Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ дефектов на газопроводах и средств их обнаружения 12
1.1 Классификация и виды дефектов труб и соединительных деталей трубопроводов 12
1.2 Методы обнаружения дефектов . 14
1.3 Степень опасности дефектов и выявляемость методами НК. 20
1.4 Автоматизация технологического процесса неразрушающего контроля 23
Глава 2 Сравнительный анализ автоматизированных систем неразрушающего контроля линейной части магистральных газопроводов ОАО Газпром . 27
2.1 Методы неразрушающего контроля, применяемые в наружных сканерах-дефектоскопах. 27
2.2. Магнитные наружные сканеры-дефектоскопы 28
2.3. Акустические наружные сканеры-дефектоскопы . 30
2.4 Наружные сканеры – дефектоскопы, применяемые на объектах ОАО «Газпром». 35
2.5 Анализ испытаний, пройденных наружными сканерами- дефектоскопами. 37
Глава 3 Разработка методики стендовых испытаний и конструкции испытательного стенда . 40
3.1 Цель стендовых испытаний наружных сканеров-дефектоскопов. 40
3.2 Характеристики испытательного стенда для проведения стендовых испытаний дефектоскопического оборудования с целью оценки дефектов МГ. 41
3.3 Классификация дефектов испытательного стенда. 44
3.4 Методика стендовых испытаний наружных сканеров-дефектоскопов. 60
3.5 Разработка нормативной базы для обеспечения стендовых испытаний. 66
3.6 Анализ результатов стендовых испытаний наружных сканеров-дефектоскопов. 67
Глава 4 Исследование зависимостей глубины дефектов типа продольно-ориентированных трещиноподобных дефектов конечных размеров испытательного стенда от их длины 79
4.1. Исходные положения. 79
4.2 Обработка статистических данных по трещиноподобным дефектам испытательного стенда. 79
4.3 Построение моделей зависимости глубины трещиноподобных дефектов от их длины в среде Excel 89
4.3.1 Использование функций рабочего листа для построения уравнений регрессии 89
4.3.2 Использование программы оптимизации Excel «поиск решения». 102
4.4 Анализ полученных моделей функциональной зависимости глубины трещины от её длины 104
Заключение 108
- Методы обнаружения дефектов
- Акустические наружные сканеры-дефектоскопы
- Характеристики испытательного стенда для проведения стендовых испытаний дефектоскопического оборудования с целью оценки дефектов МГ.
- Построение моделей зависимости глубины трещиноподобных дефектов от их длины в среде Excel
Методы обнаружения дефектов
К внутренним дефектам основного металла относят не выходящие на поверхность дефекты, возникшие при производстве заготовок, а также расслоение.
К поверхностным дефектам заводских сварных швов относят выходящие на поверхность: трещины; раковины; поры; свищ в сварном шве; поверхностное окисление сварного соединения; подрез зоны сплавления. К внутренним дефектам заводских сварных швов относят не выходящие на поверхность: раковины; поры; непровар (несплавление); трещины; шлаковые включения. К дефектам геометрии заводских сварных швов относят: вогнутость корня шва; брызги металла; наплыв на сварном соединении; смещение сваренных кромок. К дефектам геометрии труб и СДТ относят: вмятину; гофр; кривизну трубы; овальность. К дефектам монтажных сварных соединений относят дефекты, приведенные в [7, 16, 28, 33, 60 и др.].
Для доставки природного газа российским и зарубежным потребителям проложены сотни тысяч километров магистральных и промысловых трубопроводов. Обеспечение бесперебойности поставок природного газа диктует повышенные требования к надежности и безопасности трубопроводных систем. Предупреждая, выявляя и устраняя отказы и неисправности на каждом отдельном участке, диагностика позволяет получить значительный экономический эффект за счет практической реализации стратегии эксплуатации по техническому состоянию.
Техническое диагностирование состояния основного металла труб и сварных соединений в процессе переизоляции является составной частью капитального ремонта газопровода. Основная цель проводимых работ – оценка технического состояния объектов контроля визуальными и физическими методами, идентификация и протоколирование выявленных дефектов, выдача заключений о возможности дальнейшей эксплуатации контролируемого объекта, с указанием при необходимости методов ремонта.
Важными критериями высокого качества являются физические, геометрические и функциональные показатели, а также технологические признаки качества, например, отсутствие недопустимых дефектов; соответствие физикомеханических свойств и структуры основного металла; соответствие геометрических размеров и чистоты обработки поверхности требуемым нормативам и т.п [11, 51, 52, 57, 63].
Широкое применение неразрушающих методов контроля, не требующих вырезки образцов или разрушения эксплуатируемых труб, позволяет избежать больших потерь времени и материальных затрат, обеспечить частичную или полную автоматизацию операций контроля при одновременном значительном повышении качества и надежности процесса диагностирования в целом.
Неразрушающий контроль при техническом диагностировании обеспечивает безопасность и возможность эксплуатации объектов по их фактическому состоянию, а не по расчетному ресурсу. Важно, что систематический анализ статистических данных НК объектов при установившемся технологическом процессе их изготовления или эксплуа-15 тации позволяет фиксировать возникающие отклонения в технологическом процессе, определять в ряде случаев причины образования дефектов и вырабатывать рекомендации по их устранению. Таким образом, функции НК существенно расширяются: НК как пассивный метод оценки качества объектов становится активным средством оценки стабильности и регулирования технологических процессов [65].
Основой задачей дефектоскопии на данный момент является своевременное обнаружение перечисленных выше дефектов трубопроводов средствами НК.
НК особо опасных и ответственных объектов, к которым относится ЛЧ МГ, проводится в целях получения достоверных сведений о ее техническом состоянии. Задачами НК являются [37, 33, 39, 25, 38, 29, 2, 5 и др.]: - обеспечение своевременного обнаружения опасных трещин и других дефектов, возникающих при эксплуатации ЛЧ МГ с выдачей информации об их наличии, местонахождении и размерах; - предотвращение отказов и аварий; - поддержание ЛЧ МГ в исправном состоянии на основе объективной оценки их технического состояния; - проведение НК в объеме, необходимом для принятия обоснованных решений по увеличению ресурсов или сроков эксплуатации.
Классификация видов и методов НК установлена в действующих нормативных документах [19]. В основу классификации положен физический процесс с момента взаимодействия физического поля или вещества с контролируемым объектом до получения первичной информации.
Каждый вид НК используется для решения определенного круга задач. При разработке, эксплуатации и ремонте особо опасных и ответственных объектов применяемый метод НК указывается в действующих на них нормативных документах.
Акустические наружные сканеры-дефектоскопы
Анализ испытаний, пройденных НСД, выявил, что тестирование и апробация дефектоскопического оборудования велись на разных образцах и стендах, зачастую не имеющих необходимого набора реальных дефектов труб и сварных соединений трубопроводов ОАО «Газпром». Количество испытаний, программы и методики выполнения проверок технических и дефектоскопических характеристик НСД также отличаются у различных типов НСД.
Применение таких технических средств приводит к пропуску, неверной идентификации, ошибкам в определении размеров дефектов, что приводит как к недооценке опасности выявленных дефектов, так и к «перебраковке» с необоснованными затратами на выполнение ремонтных работ [47, 48, 49, 55].
На основании вышеизложенного, оценка соответствия диагностического оборудования техническим требованиям ОАО «Газпром» должна проводиться путем выполнения системы функциональных испытаний, базирующихся на единой методологической основе. В соответствии с [18] функциональные испытания проводятся с целью определения соответствия значений показателей назначения диагностического оборудования, требованиям нормативной документации ОАО «Газпром». В общем случае испытания средств технического диагностирования - это процесс проверки правильности технических решений, заложенных при проектировании как собственно средств диагностирования, так и сопутствующих систем сопровождения и обработки информации. В рамках испытаний реально достигнутые характеристики диагностического оборудования проверяются на предмет соответствия техническому заданию или техническим требованиям, в том числе, проводится оценка удобства эксплуатации и соответствия эксплуатационной документации требованиям нормативных документов.
В данной работе разрабатывается единая методика стендовых испытаний НСД, как неотъемлемой части комплекса функциональных испытаний. Целью проведения стендовых испытаний является экспериментальное определение значений основных дефектоскопических и технических характеристик диагностического оборудования и оценка их соответствия требованиям технического задания, технических условий и нормативной документации ОАО «Газпром».
Реализация функциональных проверок при выполнении программы стендовых испытаний является наиболее ответственным и трудоемким этапом из всего цикла испытаний, согласно [15]. Ключевым моментом, определяющим проведение данного этапа испытаний, является наличие испытательного стенда. В процессе анализа НД [15] автором сформулированы основные требования к испытательному стенду: - конструкция испытательного стенда должна обеспечивать возможность реализации принятой в нормативных документах технологии диагностирования; - испытательный стенд должен обеспечивать возможность выполнения проверок, в рамках реализуемого в диагностическом оборудовании метода НК; - испытательный стенд должен содержать необходимый набор искусственных дефектов, модели которых соответствуют наиболее характерным дефектам контролируемого оборудования, реализованному методу НК, а набор их типов и количество должно являться достаточным для выполнения проверок дефектоскопических характеристик диагностического оборудования; - испытательный стенд должен содержать необходимое количество характерных естественных дефектов, а количество их типов по морфологическим признакам должно являться достаточным для выполнения проверок дефектоскопических характеристик диагностического оборудования; - испытательный стенд должен иметь необходимую исполнительную документацию, в том числе: паспорт стенда, паспорт дефектов испытательного стенда, технологические карты НК дефектов испытательного стенда, журнал учета работ, журнал регистрации изменений, конструкторскую документацию на основные элементы (при необходимости), методику выполнения основных работ (измерений).
Характеристики испытательного стенда для проведения стендовых испытаний дефектоскопического оборудования с целью оценки дефектов МГ.
Для проведения стендовых испытаний на Опытно-экспериментальной базе ООО «Газпром ВНИИГАЗ» был создан испытательный стенд, представляющий собой расположенную на опорах плеть из четырех труб, имеющих естественные и искусственные дефекты в основном металле, стыковых и продольных сварных соединениях [42, 53, 54]. Общая схема испытательного стенда показана на рисунке
Характеристики испытательного стенда для проведения стендовых испытаний дефектоскопического оборудования с целью оценки дефектов МГ.
При проверке оперативной обработки результатов автоматизированного контроля, после повторного сканирования дефектных участков фиксируют время, затраченное на оперативную обработку результатов контроля данных участков, осуществляют разметку выявленных аномальных зон для подтверждающего ручного контроля и оценивают совпадение местоположения аномальных зон, выявленных сканером-дефектоскопом с местоположением естественных и искусственных дефектов испытательного стенда.
Для проверки точности измерения координат дефектов, по полученным дефектограммам с результатами автоматизированного контроля проводят сравнительную оценку значений координат дефектов, выявленных сканером-дефектоскопом на дефектных участках (с учетом повторного сканирования) и соответствующих значений координат дефектов, приведенных в Паспорте испытательного стенда..
Оценку вероятности обнаружения дефектов НСД в основном металле труб при стендовых испытаниях проводят: - для трещиноподобных дефектов (по выявляемости искусственных дефектов пропилов); - для дефектов язвенной коррозии (по выявляемости искусственных дефектов засверловок);
Для оценки вероятности обнаружения дефектов составляют сводную таблицу дефектов, выявленных сканером-дефектоскопом на участках со стандартизованными искусственными дефектами в основном металле трубы (с учетом повторного сканирования) с допустимым соотношением сигнал/шум (не менее 6 дБ) и рассчитывают вероятность вероятность обнаружения дефектов.
Вероятность обнаружения дефектов q определяют отдельно для коррозионных дефектов (стандартизованные засверловки) и трещин (стандартизованные пропилы). Количество паспортизованных дефектов каждого типа для достижения уровня доверительной вероятности 90% должно быть не менее 22 шт. Вероятность обнаружения дефектов q определена по формулам: квантиль нормированного нормального распределения, выбранной доверительной вероятности 90% равный 1,282. Результаты измерений и автоматизированного контроля по каждой проверке, проведенной при стендовых испытаниях, систематизируются в виде таблиц и включаются в протокол функциональных испытаний наружного сканера-дефектоскопа или оформляются отдельным протоколом стендовых испытаний, в котором отражается: тип, идентификационные номера, организацию-разработчика сканера-дефектоскопа и дату его поступления на испытания; перечень и результаты проверок, проведенных при стендовых испытаниях; - замечания и недостатки, выявленные в процессе испытаний; заключение по результатам стендовых испытаний и предложения членов комиссии по устранению выявленных недостатков.
Разработка нормативной базы для обеспечения стендовых испытаний. В соответствии с [15] продукция при постановке на производство должна подвергаться предварительным, приемочным и квалификационным испытаниям. В соответствии с [61] квалификационные испытания являются составной частью процедуры экспертизы технических условий продукции и материалов, используемых для ремонта и диагностики объектов транспорта газа, для оценки соответствия их характеристик техническим требованиям ОАО «Газпром».
Исходя из вышесказанного перед коллективом разработчиков, в состав которого входит автор работы, стояла задача по созданию нормативной базы, обеспечивающей проведение стендовых испытаний НСД для экспериментального определения значений выявляемости, идентификации и оценки дефектов и других показателей назначения НСД, базирующихся на единых методических требованиях.
Для проведения стендовых испытаний НСД для оценки дефектов магистральных газопроводов, как неотъемлемой части функциональных испытаний разработаны: - «Временные типовые технические требования к наружным сканерам-дефектоскопам для автоматизированного неразрушающего контроля трубопроводов при капитальном ремонте»; - «Типовые требования к испытаниям наружных сканеров-дефектоскопов перед их допуском к применению на объектах ОАО «Газпром». Оба документа впоследствии были доработаны и дополнены, результатом чего явилось разработка и внедрение следующих нормативных документов: - Р Газпром 2-2.6-596-2011 «Организация и проведение технического. Основные положения».
диагностирования линейной части магистральных газопроводов наружными сканерами-дефектоскопами при капитальном ремонте. Общие требования» Р Газпром 2-2.3-733-2013 «Организация и проведение испытаний наружных сканеров-дефектоскопов, предназначенных для автоматизированного неразрушающего контроля трубопроводовБыл разработан пакет технической документации стенда ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для проведения испытаний оборудования неразрушающего контроля и диагностирования, включающего: - «Стенд ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для проведения испытаний оборудования неразрушающего контроля и диагностирования. Паспорт» 03.3656.00.00.000ПС; - «Паспорт искусственных и естественных дефектов стенда ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для проведения испытаний оборудования неразрушающего контроля и диагностирования» 03.3656.00.00.000ПД; - «Методика выполнения работ по неразрушающему контролю на испытательном стенде ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для проведения испытаний оборудования неразрушающего контроля и диагностирования» 03.3656.00.00.000МНК; - «Стенд ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для проведения испытаний оборудования неразрушающего контроля и диагностирования. Журнал движения Стенда в эксплуатации».
На рисунке 3.17 приведена диаграмма выявления НСД дефектов в кольцевых сварных соединениях. Диаграмма выявления НСД различных типов дефектов в основном металле и продольных сварных соединениях труб испытательного стенда при проведении испытаний [50, 53] приведена на рисунке 3.18.
Построение моделей зависимости глубины трещиноподобных дефектов от их длины в среде Excel
Становление технических наук в целом связано с приданием инженерному знанию формы, аналогичной науке, в результате чего сформировались профессиональные общества, подобные научным, были основаны научно-технические журналы, созданы исследовательские лаборатории, а математические теории и экспериментальные методы науки были приспособлены к техническим нуждам. В то время, когда происходило становление технических наук, во-первых, научно-технические знания формировались на основе применения естественнонаучных знаний к инженерной практике и, во-вторых, выделились в особую систему первые научно-технические дисциплины. Диагностика, как область знаний, сформировалась для решения конкретных задач - повышения эксплуатационной надёжности высокотехнологичных производственных объектов.
Таким образом, исследовательская проблема прогнозирования остаточного ресурса оборудования, в данном случае труб ЛЧ МГ, детерминирована инженерной задачей [6], поскольку любой контролируемый объект, как важный компонент единой системы газоснабжения, в данном случае одновременно и объект исследования. Для достижения все большей достоверности диагностирования, что диктуется фактически социальным заказом, требуется разрабатывать все новые технологии и материалы, а также совершенствовать методики их отработки [13, 14].
В данной работе выполнены исследования по разработке и внедрению единой методики проведению стендовых испытаний сканеров-дефектоскопов, с целью повышения качества оценки дефектов, при проведении диагностировании ЛЧ МГ с помощью НСД. В ходе исследования было проведено ряд работ, по которым получены результаты и сформулированы соответствующие выводы.
Выполнен анализ характерных дефектов ЛЧ МГ, а также средств их обнаружения. По результатам исследований установлена недостаточность объёма НК для проведения комплексного анализа состояния всей площади основного металла трубы, предусмотренного «Инструкцией по оценке дефектов труб и соединительных деталей при ремонте и диагностировании магистральных газопроводов».
Показаны перспективы применения НСД в процессе отбраковки труб при капитальном ремонте, сформулированы общие требования к ним.
Выполнен анализ НСД, используемых для автоматизированного НК основного металла труб и сварных соединений ЛЧ МГ ОАО «Газпром» при капитальном ремонте. В настоящее время при проведении диагностических работ на объектах ЛЧ МГ ОАО «Газпром» применяются разные типы НСД, отличающихся как по конструктивному исполнению, так и по используемым методам НК
Выполнен анализ результатов испытаний, пройденных НСД до стендовых испытаний согласно данной работе. Произведённый анализ показал, что отработка НСД велась на стендах разработчиков, не имеющих необходимого набора реальных дефектов труб и сварных соединений трубопроводов ОАО «Газпром» и в условиях отсутствия единого методологического подхода к организации и проведению испытаний НСД.
Разработана и внедрена система группировки искусственных стандартизованных дефектов испытательного стенда по участкам, которые предназначены для выполнения различных проверок диагностического оборудования с целью повышение качества оценки дефектов труб и сварных соединений ЛЧ МГ.
Результаты проверки дефектоскопических характеристик НСД на дефектных участках, в соответствии с разработанной системой группировки искусственных паспортизованных дефектов, объективно показывают уровень оценки дефектов труб магистральных газопроводов разными типами НСД.
По результатам стендовых испытаний ни один из представленных на стендовые испытания НСД не может быть использован для измерения размеров дефектов, т.е. не может быть рассмотрен как измерительный прибор. Для повышения эффективности идентификации и оценки степени опасности дефектов использование НСД в качестве индикаторных приборов требует проведения комплексного контроля с применением ручных дефектоскопов;
В ходе анализа результатов стендовых испытаний НСД установлено, что алгоритм математической обработки сигналов от дефектов требует улучшения в части определения размеров найденных дефектов и обеспечения возможности ранжирования дефектов по степени опасности. по С целью повышения эффективности математической обработки сигналов от дефектов проведены дополнительные исследования трещиноподобных дефектов испытательного стенда на предмет выявления зависимости глубины трещиноподобных дефектов испытательного стенда от их длины. По результатам исследований выявлено, что для построения моделей зависимости нельзя подобрать один вид функции, которая с достаточной степенью точности (достоверности) описывала бы функциональную зависимость глубины трещиноподобных дефектов испытательного стенда от их длины. Необходимо проводить дальнейшие исследования с разбивкой полей данных измерений на отдельные области с дальнейшим «подбором» сложной функции, состоящей из совокупности «простых».
