Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России
ИЗОПРОФЛЕКС-115А

Акустико-эмиссионный контроль на трубопроводах магистральных теплосетей Норильского промышленного района

Д.т.н. Г.А. Бигус, проф.;
А.Б. Счастливцев, аспирант;
М.А. Сабреков, аспирант,
МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва

Введение

Наиболее существенной проблемой организации качественного теплоснабжения Норильского промышленного района (НПР) на современном этапе является существенный технический износ трубопроводов тепловых сетей (ТС) (рис. 1). Согласно данным, приведенным в [1], доля сетей, введенных в эксплуатацию до 1988 г., составляет более 60%.

Рис.1. Пример состояния магистральных теплосетей, район Норильска.

В настоящее время происходит плановое обновление ТС. Преимущественно, перекладываются магистральные сети, выполненные надземной прокладкой. Квартальные сети не перекладывались с 1998 г.

Инвестиции, необходимые для реконструкции ТС, оцениваются десятками миллионов рублей [1]. Планируемый прогноз прироста нагрузок на теплосети, приведенный на рис. 2, показывает их значительное увеличение в ближайшие годы, что неизбежно приведет к росту аварийных отказов дефектных участков трубопроводов. В то же время связи между ТЭЦ Норильска по ТС отсутствуют, что предъявляет повышенные требования к трубопроводам по надежности и живучести.

Данные обстоятельства определяют необходимость поиска эффективных способов обеспечения эксплуатационной надежности трубопроводов ТС. Ключевое направление общей стратегии обеспечения целостности эксплуатируемых трубопроводов видится в своевременной и эффективной диагностике их технического состояния [2]. Выявление дефектов конструкции трубопровода на ранних стадиях их развития позволит снизить вероятность возникновения неконтролируемых катастрофических ситуаций, приводящих к сильному повреждению или полному разрушению конструкции трубопровода [3].

Однако на сегодняшний день ситуация такова, что техническая диагностика трубопроводов ТС включает в себя преимущественно гидравлические испытания участков ТС с визуальным осмотром трубопровода. В частности, в Типовой инструкции по периодическому техническому освидетельствованию трубопроводов тепловых сетей в процессе эксплуатации [4] указывается: «трубопроводы тепловых сетей при проведении периодического технического освидетельствования должны подвергаться гидравлическому испытанию в целях проверки прочности и плотности трубопроводов и их элементов, включая все сварные и другие соединения». Следует отметить, что практика данных испытаний проводится для отбраковки аварийных труб, что позволяет повысить надежность теплоснабжения, однако, наряду с этим, провоцирует дополнительную дефектность трубопроводов. Причем металл труб в ходе этих испытаний может испытывать, помимо повышенного давления, также и динамические удары. Для трубопроводов ТС НПР, вследствие их значительной изношенности, эти процессы могут вызвать внезапные катастрофические разрушения (рис.1).

Становится очевидным, что с целью предупреждения возможности неконтролируемых катастрофических разрушений дефектных участков трубопроводов ТС, необходимо обеспечить сопровождение гидравлических испытаний эффективными способами идентификации предаварийного состояния. Согласно требованиям [5] в качестве сопровождающего метода при гидравлических испытаниях объектов рекомендуется использовать метод акустической эмиссии (АЭ). Акустико-эмиссионный метод основан на регистрации и анализе параметров сигналов акустической эмиссии материала контролируемого объекта, обусловленный наличием или развитием в нем дефектов. Технические возможности современных аппаратно-программных средств позволяют за одно измерение контролировать участок трубопровода до 1500 м.

Кроме того, магистральные тепловые сети НПР имеют надземную прокладку, что значительно упрощает вспомогательные работы при проведении АЭ-контроля, отпадает необходимость в дорогостоящих земляных работах по шурфовке участков трубопровода под установку преобразователей акустической эмиссии (ПАЭ). В то же время применение метода АЭ при диагностировании трубопроводов ТС НПР, несмотря на его перспективность, сопряжено с существенными проблемами, связанными как с особенностями самого объекта диагностирования, так и районом проведения диагностики.

Во-первых, анализ отказов трубопроводов ТС показывает, что большинство аварийных ситуаций (>80%) связано с развитием коррозионных повреждений (рис. 3). На сегодняшний день методики обнаружения и классификации степени опасности локальных коррозионных дефектов с помощью метода акустической эмиссии отсутствуют [7].

Во-вторых, возможен высокий уровень акустических помех от транспортируемой воды.

В-третьих, трубопроводы теплосетей НПР имеют значительную протяженность, вследствие рассредоточенности на большой территории добывающих площадок и населенных пунктов, а межотопительный период, пригодный для проведения диагностики трубопроводов ТС в условиях Крайнего Севера, ограничен только летними месяцами.

Таким образом, становится актуальной разработка методик АЭ-контроля, позволяющих локализовать место коррозионного повреждения и его потенциальную опасность.

Кроме того, необходим поиск эффективных способов проведения АЭ диагностики трубопроводов ТС в условиях Крайнего севера, которые позволят выполнить диагностирование в ограниченные сроки и минимизировать материальные потери, связанные с проведением гидравлических испытаний.

В данной работе были проведены натурные исследования, направленные на оценку возможностей метода акустической эмиссии по локализации коррозионных дефектов в действующем трубопроводе теплосети и анализ информативных параметров соответствующего акустического излучения.

Методика проведения испытания

Объектом исследования был выбран типовой участок магистрального трубопровода теплосети, расположенного в районе Норильска. Данные о трубопроводе: Ду 500, сталь Ст20, толщина стенки трубы 10 мм, рабочее давление 0,6 МПа (6 кг/см2). Срок эксплуатации участка на момент исследования составлял 28 лет. Эксперимент проводился с применением американской акустико-эмиссионной системы в соответствии с методикой [5]. Для контроля использовались ПАЭ DP6I, которые располагались последовательно на верхней образующей трубопровода. Среднее расстояние между ПАЭ составляло 60 м. Общий коэффициент усиления составлял 40 дБ при уровне отсечки шумов 2530 дБ. Нагружение трубопровода проводилось с 4 до 8 кг/см2, с промежуточной выдержкой на отметке 6 кг/см2 (рис. 4).

Результаты испытания

В течение всего цикла нагружения, на подъемах и выдержках наблюдалось проявление источников II класса опасности, согласно [5]. Место источников АЭ было установлено согласно схеме локации между 1, 2 и 3 ПАЭ (рис. 5). Следует отметить, что амплитуда источников АЭ не превышает 47 дБ, а длительность - не более 6500 мкс (рис. 6, 7).

После проведения испытаний участки с источниками были очищены от изоляции и проведен внешний осмотр. По результатам АЭ-контроля были выявлены области с язвенной коррозией металла глубиной до 2,5 мм (рис. 8).

Выводы

1. Исследована технология проведения гидравлических испытаний трубопровода ТС НПА, сопровождаемых методом АЭ-контроля.

2. Достоинством предложенного способа является повышение безопасности проведения гидроиспытаний, исключение случаев неконтролируемых разрушений участков трубопровода.

3. Метод АЭ позволяет выявлять основные эксплуатационные повреждения трубопроводов ТС - коррозия стенки трубы.

4. Источники типа язвенной коррозии генерируют сигналы АЭ с амплитудой не более 47 дБ и длительностью от 20 до 6500 мкс.

5. Установлено, что амплитудное распределение от источника типа язвенной коррозии имеет два максимума в области малых и средних амплитуд (рис. 9). Такое поведение связано очевидно с развитием коррозионных дефектов (рис. 10).

6. Полученные информативные параметры АЭ-сигналов будут являться основой для объективной интерпретации акустической эмиссии от источников типа язвенная коррозия.

7. Проведенные исследования полезны для дальнейшей опытно-промышленной отработки АЭ-контроля на трубопроводах ТС других типоразмеров, что позволит уточнить критерии оценки выявляемых коррозионных повреждений (рис. 11).

Литература

1. Схема теплоснабжения муниципального образования город Норильск на период с 2013 года до 2028 года [Электронный ресурс] / Электрон. текстовые дан. - Режим доступа: http://norilskty.ru/files/24690/29196/sxemajeplosnjvo_g_norilsk.pdf, свободный.

2. Г.А. Бигус, А.Б. Счастливцев. Алгоритм оценки развития коррозионных трещин при акустико-эмиссионном мониторинге колонных аппаратов // Сварка и диагностика.

- 2014. - № 4. С. 50-54.

3. Г.А. Бигус, Ю.Ф. Даниев. Техническая диагностика опасных производственных объектов // М.: Наука, 2010. - 415 с.

4. РД 153-34.0-20.522-99 «Типовая инструкция по периодическому техническому освидетельствованию трубопроводов тепловых сетей в процессе эксплуатации».

5. ПБ 03-593-03 «Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов».

6. Труды IV Международной научно-технической конференции «Акустическая эмиссия. Роль метода в системах комплексного мониторинга технического состояния опасных производственных объектов». - Москва, 2015. 300 с.

7. Кузьмин А.Н., Жуков А.В., Стюхин Н.Ф., Харебов В.Г., Аксельрод Е.Г. Акустико-эмиссионная диагностика коррозионных дефектов трубопроводов // Технадзор. -2007. - № 7.

Г.А. Бигус, А.Б. Счастливцев, М.А. Сабреков, Акустико-эмиссионный контроль на трубопроводах магистральных теплосетей Норильского промышленного района

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №11 (195) 2016 г. , www.rosteplo.ru/nt/195

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Трубопроводы ТВЭЛ