Принцип работы ультразвукового внутритрубного дефектоскопа типа WM. Схемы контроля.

Принцип работы ультразвукового толщиномера состоит в измерении временных интервалов между зондирующим импульсом и импульсами, отраженными от внутренней и внешней поверхностей стенки трубопровода. Временной интервал между зондирующим импульсом и первым отраженным импульсом соответствует расстоянию (отступу) между датчиком и внутренней поверхностью стенки трубы. Временной интервал между первым и вторым отраженными импульсами соответствует толщине стенки.

Чтобы ввести ультразвуковые волны в контролируемое изделие, между преобразователем и изделием необходимо обеспечить акустический контакт. Существует два метода обеспечения такого контакта: контактный и погружной (иммерсионный). У внутритрубных дефектоскопах реализуется второй метод – иммерсионный (погружной). Пространство между датчиком и исследуемым объектом полностью заполнено жидкостью (нефтью или нефтепродуктом, в газопроводах – жидкостная пробка).

При контроле толщины стенки трубы и контроле дефектов, параллельных стенке трубы (расслоений, неметаллических включений) ультразвуковые колебания вводятся по нормали к поверхности трубы. При ручном контроле используются прямые преобразователи (рис). Во внутритрубных дефектоскопах преобразователи устанавливаются на гибком носителе, обеспечивающем фиксированный отступ между излучающей поверхностью преобразователя и внутренней поверхностью трубопровода (рис).

ПЭП – пьезоэлектрический преобразователь; Т – трубопровод; SO – значение отступа; Н – носитель датчиков (ПЭП)

Схема установки пьезоэлектрического преобразователя в упругом носителе внутритрубного дефектоскопа при радиальном прозвучивании стенки трубопровода

Ультразвуковые датчики устанавливаются в держателе прибора так, чтобы они находились перпендикулярно стенке трубы.

Измерение толщины стенки трубы или расстояния до несплошности производится путем измерения времени прохождения зондирующего (т.е. излучаемого в изделие) импульса от внутренней до наружной поверхности трубы или от внутренней поверхности до несплошности и отраженного импульса в обратном направлении. При известной скорости распространения ультразвука в стали (5850 м/с для продольных волн) указанный временной промежуток пропорционален двойной толщине стенки трубопровода или двойному расстоянию до дефекта.

После излучении датчиком ультразвукового импульса, происходит отражение ультразвукового сигнала сначала от внутренней, а затем от внешней стенки трубы. Отраженные сигналы фиксируются ультразвуковым датчиком (рисунок).

Время прихода первого отраженного сигнала преобразуется в расстояние от датчика до внутренней поверхности стенки трубы, а время прихода второго - в толщину стенки (рисунок).В случае наружной коррозии время прохождения сигнала в стенке стальной трубы уменьшается, что дает непосредственно количественную меру потери металла. В случае внутренней коррозии увеличивается время прохождения сигнала в нефти.

Кроме обнаружения внутренней и внешней потерь металла, данный метод позволяет обнаружить и измерить другие типы дефектов, такие как расслоения, включения, царапины, надрезы, задиры и вмятины и их комбинации. Ультразвуковой сигнал отражается от различных неоднородностей в толще металла стенки трубы, позволяя тем самым определять, кроме наружных или внутренних потерь металла различного рода, несплошности в металле трубы (рисунок).Записываемые данные представляют собою совокупность:ультразвуковых измерений - толщины стенки трубы и расстояния от датчиков до внутренней стенки трубы; показаний одометрической информации (информации о пройденном прибором расстоянии), давлении окружающей среды, температура внутри дефектоскопа.Примеры ультразвуковых дефектоскопов типа WM (рисунок)

Маркерная система дефектоскопа и система определения местной вертикали построены аналогично системам внутритрубного прояилемера. Внешние маркерные передатчики распологаются в точно определенных местах вдоль трассы нефтепровода. Точность определения координат дефектов достигает ± (20…25) см относительно ближайшего кольцевого сварного шва.

Данные, непрерывно поступающие от ультразвуковых датчиков, записывается одновременно с информацией одометрических колес, местной вертикали, временными метками и поступающими сигналами маркеров, таким образом осуществляется привязка информации к местности и окружности трубы.

Мастер-система программируется перед каждым прогоном прибора. Она контролирует все устройство во время движения в трубопроводе, с ее помощью можно выполнить задачи по дистанционному включению и выключению дефектоскопа.

Минимальное проходное сечение трубопровода, необходимое для пропуска ультразвукового дефектоскопа, составляет 85 %, а минимальный радиус поворота на 90° цельнотянутого колена трубы, проходимый прибором, составляет 1,5 Dн .

В качестве источника электропитания во внутритрубных инспекционных приборах используются литиевые батареи, как имеющие самую высокую емкость на единицу объема.

Количество датчиков на дефектоскопе предусмотрено такое, чтобы обеспечить контроль всей внутренней окружности трубы смыкающимися пятнами ультразвуковых лучей (для дефектоскопа 1220 мм, например, количество датчиков - 448). Вдоль оси трубы опрос ведется через 3,3 мм при скорости движения прибора 1 м/с. Таким образом, обеспечивается толщинометрия всей внутренней поверхности трубы за один прогон прибора. Информация от каждого датчика обрабатывается бортовыми компьютерами, сжимается и записывается в накопителях информации. (характеристики дефектоскопов, выявляемые дефекты) их ПМН10. Ультразвуковой внутритрубный дефектоскоп типа СD. Назначение. Основные части дефектоскопа.Ультразвуковой дефектоскоп предназначен для внутритрубного ультразвукового обследования магистральных трубопроводов с целью обнаружения продольных и поперечных стресс-коррозионных трещин стенок трубопровода и трещин в продольных и поперечных сварных швах.В дефектоскопах используется метод, основанный на акустическом эхо-импульсном зондировании стенки трубопровода с использованием ультразвуковых иммерсионных преобразователей совмещенного типа с наклонным вводом луча в стенку трубопровода.Внутритрубный дефектоскоп типа CD (рисунок) состоит из нескольких стальных герметичных секций (для диаметра 1020/1220 мм - из 2-х, 820 - 426 мм - из 3-х) и носителя датчиков. На ведущей (батарейной) секции установлен приемопередатчик и три одометрических колеса, два из которых работают в системе измерения расстояния, а третий участвует в назначении частоты опросов датчиков. При вращении этого колеса, независимо от скорости движения (в диапазоне скоростей от 0,25 до 1 м/с), через каждые 2-3 мм дистанции вырабатывается сигнал на запуск ультразвуковых систем. При скорости более 1 м/с ультразвуковые системы запускаются с постоянной частотой от встроенного генератора, что приводит к уменьшению разрешающей способности прибора, а при обследовании поперечных дефектов и к необнаружению части дефектов.В других секциях расположены ультразвуковые блоки, а также модули электроники и записи данных. Прибор снабжен программируемой микропроцессорной системой управления, маркерным приемопередатчиком и маятниковой системой вертикали. Прибор обнаруживает дефекты минимальной длины 50 мм, минимальной глубины 1,5 мм.

Система управления и контроля дефектоскопа обеспечивает: управление сбором и накоплением диагностической информации; регистрацию данных от ультразвуковых датчиков; регистрацию пройденного пути; регистрацию времени работы; передачу информации.