Возможность акустико-эмиссионного мониторинга потенциально опасных узлов и участков линейной части магистральных нефтепродуктов

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают возможность применения УЗ метода, основанного на измерении скорости распространения УЗ волн в НП, для определения плотности продуктов первичной переработки нефти. Анализ экспериментальных данных выявляет необходимость разделения семейства НП первичной переработки на подгруппы для более точной идентификации отдельного НП описанным в [3] способом. Полученные в результате исследований численные зависимости позволяют автоматизировать процесс измерения плотности средствами вычислительной техники.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бражников Н.И. Ультразвуковые методы измерения плотности. - Приборы и системы управления, 1976. №10. С. 17-21.

2. Бергман JI. Ультразвук и его применение в науке и технике. Пер. с нем. М. Издательство иностранной литературы, 1957. - 728 с.

3. Чахлов В.Л., Чепрасов А.И., Шаверин Н.В. Измерение плотности нефтепродуктов и их смесей ультразвуковым методом. - Дефектоскопия, 2002. №6. С. 90-95.

4. Справочник нефтехимика. В двух томах. Т. 1. Под ред. О гор од н и к о в а С.К. -Ленинград: Химия, 1978.-496 с.

5. Шаверин Н.В. Исследование ультразвукового метода и разработка прибора для автоматизированного контроля плотности нефтепродуктов. - Труды VIII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии". Сборник докладов, том 1. -Томск: Изд-во ТПУ, 2002. - С. 112-114.

6. Гришин В.К., Живописцев Ф.А., Иванов В.А. Математическая обработка и интерпретация физического эксперимента. - Москва. Изд-во Моск. ун-та, 1988. - 318 с.

УДК 622.692.4

Л.А.ШНАЙДЕР, В.К. КУЛЕШОВ

ВОЗМОЖНОСТЬ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО МОНИТОРИНГА ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ УЗЛОВ И УЧАСТКОВ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

В статье рассматриваются необходимость и возможность акустико-эмиссионного (АЭ) мониторинга линейной части магистрального нефтепровода (МНП). АЭ-мониторинг всей линейной части МНП трудно реализуем и экономически не выгоден в связи с большой протяжённостью и использования большого количества АЭ-датчиков. Поэтому необходимо выделить потенциально опасные узлы и участки МНП, не требующие оснащения большим количеством АЭ-датчиков. Наличие мешающих факторов, характерных для рассматриваемых объектов (снег, дождь, град и другие атмосферные явления) не позволяет использовать имеющиеся АЭ-системы мониторинга. Необходима разработка алгоритма отстройки от мешающих факторов.

В настоящее время на территории России эксплуатируется около 65 тыс. км магистральных нефтепроводов (МНП). В последние несколько лет аварийность на нефтепроводах зафиксирована на уровне 0,06 на 1000 км. Срок эксплуатации около половины МНП достиг нормативного срока службы: свыше 33 лет - 30%, от 20 до 30 лет -37%. К 2005 году доля нефтепроводов с возрастом свыше 33 лет составит 40%. В связи с этим вероятность возникновения аварий с разливами нефти на МНП будет возрастать [1]. Аварийные ситуации связанны с экологическим ущербом окружающей природной среде и огромными экономическими издержками на восстановление работоспособности МНП.

Таким образом, необходимость оперативного предупреждения возможных отказов требует разработки и внедрения высокоэффективных средств мониторинга - непрерывного контроля линейной части МНП.

Мониторинг линейной части МНП в настоящее время осуществляется с помощью методов, основанных на изменении характеристик перекачки нефти: метод отрицательных ударных волн, метод сравнения расходов, контроль по режимным показаниям давления, метод линейного баланса, метод понижения давления.

Данные методы, направленные на обнаружение сквозных повреждений (утечек), не несут информации о динамике развития дефектов и поведении объекта контроля в процессе эксплуатации.

Циклический характер изменения внутреннего давления МНП является причиной усталостных явлений в металле, то есть образования микропластических деформаций металла и локализации концентраторов напряжений, ускоряющих развитие появляющихся и имеющихся дефектов. Растущие усталостные трещины представляют наибольшую угрозу безопасной работе МНП. Согласно [2], развитие микродефекта до размеров макродефекта продолжается 2-5 лет, и приводит к внезапному разрушению стенки ТП. Обнаружение и наблюдение таких дефектов является главной задачей мониторинга МНП.

В работах [3,4] указывается целесообразность использования методов акустической эмиссии, магнитных шумов, голографии для решения поставленной задачи. Кроме того, эти методы обеспечивают обнаружение нарушения герметичности.

Из обзора литературы следует, что методы голографии и магнитных шумов в настоящее время недостаточно проработаны для мониторинга крупногабаритных конструкций. Наиболее перспективным и нашедшим наибольшее распространение при диагностике является метод акустической эмиссии (АЭ).

Применение систем АЭ-мониторинга линейной части МНП связано с огромными техническими сложностями и экономическими затратами на оснащение большим количеством АЭ-датчиков (расстояние между датчиками 10-100 м) из-за большой протяженности рассматриваемого объекта. В связи с этим целесообразно внедрение АЭ-мониторинга потенциально опасных узлов и участков линейной части МНП, не требующих оснащения большим числом АЭ-датчиков. К ним относятся трубопроводные узлы подключения к магистрали, примыкания лупингов и резервуарных устройств; начальные участки транспортных перегонов и НП после нефтеперекачивающих станций; приурезные участки подводных НП; узлы пуска-приёма очистных и диагностических устройств; участки вблизи населённых пунктов; переходы трубопроводов через автомобильные и железные дороги; задвижки на подводных переходах [3]. Опасность участков обусловлена разветвлённой конфигурацией, наличием большого числа тройнико-вых соединений.

Причиной повреждения узлов ТП чаще всего является совокупность недостаточной прочности тройниковых соединений и чрезмерных (из-за колебаний температуры и неравномерной осадки грунта) напряжений в наземных узлах. Сборка этих узлов осуществляется в процессе строительства в полевых условиях. По результатам статистического анализа из-за брака строительно-монтажных работ происходит 23 % аварий и отказов на МНП [5].

На участках с узлами разветвлённой конфигурации наряду с напряжениями возникают деформации, наиболее опасны из которых деформации изгиба. Во всех случаях, когда температурные деформации компенсируются изгибом узлов, возникают дополнительные концентрации напряжений в местах врезки. Это характерно для надземных узлов, работающих совместно с подземными, прямолинейными участками НП.

АЭ-мониторинг представляет собой непрерывный процесс регистрации и локализации источников сигналов акустической эмиссии, появляющихся в контролируемом объекте при возникновении и развитии различных дефектов. АЭ мониторинг позволяет следить за развитием потенциальных дефектов и определять в реальном времени степень их опасности, то есть осуществлять эксплуатацию объектов мониторинга по их фактическому техническому состоянию. Это позволяет обоснованно исключить остановки производства для выполнения периодических освидетельствований, а также оптимально планировать выполнение ремонтных работ.

Задача АЭ-мониторинга герметичности МНП в настоящее время решена. Аппаратура разработана и внедряется на объектах транспорта нефти [6]. Сигнал от течи имеет стационарный характер и сравнительно легко идентифицируется даже при наличии источников АЭ, не связанных с истечением продукта.

Разработки АЭ-аппаратуры для непрерывного контроля крупногабаритных объектов с целью выявления напряжённо-деформированного состояния материала существуют [7,8]. АЭ-системы серии "Эксперт-20ЬПЧ" (НПО "Алькор"), эксплуатируются с 1994 года для мониторинга изотермических хранилищ [9].

Однако, применение упомянутых систем для мониторинга потенциально опасных узлов и участков линейной части МНП сдерживается. Это вызвано тем, что АЭ - это явление, сопровождаемое едва ли не все физические процессы в твёрдых телах и на их поверхности. В связи с этим, возможность регистрации истинной АЭ, связанной с образованием и развитием дефектов в материале конструкции, сокращается с появлением посторонних источников шумов. Сигналы от шумов по спектру и амплитуде могут совпадать или превышать сигналы истинной АЭ, вызывая ложное срабатывание аппаратуры. При диагностировании с применением метода АЭ на этапе предварительных испытаний объекта контроля (ОК) посторонние шумы выявляются и устраняются причины их возникновения, ОК находится под постоянным наблюдением оператора. От шумов, которые не удаётся минимизировать, осуществляется аппаратурная (частотная или амплитудная) отстройка.

Основные источники шумов при АЭ-мониторинге рассматриваемых объектов -воздействие окружающей среды: ветер, дождь, град, снег и другие атмосферные явления. Приведённые выше способы устранения мешающих факторов не применимы.

Таким образом, для применения АЭ-мониторинга потенциально опасных узлов и участков МНП с целью обнаружения напряженно-деформированного состояния металла необходимо исследование параметров таких шумов, как дождь, град, ветер, снег, и разработка алгоритма отделения АЭ от развивающегося дефекта из совокупности получаемой информации.

Каждый объект имеет свой набор мешающих факторов, что требует создание аппаратуры АЭ-мониторинга для данного объекта, учитывая условия его эксплуатации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сущев С.П., Ларионов В.И., Акатьев В.А., Кумохин В.Г. Обоснование объёма ресурсов для ликвидации аварий на магистральном нефтепроводе на основе моделирования разливов нефти //Безопасность жизнедеятельности. - 2002, №7 - С. 7-12.

2. Белов В.М., Подлевских М.Н. Акустико-эмиссионная диагностика трубопроводов и сосудов, работающих под давлением. //Безопасность труда в промышленности, 1995. - № 9. - С. 53-59.

3. Дефектность труб нефтепроводов и методы их ремонта /Под. ред. А.Г. Гумерова.- М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1998. - 252 е.,ил.

4. Шумайлов А.С., Гумеров А.Г., Молдаванов О.И. Диагностика магистральных трубопроводов. - М.: Недра. - 1992. - 251 с.

5. Дудин С.М., Земенков Ю.Д., Антипьев В.Н., Кривохижа В.Н. Аварии и отказы на магистральных трубопроводах, их причины. //Геотехнические и эксплуатационные проблемы

нефтегазовой отрасли: материалы международного семинара. - Под общей редакцией профессора, д. т. н. С.Я. Кушнира. - Тюмень: ТюмГНГУ. - 2002. - 260 с.

6. Чахлов B.JI., Лапшин Б.М., Малов Е.А. Акустико-эмиссионная аппаратура для непрерывного контроля герметичности речных переходов магистральных нефтепроводов //Безопасность труда в промышленности. - 2000, №8. - С. 32-34.

7. Прибор для непрерывного наблюдения акустической эмиссии. Apparatus for continuous long-term monitoring acoustic emission. Пат. 4609994 Канада, Int. CI.4 G01S 5/18/ M. Nabil Bassim, Kris T a n gr i. - № 570866, Заявл. 5. 12. 83; Опубл. 02.09.1986.

8. Акустико-эмиссионная система для диагностики промышленных объектов. Пат. 2168169, Россия, МПК7 G01N29/14 /ЗАО "Нефтегазкомплекссервис" Краснов A.A., Гнетнев Ю.В., Конон A.B., Минаев А . Д. №124626/28; Заявл. 28.09.2000; Опубл. 27.05.2001.

9. Гриб В . В . Диагностика технического состояния оборудования нефтегазохимических производств. Обзор НТД. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1998. - 202 с.

10. Чахлов В.Л., Лапшин Б.М., Малов Е.А. Акустико-эмиссионная аппаратура для непрерывного контроля герметичности речных переходов магистральных нефтепроводов //Безопасность труда в промышленности. - 2000, №8. - С. 32-34.

УДК 620.179.162

Л. А. РЕДЬКО, Б.И. КАПРАНОВ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УГЛОВЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ СВАРНЫХ ШВОВ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Рассмотрена возможность применения вертикального цилиндрического отверстия вместо зарубки для настройки чувствительности при контроле сварных швов трубопроводов из пластмасс. Обоснована целесообразность применения для расчета эквивалентной площади дефектов в пластмассе формул, полученных эмпирически [4,6] для стали. Проведены расчеты эквивалентной площади дефектов при использовании в качестве опорного отражателя углового цилиндрического отверстия для частот 2,5 и 5 МГц..

В последнее время в нефтяной и газовой промышленности внедряются пластмассовые трубопроводы в силу ряда преимуществ их перед стальными [1]. При их строительстве чаще других соединений используют сварное [2,3].

Нефте - и газопроводы являются объектами повышенной опасности. Соединения являются слабым звеном любой конструкции. Поэтому контроль качества соединений трубопроводов необходим для предотвращения аварий.

В СП 42-105-99 "Контроль качества сварных соединений полиэтиленовых газопроводов" ультразвуковые методы обозначены как обязательные при контроле швов, сваренных нагретым инструментом встык.

Основным типом модели дефекта, по которому настраивается чувствительность контроля, и определяются размеры реальных дефектов является отверстие с плоским дном. При контроле сварных швов применяют также угловые отражатели: зарубку, вертикальное отверстие, риску (паз), двугранный угол [4]. Выполнить плоскодонное отверстие, плоскость которого перпендикулярна акустической оси наклонного искателя, сложно, поэтому при контроле сварных швов металлов и сплавов в качестве опорного отражателя традиционно применяют зарубку. Изготовление зарубки на пластмассе существующими способами трудоемко и зачастую не обеспечивает необходимой метрологической точности.

В этой связи, так как пластмассы хорошо подвергаются обработке сверлением, рассмотрим применение в качестве опорного отражателя углового цилиндрического отверстия.