электронному прибору, фиксирующему результаты измерения. При уменьшении толщины стенки разницу в измеренных толщинах делят на промежуток времени между последовательными измерениями и получают скорость коррозии в единицах измерения, например, мм/год. На основании измеренных величин скорости коррозии и остаточной толщины стенки вычисляют остаточный коррозионный ресурс оборудования и трубопроводов (см. Инструкция по определению скорости коррозии металла стенок корпусов сосудов и трубопроводов на предприятиях Миннефтехимпрома СССР, ВНИКТИнефтехимоборудования, Волгоград - 1983).
Известно устройство для ультразвуковой диагностики, описанное в РД 03-410-01 Инструкция по проведению комплексного технического освидетельствования изотермических резервуаров сжиженных газов, включающее окна-люки в теплоизоляции, обеспечивающие доступ к поверхности, при этом на поверхности, ограниченной окном-люком, проводят измерения толщины стенки переносными датчиками ультразвукового контроля в контрольных точках поверхности объекта.
Недостатком известного устройства является практическая невозможность установить датчик ультразвукового контроля в одну и ту же точку при последовательных измерениях. Несоответствия в установке датчиков ультразвукового контроля при первичном и вторичном измерениях на доли миллиметра приводят к значительной ошибке измерения толщин. Погрешность вычисления разницы толщин в этом случае может достигать 100% от фактической величины, эта погрешность в соответствии с теорией погрешностей составляет основную долю погрешности конечных вычислений, что делает величины рассчитанных скоростей коррозии и остаточного коррозионного ресурса не надежными.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для ультразвуковой диагностики, описанное в способе контроля коррозии стенок теплоизолированного оборудования и трубопроводов (см. патент РФ на изобретение №2691125, G01N 17/00, G01B 17/02, G01N 29/04, опубл. 11.06.2019 в бюл. №17), в соответствии с которым для повышения точности измерений толщины стенок трубопроводов и оборудования при доступе к теплоизолированной поверхности через люки доступа, используются технологические шаблоны из листового материала с вырезами для установки переносных датчиков (преобразователей) ультразвукового контроля. Технологические шаблоны определяют точки установки датчиков ультразвукового контроля при последовательных измерениях.
Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются:
- люки доступа к внешней поверхности исследуемых стенок, вмонтированные в теплоизоляцию;
- технологические шаблоны, закрепленные на внешней поверхности исследуемых стенок, фиксирующие координаты контрольных точек, в которых измеряют толщину стенок;
- переносные датчики ультразвукового контроля, соединенные сигнальным кабелем с электронным блоком.
Недостатками известного устройства для ультразвуковой диагностики являются неконтролируемость перпендикулярности датчика ультразвукового контроля относительно исследуемой поверхности, а также неконтролируемость ориентирования датчика ультразвукового контроля относительно осей цилиндрических поверхностей. Например, для датчиков ультразвукового контроля, оснащенных раздельно-совмещенными пьезо-электрическими преобразователями (ПЭП), экран, разделяющий излучающий и принимающий ПЭП, должен располагаться перпендикулярно оси цилиндрических поверхностей. Нарушение перпендикулярности датчика ультразвукового контроля к исследуемой поверхности и ориентации экрана датчика ультразвукового контроля относительно оси цилиндрических поверхностей изменяет необходимое направление ультразвуковых лучей, что приводит к методическим погрешностям в результатах измерении толщины стенок и снижает надежность результатов расчетного определения скорости коррозии и коррозионного ресурса стенки трубопровода или оборудования.
Технической задачей предлагаемого устройства является повышение точности и однообразности установки датчиков ультразвукового контроля по вертикальности к исследуемой поверхности и по ориентации датчика ультразвукового контроля относительно оси цилиндрических поверхностей при первичных и последующих измерениях.
Техническим результатом является повышение показателей надежности величин скорости коррозии и коррозионного ресурса, вычисляемых на основе результатов первичных и вторичных измерений толщины стенок переносными датчиками ультразвукового контроля через люки доступа, обустроенные в теплоизоляции, при минимальных методических погрешностях.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой диагностики теплоизолированных поверхностей трубопроводов и оборудования, включающем люк доступа к внешней поверхности исследуемой стенки, вмонтированный в теплоизоляцию, технологический шаблон, закрепленный на внешней поверхности исследуемой стенки и фиксирующий координаты контрольных точек, в которых измеряют толщину стенок, переносной датчик ультразвукового контроля, соединенный сигнальным кабелем с электронным блоком, согласно предлагаемому изобретению, технологический шаблон выполнен в виде одной или нескольких направляющих трубок, закрепленных на исследуемой поверхности внутри люка доступа перпендикулярно к исследуемой поверхности, при этом поперечное сечение каждой направляющей трубки принято таким, чтобы в направляющей трубке размещался датчик ультразвукового контроля, кроме того, каждая направляющая трубка оборудована направляющими пазами или выступами, ориентированными в заданном направлении, а датчик ультразвукового контроля, вводимый в направляющую трубку, оборудован штоком-держателем, а также устройствами, центрирующими датчик ультразвукового контроля относительно направляющей трубки, и ответными элементами для направляющих пазов или выступов, которыми оборудована каждая направляющая трубка.
Заявляемая совокупность признаков предлагаемого устройства позволяет за счет жесткого крепления направляющих трубок относительно исследуемой поверхности установить точные координаты контрольных точек, в которые устанавливаются датчики ультразвукового контроля.
Выполнение технологического шаблона в виде одной или нескольких направляющих трубок, закрепленных на исследуемой поверхности внутри люка доступа перпендикулярно к исследуемой поверхности и снабжение датчика ультразвукового контроля, вводимого в каждую направляющую трубку, устройствами, центрирующими датчик ультразвукового контроля относительно направляющей трубки, позволяет соблюсти точную перпендикулярность расположения датчиков ультразвукового контроля к исследуемой поверхности стенки трубопровода или оборудования.
Снабжение каждой направляющей трубки направляющими пазами или выступами, ориентированными в заданном направлении, и снабжение датчика ультразвукового контроля, вводимого в каждую направляющую трубку, ответными элементами для направляющих пазов или выступов, которыми оборудована каждая направляющая трубка, позволяет соблюсти точную ориентацию датчика ультразвукового контроля относительно оси цилиндрических объектов, т.к. в датчиках ультразвукового контроля перегородка между пьезо-электрическими преобразователями должна быть ориентирована перпендикулярно оси исследуемой цилиндрической поверхности.
Таким образом, заявляемая совокупность признаков предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерений остаточной толщины стенок и, тем самым, повысить показатели надежности величин скорости коррозии и остаточного коррозионного ресурса при расчетах результатов толщинометрии с минимальными методическими погрешностями.
На фигурах 1-5 представлено предлагаемое устройство для ультразвуковой диагностики теплоизолированных поверхностей трубопроводов и оборудования, где:
- на фиг. 1 представлено поперечное сечение устройства, расположенное в люке доступа;
- на фиг. 2 представлено сечение А-А фиг. 1;
- на фиг. 3 представлено поперечное сечение направляющей трубки;
- на фиг. 4 представлен шток-держатель с датчиком ультразвукового контроля;
- на фиг. 5 представлена схема устройства для ультразвуковой диагностики в рабочем положении.
На фигурах 1-5 обозначены следующие позиции:
1 - фрагмент исследуемой теплоизолированной поверхности стенки трубопровода или оборудования;
2 - теплоизоляция исследуемой поверхности 1;
3 - стенка люка доступа к исследуемой поверхности 1;
4 - теплоизолирующая и герметизирующая крышка люка доступа 3;
5 - плата, укрепленная на исследуемой поверхности 1;
6 - направляющие трубки;
7 - направляющий паз (или выступ) в стенке направляющей трубки 6;
8 - ось фрагмента исследуемой поверхности 1;
9 - корпус датчика ультразвукового контроля;
10 - пьезо-электрический преобразователь, излучающий ультразвуковой сигнал;
11 - пьезо-электрический преобразователь, принимающий отраженный ультразвуковой сигнал;
12 - перегородка между пьезо-электрическими преобразователями 10 и 11;
13 - шток-держатель, на котором закреплен корпус датчика ультразвукового контроля 9;
14 - устройства, центрирующие датчик ультразвукового контроля 9 относительно направляющей трубки 6;
15 - ответные элементы для направляющих пазов (или выступов) 7, закрепленные на штоке-держателе 13;
16 - сигнальный кабель от датчика ультразвукового контроля 9 к электронному блоку (на фигурах не показан).
Предлагаемое устройство ультразвуковой диагностики теплоизолированной поверхности 1 включает (см. фиг. 1) вмонтированный в теплоизоляцию 2 люк доступа 3 к внешней исследуемой поверхности 1. Люк доступа 3 снабжен теплоизолирующей и герметизирующей крышкой 4. На исследуемой поверхности 1 внутри люка доступа 3 в контрольных точках с помощью платы 5 перпендикулярно к исследуемой поверхности 1 закреплены технологические шаблоны, выполненные в виде одной или нескольких направляющих трубок 6.
Каждая направляющая трубка 6 (см. фиг. 2, 3) оборудована направляющими пазами (или выступами) 7, сориентированными в одном и том же направлении относительно оси 8 фрагмента исследуемой поверхности 1.
Поперечное сечение направляющей трубки 6 принято таким, чтобы в ней размещался переносной датчик ультразвукового контроля 9 (см. фиг. 4, 5), оснащенный пьезо-электрическими преобразователями 10, 11, разделенными перегородкой 12, и соединенный сигнальным кабелем 16 с электронным блоком (на фигурах не показан).
Датчик ультразвукового контроля 9 оборудован штоком-держателем 13, а также устройствами 14, центрирующими датчик ультразвукового контроля 9 относительно направляющей трубки 6, и ответными элементами 15 для направляющих пазов (или выступов) 7, которыми оборудована каждая направляющая трубка 6.
Устройство работает следующим образом:
Люк доступа 3 переводят в рабочее положение, для чего с него снимают теплоизолирующую и герметизирующую крышку 4.
Датчик ультразвукового контроля 9, оборудованный устройствами 14 и ответными элементами 15, вводят в одну из направляющих трубок 6.
Датчик ультразвукового контроля 9 допускают до контакта с исследуемой поверхностью 1, при этом ответный элемент 15 совмещают с направляющим пазом (или выступом) 7 в направляющей трубке 6, таким образом, чтобы направляющий паз 7, выполненный вдоль направляющей трубки 6, совместился с направляющим выступом - ответным элементом 15 (для направляющего паза 7), установленным на датчике ультразвукового контроля 9, либо по другому варианту, направляющий выступ 7, выполненный вдоль направляющей трубки 6, совместился с направляющим пазом 7 - ответным элементом 15 (для направляющего выступа 7), установленным на датчике ультразвукового контроля 9.
При включении электронного блока (на фигурах не показан), производят измерение толщины исследуемой поверхности 1 в точке установки датчика ультразвукового контроля 9.
Вышеуказанные действия повторяют в каждой контрольной точке с установленными в них направляющими трубками 6.
При последующих измерениях, которые проводят через определенный промежуток времени (недели, месяцы или годы) повторяют все указанные действия. При этом, в каждой точке измерения толщины исследуемой поверхности 1, датчик ультразвукового контроля 9 устанавливают точно в такое же положение, что и при предыдущем измерении.
Таким образом, сводятся до минимума методические погрешности измерений.