Контроль сосудов методом акустической эмиссии
(согласно ПБ-03-593-03)
Основные положения по применению акустико-эмиссионного метода контроля сосудов, котлов, аппаратов и технологических трубопроводов
Метод АЭ основан на регистрации и анализе акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и разрушения (роста трещин) контролируемых объектов. Это позволяет формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на объект. Другим источником АЭ-контроля является истечение рабочего тела (жидкости или газа) через сквозные отверстия в контролируемом объекте.
Характерными особенностями метода АЭ контроля, определяющими его возможности и область применения, являются следующие:
- метод АЭ-контроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности;
- метод АЭ-контроля обладает весьма высокой чувствительностью к растущим дефектам – позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей мм. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по теоретическим оценкам составляет порядка 1*10-6 мм2, что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм;
- свойство интегральности метода АЭ-контроля обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ-контроля, неподвижно установленных на поверхности объекта;
- метод АЭ позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов;
- положение и ориентация объекта не влияет на выявляемость дефектов;
- метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой материалов;
- особенностью метода АЭ, ограничивающей его применение, является в ряде случаев трудность выделения сигналов АЭ из помех. Это объясняется тем, что сигналы АЭ являются шумоподобными, поскольку АЭ есть стохастический импульсный процесс. Поэтому, когда сигналы АЭ малы по амплитуде, выделение полезного сигнала из помех представляет собой сложную задачу.
При развитии дефекта, когда его размеры приближаются к критическому значению, амплитуда сигналов АЭ и темп их генерации резко увеличивается, что приводит к значительному возрастанию вероятности обнаружения такого источника АЭ.
Метод АЭ может быть использован для контроля объектов при их изготовлении, в процессе приемочных испытаний, при периодических технических обследованиях, в процессе эксплуатации.
Целью АЭ-контроля является обнаружение, определение координат и слежение (мониторинг) за источниками акустической эмиссии, связанными с несплошностями на поверхности или в объеме стенки объекта контроля, сварного соединения и изготовленных частей и компонентов. Все индикации, вызванные источниками АЭ, должны быть при наличии технической возможности оценены другими методами неразрушающего контроля. АЭ-метод может быть использован также для оценки скорости развития дефекта в целях заблаговременного прекращения испытаний и предотвращения разрушения изделия. Регистрация АЭ позволяет определить образование свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках и фланцевых соединениях.
АЭ-контроль технического состояния обследуемых объектов проводится только при создании в конструкции напряженного состояния, инициирующего в материале объекта работу источников АЭ. Для этого объект подвергается нагружению силой, давлением, температурным полем и т.д. Выбор вида нагрузки определяется конструкцией объекта и условиями его работы, характером испытаний и приводится в “Программе работ по АЭ контролю объектов”.
Схемы применения акустико-эмиссионного метода контроля
Метод АЭ рекомендуется использовать для контроля промышленных объектов по следующим схемам, представляющим собой, как правило, варианты сочетания с другими методами неразрушающего контроля.
- Проводят АЭ контроль объекта. В случае выявления источников АЭ в месте их расположения проводят контроль одним из регламентируемых методов неразрушающего контроля (ПК): ультразвуковым (УЗК), радиационным, магнитным (МПД), проникающими веществами и другими, предусмотренными нормативно-техническими документами. Данную схему рекомендуется использовать при контроле объектов, находящихся в эксплуатации. При этом сокращается объем применяемых методов неразрушающего контроля, поскольку в случае использования регламентируемых методов необходимо проведение сканирования по всей поверхности (объему) контролируемого объекта.
- Проводят контроль одним или несколькими методами НК. При обнаружении недопустимых (по нормам регламентируемых методов контроля) дефектов или при возникновении сомнения в достоверности применяемых методов НК проводят контроль объекта с использованием метода АЭ. Окончательное решение о допуске объекта в эксплуатацию или ремонте обнаруженных дефектов принимают по результатам проведенного АЭ контроля.
- В случае наличия в объекте дефекта, выявленного одним из методов НК, метод АЭ используют для слежения за развитием этого дефекта. При этом может быть использован экономный вариант системы контроля, с применением одноканальной или малоканальной конфигурации акустико-эмиссионной аппаратуры.
- Метод АЭ в соответствии с требованиями нормативно-технических документов к эксплуатации сосудов, работающих под давлением, применяют при пневмоиспытании объекта в качестве сопровождающего метода, повышающего безопасность проведения испытаний. В этом случае целью применения АЭ контроля служит обеспечение предупреждения возможности катастрофического разрушения. Рекомендуется использовать метод АЭ в качестве сопровождающего метода и при гидроиспытании объектов.
- Метод АЭ может быть использован для оценки остаточного ресурса и решения вопроса относительно возможности дальнейшей эксплуатации объекта. Оценка ресурса производится с использованием специально разработанных методик, согласованных в установленном порядке. При этом достоверность результатов зависит от объема и качества априорной информации о моделях развития повреждений и состояния материала контролируемого объекта
Порядок применения метода акустической эмиссии
- АЭ контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен нормативно-техническими документами или технической документацией на объект.
- АЭ контроль проводят во всех случаях, когда нормативно-технической документацией на объект предусмотрено проведение неразрушающего контроля одним из регламентируемых методов, но по техническим или другим причинам проведение такого контроля невозможно.
- Допускается использование АЭ контроля вместо регламентируемых методов неразрушающего контроля по согласованию в установленном порядке.
Оценка результатов АЭ контроля
После обработки принятых сигналов результаты контроля представляют в виде идентифицированных и классифицированных источников АЭ.
При принятии решения по результатам АЭ контроля используют данные, которые должны содержать сведения обо всех источниках АЭ, их классификации и сведения относительно источников АЭ, параметры которых превышают допустимый уровень. Допустимый уровень источника АЭ устанавливает исполнитель при подготовке к АЭ контролю конкретного объекта.
Классификацию источников АЭ выполняют с использованием следующих параметров сигналов: суммарного счета, числа импульсов, амплитуды (амплитудного распределения), энергии (либо энергетического параметра), скорости счета, активности, концентрации источников АЭ. В систему классификации также входят параметры нагружения контролируемого объекта и время.
Выявленные и идентифицированные источники АЭ рекомендуется разделять на четыре класса:
- Источник I класса – пассивный источник.
- Источник II класса – активный источник.
- Источник III класса – критически активный источник.
- Источник IV класса – катастрофически активный источник.
Выбор системы классификации источников АЭ и допустимого уровня (класса) источников рекомендуется осуществлять каждый раз при АЭ контроле конкретного объекта, используя данные, приведенные в приложении 3 (ПБ 03-593-03). В некоторых зарубежных нормативно-технических документах приняты другие системы классификации (приложение 3 ПБ).
Рекомендуемые действия персонала, выполняющего АЭ контроль при выявлении источников АЭ того или иного класса, следующие:
| Источник | Класс | Рекомендуемые действия |
| Пассивный | I | регистрируют для анализа динамики его последующего развития |
| Активный | II |
|
| Критически активный | III |
|
| Катастрофически активный | IV |
|
Каждый более высокий класс источника АЭ предполагает выполнение всех действий, определенных для всех источников более низких классов.
При положительной оценке технического состояния объекта по результатам АЭ контроля или отсутствии зарегистрированных источников АЭ применение дополнительных видов неразрушающего контроля не требуется. Если интерпретация результатов АЭ контроля неопределенна, рекомендуется использовать дополнительные виды неразрушающего контроля.
Окончательная оценка допустимости выявленных источников АЭ и индикаций при использовании дополнительных видов НК осуществляется с использованием измеренных параметров дефектов на основе нормативных методов механики разрушения, методик по расчету конструкций на прочность и других действующих нормативных документов.
Правила (ПБ-03-593-03) предназначены для применения при проведении акустико-эмиссионного контроля:
- Емкостного, колонного, реакторного, теплообменного оборудования химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств
- Изотермических хранилищ
- Хранилищ сжиженных углеводородных газов под давлением
- Резервуаров нефтепродуктов и агрессивных жидкостей
- Оборудования аммиачных холодильных установок
- Сосудов, аппаратов
- Технологических трубопроводов (газопроводов, продуктопроводов, промысловых магистральных трубопроводов нефти и газа)
- Трубопроводов пара и горячей воды и их элементов.
Сравнительная оценка методов неразрушающего контроля (НК) и метода акустической эмиссии (АЭ):
| Традиционные методы НК | Метод акустической эмиссии |
| Большая трудоемкость подготовительных работ и контроля | Трудоемкость подготовительных работ и контроля в десятки (сотни) раз меньше |
| Невозможность распознавания дефектов, которые развиваются под действием эксплуатационных нагрузок | Обнаруживаются и локализуются наиболее опасные (развивающиеся под действием эксплуатационных нагрузок) виды дефектов |
| Для проведения контроля требуется полное прекращение эксплуатации объекта | Контроль может осуществляться в условиях реальной эксплуатации или при воздействии эквивалентных испытательных нагрузок при кратковременном останове |
Версия для печати
Источник
При деформации твердого материала, находящегося в состоянии напряжения, генерируются и распространяются упругие колебания. Именно это явление положено в основу акустико-эмиссионного контроля, призванного обнаружить слабые места в трубопроводах и теплообменниках, сосудах и резервуарах, колоннах и реакторах, в сварных швах, деталях и узлах каких-либо механизмов.
Контроль акустической эмиссией может проводиться только в том случае, если проверяемый объект находится под нагрузкой. Поэтому для получения результатов проверки на него оказывается воздействие физической силой, полем низких или высоких температур, повышенным давлением. Выбор нагрузки зависит от особенностей объекта, а также условий его эксплуатации.
Дефекты, которые выявляет акустическая эмиссия
Акустическая эмиссия – это пассивный метод неразрушающего контроля. Главная цель ее использования – это выявление трещин, разломов, расслоений, коррозийных процессов. При этом она помогает находить не статические, а развивающие дефекты. Именно они являются наиболее опасными, так как грозят серьезными неприятностями в самом ближайшем будущем.
В отличие от других методов НК, контроль акустической эмиссией не требует применения каких-либо внешних источников сигнала. Он предполагает улавливание упругих колебаний, генерируемых самим проверяемым объектом, благодаря чему обеспечивается высокая точность обнаружения деформаций.
Приборы для акустико-эмиссионного контроля включают в себя два преобразователя и комплект устройств для получения информации с датчиков, ее обработки и вывода на периферийное оборудование, каждый из которых регистрирует время улавливания сигнала.
Сам контроль осуществляется следующим образом:
- Преобразователи располагаются на разном расстоянии от одного и того же объекта
- Фиксируется время обнаружения сигнала первым (t1) и вторым (t2) приемниками
- Вычисляется разница во времени (t2 – t1)
- Определяются точные координаты местонахождения дефекта
Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю
Преимущества акустико-эмиссионного контроля
- Выявление опасных дефектов на стадии их развития. Это позволяет не только своевременно обнаружить деформацию, но и в дальнейшем отслеживать состояние проверяемого объекта, планировать срочные меры по устранению проблемы, если она достигнет своего предельного состояния
- Возможность проводить проверку на расстоянии. Это актуально, если речь идет о протяженных трубопроводах или крупном технологическом оборудовании. Также дистанционный контроль позволяет работать с потенциально опасными или опасными объектами. Причем останавливать их работу не придется
- Полный контроль за объектом с использованием минимального количества датчиков. В нашем случае, приемников
- Возможность наблюдать за оборудованием или трубопроводом постоянно, снимая показания буквально в режиме онлайн. Это гораздо практичнее, чем периодические проверки, в промежутках между которыми может случиться что угодно
- Универсальность. Благодаря высокой чувствительности приборов можно использовать акустико-эмиссионный контроль для любых материалов – металла, пластика, дерева и прочих
- Отсутствие необходимости в специальной подготовке объекта к проверке. Оборудование может устанавливаться на поверхностях с любой степенью загрязненности, причем дает при этом неизменно точные результаты. Единственное требование – снятие изоляционного слоя в местах монтажа датчиков
Метод контроля акустической эмиссией применяется в основном для определения точного местонахождения дефекта. В дальнейшем требуется использование других методов НК, чтобы получить максимально точные результаты
К минусам можно отнести разве что необходимость привлечения к работе с оборудованием квалифицированных специалистов, знающих все тонкости акустической эмиссии, а также потребность в постоянной нагрузке объекта в процессе проведения контрольных мероприятий.
Основные сферы применения акустико-эмиссионного контроля – это:
- Химическая промышленность
- Предприятия нефтегазовой сферы
- Мосты, эстакады, иные сооружения
- Железные дороги и ж/д транспорт
- Атомная и тепловая энергетика
- Металлургические комбинаты
- Металлопрокатные предприятия
- Заводы железобетонных изделий, а также ЖБ здания и сооружения
- Авиационная и космическая техника
Возможность отслеживать развитие трещин, разломов и иных дефектов с помощью оборудования АЭ позволяет планировать ремонтные работы или профилактическое обслуживание, предотвращать аварийные ситуации.
Оборудование для акустико-эмиссионного контроля
Приборы для акустико-эмиссионного контроля – это многоканальные системы, которые включают в себя следующее оборудование:
- Кабельные линии для подключения датчиков и приемников
- Модули, обрабатывающие принятые акустические сигналы и осуществляющие их преобразование
- Усилители сигнала
- Модули настройки и калибровки оборудования
- Компьютеры с установленным специализированным ПО, которое обрабатывает информацию и выводит ее на дисплей в понятном для оператора виде. Кроме того, ЭВМ обеспечивает возможность настройки оборудования, ввода команд, отслеживания результатов контроля
На подключаемые к приборам периферийные устройства осуществляется вывод следующих данных:
- Идентификаторы приемников, зарегистрировавших сигналы АЭ
- Время регистрации импульса, данные о его колебаниях, местонахождение
- Нагрузка, при которой был обнаружен сигнал – температурные показатели, давление или прикладываемое механическое усилие
- Энергетические параметры
- Количество и показатели импульсов, превышающих заданное предельное значение
Одно из главных требований к приборам акустической эмиссии – это отсеивание ложных сигналов
Вы можете оставить заявку на проведение контроля методом акустической эмиссии
Благодарственные письма наших клиентов
Среди наших клиентов
Источник
«БЕЗОПАСНЫЙ – верный, надежный, не могущий причинить зла или вреда»
В.И. Даль. Толковый словарь
В связи с большими сроками эксплуатации опасных производственных объектов (ОПО) и возрастающей с каждым годом интенсивностью аварийных отказов, связанных с образованием в металле эксплуатационных дефектов, регламентного технического освидетельствования конструкции становится явно недостаточно из-за больших интервалов между обследованиями и применением устаревших локальных методов контроля.
В настоящее время все больший интерес у заказчиков экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) вызывает вопрос профессиональной оценки надежности действующего оборудования. Решение этой задачи невозможно без использования современных технологий и способов неразрушающего контроля и диагностики. В данной статье на примере сосудов высокого давления будут рассмотрены вопросы определения их реального технического состояния.
Не секрет, что программы технического диагностирования разрабатываются специализированными организациями, выполняющими работы по техническому диагностированию, и подлежат согласованию в установленном порядке. Но, зачастую, для проведения диагностики выбираются традиционные локальные методы неразрушающего контроля, применение которых в большинстве случаев дает достоверную информацию о существующих дефектах, и использование которых давно апробировано у большинства диагностических фирм. Но что делать, когда участки контроля находятся в недоступной области или требуют колоссальных затрат со стороны эксплуатирующей организации для их подготовки? Как определить реальное состояние крупногабаритного объекта контроля, применяя лишь локальные методы НК в предполагаемых местах скопления в процессе эксплуатации напряжений?
Многие диагностические фирмы имеют в своем штате высококвалифицированных специалистов в самых разных областях НК, экспертов по технической диагностике, кандидатов наук и других профессионалов, которые единогласно сходятся во мнении о необходимости развития и усовершенствования существующих методик контроля. Но, зачастую, коммерческая сторона вопроса затмевает даже мысль привлечения к работе современных, интегральных методов контроля. Данные методы дают полную информацию об объекте, и позволяют эксперту, выдающему независимую оценку о состоянии объекта, адекватно сопоставлять все полученные при проведении экспертизы результаты, давать заключение о соответствии объекта требованиям промышленной безопасности.
Одним из таких методов, обеспечивающих контроль всего объекта (сосуда) с использованием одного или нескольких преобразователей, неподвижно установленных на поверхности объекта, является метод акустической эмиссии (АЭ). Данный метод предписан к применению при проведении диагностирования технического состояния сосудов РД 03-421-01 [1] и является рекомендуемым при гидравлических испытаниях сосудов, а в случае пневматических испытания – обязательным. Так как, гидравлические испытания сосудов периодически проводятся при их техосвидетельствовании и тем более, при проведении экспертизы промышленной безопасности, то применение метода акустической эмиссии не требует дополнительного вывода сосуда из эксплуатации, а, в большинстве случаев, может проводиться в рабочем режиме.
Метод АЭ обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, поэтому он позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности [2]. При правильной настройке аппаратуры и соответствующем выборе локационных схем возможно определение местоположения дефекта с точностью до сантиметра. Интегральность метода позволяет регистрировать дефекты не только в сварных швах, но и во всем сосуде (околошовных зонах, врезках, местах скопления напряжений и просто основном металле). Широкополосность регистрируемого спектра сигналов позволяет разделять дефекты по их частотным характеристикам и тем самым улучшать избирательную функцию определенных дефектов, будь то поиск развивающихся дефектов, либо поиск микроскопической течи рабочего продукта через дефекты сосуда, запорно-регулирующую арматуру, либо соединительные уплотнения. Также следует отметить, что положение и ориентация существующего дефекта не влияет на его выявляемость, что позволяет регистрировать дефекты как выходящие на поверхность, так и расположенные внутри металла (на глубине более 100-200мм), о чем свидетельствуют результаты применения метода АЭ (см. статью «Новые методы дефектоскопии», журнал «Технадзор», №12 ноябрь 2007г.) [3].
Опыт использования акустико-эмиссионного контроля сосудов при техническом диагностировании в рамках проведения ЭПБ позволяет с уверенностью заявлять, что в настоящее время уже вполне доступно:
- контролировать весь сосуд целиком без вывода его из эксплуатации;
- регистрировать именно развивающиеся дефекты, как наиболее опасные для эксплуатации сосуда, а впоследствии, в совокупности с дополнительным дефектоскопическим контролем традиционными методами давать реальную оценку степени их опасности;
- следить за развитием в процессе рабочей эксплуатации (в режиме мониторинга) уже существующих, ранее обнаруженных дефектов в сосуде, для продления ресурса его эксплуатации.
Литература:
- РД 03-421-01 Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов.
- ПБ 03-593-03 Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлом и технологических трубопроводов»
- Журнал «Технадзор», №12 ноябрь 2007г.
Источник