Принцип работы ультразвукового внутритрубного дефектоскопа типа СD. Схемы контроля.

Метод состоит в регистрации и измерении амплитуды отраженных от трещин сигналов и временных интервалов между зондирующим импульсом, импульсом, отраженным от внутренней стенки трубопровода и импульсом от трещины. Амплитуда эхо-сигнала при этом пропорциональна площади несплошности, служащей отражателем. Схема прозвучивания представлена на рисунке.

Рисунок– схема прозвучивания наклонными преобразователями

Излученная датчиком ультразвуковая волна входит в металл под углом 17° к перпендикуляру к поверхности и распространяется в металле под углом 45°, при этом обеспечивается наилучшее отражение сигнала от трещины. Отраженные сигналы от трещины принимаются этим же датчиком. Для повышения вероятности обнаружения дефектов, прозвучивание производится с двух сторон, сигнал от дефекта может быть принят 2-мя или 3-мя датчиками с каждой стороны. В процессе интерпретации такие сигналы от разных датчиков совмещаются, а по характеристикам принятых сигналов, вырабатывается заключение о свойствах дефекта.

Наиболее удачным методом определения трещиноподобных дефектов, который в основном и используется при разработке дефектоскопов, является теневой с использованием наклонно расположенных ультразвуковых датчиков.

Метод заключается во введении наклонного ультразвукового луча в тело трубы и получении этим же датчиком отраженного от дефекта сигнала. Угол падения луча (наклона датчика) выбирается таким, чтобы угол распространения преломленного луча в стенке трубы был 45° к поверхности (рисунок).

Рисунок – Схема работы наклонного ультразвукового датчика

Ультразвуковая волна, распространяющаяся в стенке трубы, отражается встречающимися трещинами и частично рассеивается. Наибольший отраженный сигнал приходит от трещин, расположенных перпендикулярно направлению распространения волны. С увеличением угла между направлением распространения луча и трещиной, амплитуда отраженного луча, приходящего к датчику, уменьшается. Поэтому для обнаружения разнонаправленных трещин необходимо иметь как минимум две системы датчиков, расположенных взаимно перпендикулярно.

На вход ультразвукового датчика приходит очень сложный отраженный сигнал, из которого необходимо извлечь полезную информацию о наличии трещин и их параметрах. Это достигается обработкой приходящего сигнала электронными и программными средствами на борту прибора-дефектоскопа.

Вышеописанный принцип обнаружения трещин реализован во внутритрубном ультразвуковом дефектоскопе типа CD (Crack Detection – детектор трещин).

Носитель датчиков ультразвукового дефектоскопа CD сконструирован таким образом, чтобы за один пропуск сканировался весь периметр трубы. Для обнаружения трещин используется большое количество датчиков, расположенных под углом к осевой плоскости трубы, половина которых сканирует в одном направлении, половина датчиков - в другом. Количество датчиков подобрано таким, что каждый следующий датчик сдвинут на половину диаметра датчика в сторону прозвучивания, кроме того, сканирование осуществляется в обе стороны (рисунок).

Рисунок – Схема работы системы ультразвукового дефектоскопа CD

При этом обеспечивается избыточное сканирование всех участков стенки трубы, благодаря чему осуществляется более надежное обнаружение трещин на фоне возможных ложных сигналов из-за изменений геометрии стенки трубы. Кроме того, часть датчиков расположены перпендикулярно стенке трубы для осуществления толщинометрии. Это необходимо для измерения реальной толщины стенки, а также для обнаружения поперечных швов и арматуры, что необходимо для точной привязки дефектов. В реальности количество датчиков, например, для прибора (для труб диаметром 720 мм) составляет 480 датчиков, расположенных на 16 полозах, при этом 240 датчиков сканируют по часовой стрелке, 240 – против часовой стрелки. На каждом полозе установлены два датчика для осуществления толщинометрии.

Датчики установлены на полиуретановых полозах, из которых монтируется очень гибкий носитель, обеспечивающий неизменное расстояние между датчиками и внутренней поверхностью трубы, а также поддерживается необходимый угол падения ультразвукового луча.

Для обнаружения продольных трещин используется носитель с поперечным наклоном датчиков. Для обнаружения поперечных трещин используется носитель с продольным наклоном датчиков.

Вследствие необходимости использования большого количества датчиков, а также сложных алгоритмов обработки информации, резко возрастает объем электроники, потребляемая мощность и, как следствие, количество секций и длина внутритрубного дефектоскопа.

12.Комбинированный внутритрубный ультразвуковой дефектоскоп WM&CD. Обнаруживаемые дефекты. Метод, заложенный в основу работы дефектоскопа.

Ультразвуковой комбинированный дефектоскоп предназначен для внутритрубного ультразвукового обследования магистральных трубопроводов с целью измерения остаточной толщины стенки и обнаружения продольных или поперечных трещин в поперечных и продольных сварных швах.

В дефектоскопах используется метод, основанный на акустическом эхо-импульсном зондировании стенки трубопровода с использованием ультразвуковых иммерсионных преобразователей совмещенного типа с перпендикулярным (толщиномер) и наклонным (детектор трещин) вводом луча в стенку трубопровода.

а – стресс-коррозия; б – продольная трещина; в – плены

Рисунок - дефекты, обнаруживаемые при проведении ультразвуковой диагностики трубопровода

13. Магнитный внутритрубный дефектоскоп MFL. Назначение. Основные элементы дефектоскопа, их назначение.

Магнитные дефектоскопы МFL контролируют трубопроводы методом регистрации утечек магнитного потока в материале трубопровода и в сварных швах при движении дефектоскопа потоком перекачиваемого продукта. Пропуск дефектоскопов МFL по участкам с подкладными кольцами нецелесообразен из-за искажений магнитного поля подкладными кольцами и как следствие невозможностью получить информацию о наличии дефектов в кольцевых сварных швах.

Для магнитных дефектоскопов МFL должна также дополнительно проводиться очистка трубопровода от металлического мусора (остатков электродов, оборванных наплывов сварных швов и т.п.) пропуском магнитных очистных скребков типа СКР3.

Минимальный внутренний диаметр трубопровода – 85% от D_н.

Магнитный контроль проводится в приложенном или остаточном магнитном поле. Выбор направления магнитного поля, а следовательно и способ намагничивания, зависят от ориентации дефектов. Магнитное поле должно быть перпендикулярно направлению дефекта.

В магнитных приборах для проведения внутритрубной дефектоскопии, индикация магнитных полей рассеяния осуществляется специальными магниточувствительными датчиками, установленными на упругих носителях и сканирующими внутреннюю поверхность трубопровода. Показания датчиков преобразуются в электрические сигналы, которые регистрируются запоминающей системой прибора.

Продольное намагничивание до полного насыщения стенки трубопровода осуществляется мощными постоянными магнитами, установленными на корпусе внутритрубного прибора. Замыкание магнитного потока на стенку трубы производится через гибкие магнитопроводы. Современные магнитные приборы высокого разрешения способны выявлять дефекты потери металла, вызывающие уменьшение толщины стенки трубопровода, дефекты в сварных швах, определять на какой поверхности находятся дефекты потери металла – наружной или внутренней.

Конструктивная схема внутритрубного магнитного дефектоскопа показана на рисунке.

Магнитный дефектоскоп состоит из:

- цилиндрической системы намагничивания на основе мощных постоянных магнитов. Замыкание магнитного контура между полюсами магнитов и стенкой трубопровода осуществляется через гибкие магнитопроводы, выполненные в виде стальных щеток;

- герметичного корпуса-контейнера для электронной аппаратуры. Он крепится к цилиндрической системе намагничивания;

- блоков преобразователей магнитного поля в электрические сигналы так называемых ласт, каждый из которых содержит два типа магнитных датчиков.

- опорных элементов – манжеты, кольца.

Первое кольцо датчиков расположено между полюсами магнитов. Здесь расположены датчики двух типов – 1 и 3. Датчики первого типа – высокочувствительные индукционные преобразователи – реагируют только на магнитный поток рассеяния, возникающий на дефектах стенки трубы. Датчики 3 типа – датчики Холла – измеряют абсолютное значение магнитного поля на внутренней поверхности трубопровода. Их количество в 20 раз меньше, чем датчиков 1 типа. Сигналы этих датчиков используются для определения толщины стенки трубы.

На втором кольце установлены датчики 2 типа. Они аналогичны датчикам 1 типа, но обладают меньшей чувствительностью и реагируют только на дефекты потери металла, расположенные на внутренней поверхности трубопровода. По сигналам датчиков 1 типа и 2 типа можно определить на какой поверхности – внутренней или наружной - находится дефект.

Для того чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение прибора через сужения, датчики устанавливают на упругих носителях, а носители закреплены на «плавающих» кольцах, которые перемещаются относительно корпуса прибора в радиальном направлении, приспосабливаясь к геометрии трубопровода (например, в зоне односторонней вмятины);

Для трубопроводов диаметром 1020 мм и 1220 мм прибор выполнен двухсекционным, для трубопроводов меньших диаметров – количество секций три и более. Секции соединены между собой буксировочными тягами с универсальными шарнирами.

Передняя секция удерживается в центре трубы с помощью щеток магнитного контура и поддерживающих колес, расположенных равномерно по окружности, которые поджимаются к стенке трубы с помощью пружин. Спереди и сзади секции расположены полиуретановые манжеты, предназначенные для центрирования и обеспечения движения прибора по трубопровода потоком перекачиваемого продукта.

Вторая секция дефектоскопа содержит систему обработки и записи данных, источники питания (батареи), датчики температуры и дифференциального давления, элементы внешней электроники.

На передней и задней частях второй секции расположены поддерживающие колеса для центрирования прибора в трубе. Сзади установлены три одометрических колеса, которые измеряют пройденное расстояние и выдают сигналы для опроса датчиков.

В приборах для трубопроводов диаметром 820 мм и менее электроника размещена в нескольких секциях.

Магнитный дефектоскоп имеет бортовую систему записи данных, в состав которой входит счетчик реального времени. Бортовое время перед прогоном синхронизируется со временем используемого при подготовке персонального компьютера и с приборами маркерной системы – маглоггерами. Маглоггеры расставляются в маркерных точках, реагируют на магнитное поле, создаваемое прибором и регистрируют время его прохождения. После прогона снимают информацию с маглоггеров и используют при обработке данных для определения местоположения дефектов.