можно ли использовать радиографический метод контроля для толщинометрии конструкций

Применение гаммаграфического метода контроля для замера толщины стенок не выведенных из эксплуатации трубопроводов под изоляцией

Автор: М.У. Рабаев (Филиал ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфанефтехим»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №8/2016

Оборудование нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий является чрезвычайно опасным, работающим в крайне тяжелых условиях. При этом главной проблемой отечественной нефтеперерабатывающей отрасли является морально устаревшее оборудование.

Несмотря на это, своевременная и качественная ревизия и ремонт оборудования позволяют продлить срок его безопасной службы. Однако известные сегодня методы ревизии не всегда позволяют обнаружить скрытые от глаз локальные дефекты (язвенная коррозия, раковины, неравномерное изнашивание поверхности и т.д.) технологических трубопроводов. Это связано с особенностями проведения ревизии оборудования такого вида: следуя действующей нормативно технической документации, необходимо проводить наружные осмотры, ультразвуковую толщинометрию и гидравлические испытания, но не один из этих методов ревизии не отражает картину состояния внутренней поверхности трубы.

С целью повышения оперативной готовности оборудования было решено использовать метод радиографической профильной толщинометрии.

Радиография – это метод получения на рентгеновской пленке или экране изображения предмета, просвечиваемого проникающим излучением. Он основан на способности проникающего излучения проходить через непрозрачные предметы, в том числе через металлы, и действовать на рентгеновскую пленку и некоторые вещества, благодаря чему последние флуоресцируют (светятся).

Гамма-лучи через стенку трубы между внешним и внутренним радиусом трубы должны пройти сквозь слой металла в

4 раза толще стенки трубы. Большинство лучей поглощаются металлом, оставляя на пленке неэкспонируемый участок. Этот участок (более светлый на затемненной пленке) отображает несколько увеличенную проецируемую площадь стенки трубы. При этом дефекты, встречающиеся в теле трубопровода и чаще всего имеющие характер пустот, на рентгеновской пленке имеют вид пятен (раковины, язвы) или полос.

Применяемая нами методика имеет название профилометрия (англ. profilometry) – процесс измерения («снятия») профиля сечения поверхности в плоскости, перпендикулярной к ней и ориентированной в заданном направлении, различными видами проникающей радиации.

К основным положительным сторонам данного метода неразрушающего контроля можно отнести следующие [1]:

Профилометрия также полезна для определения внешней коррозии небольших соединений под изоляцией, таких как дренажные трубопроводы, бобышки и соединения с манометрами, так как сложность обеспечения хорошего уплотнения в изоляции делает такие места особенно восприимчивыми к внешней коррозии под изоляцией.

Основными составляющими при проведении радиационного контроля являются объект контроля; источник излучения (рентгеновский аппарат или источник гаммаизлучения); детектор (пленка, запоминающая пластина, цифровая панель); время экспозиции (время воздействия источника на детектор). При этом каждая составляющая контроля напрямую влияет на результат проведения контроля. Схема контроля представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема проведения профильной радиографической толщинометрии:
D – диаметр трубопровода; S – фактическая толщина;
Lmax – радиографическая толщина; S1 – замеренная толщина;
Sиз – толщина изоляции

При использовании радиографического метода определение остаточной толщины трубопровода происходит путем простого математического расчета – пропорцией, исходя из размеров изображения, полученного на пленке. При этом нет необходимости останавливать технологический процесс. Однако существует ограничения использования данной методики как со стороны контролирующей техники, так и со стороны объектов контроля. Например, результаты проведенных испытаний показывают, что идеальными условиями для контроля толщины источником рентгеновского излучения является трубопровод диаметром условного прохода менее 110 мм и толщиной менее 6 мм. А в случае контроля источником гамма-излучения (иридий-192) – трубопровод диаметром условного прохода менее 220 мм и толщиной 10 мм. В обоих случаях среда должна быть однородной, состоящей из низкокипящих компонентов или газов, толщина изоляции при этом не должна превышать 100 мм.

Рис. 2. Результат профилометрии образца П33

Далее приведены результаты работ, включенных в состав технического задания по выполнению экспертизы промышленной безопасности. На образце П-33 (рис. 2) выявлено локальное утонение в околошовной зоне галтерной врезки трубопровода диаметром 57 мм в трубопровод диаметром 159 мм. При исполнительной толщине стенки 5 мм трубы диаметром 57 мм остаточная толщина равна 1,25 мм.

Рис. 3. Результат профилометрии образца П34

При анализе снимка П-34 (рис. 3) обнаружен аналогичный локальный дефект в виде утонения. Остаточная толщина стенки трубы равна 1,7 мм при исполнительной толщине 5 мм. Дополнительно выявлено нарушение норм стыковки трубопроводов диаметром 159 мм и 57 мм при выполнении галтерной врезки, а также дефекты шва приварки перехода 159/89 мм к трубе диаметром 159 мм.

Рис. 4. Результат профилометрии образца №4

На рис. 4 показан трубопровод диаметром 159 мм; стрелкой 1 указан участок локального коррозионного износа, при этом дефект является наружным, скрытым под изоляцией. Наименьшая расчетная толщина на дефектном участке – 4,3 мм при исполнительной толщине 8 мм.

Рис. 5. Результат профилометрии образца №10

Показанный на рис. 5 участок трубопровода имеет две зоны локального утонения 1 и 2. При исполнительной толщине трубопровода 8 мм наименьшая расчетная толщина равна 4 мм. Светлая точка в центре сварного шва – это саморез, применяющийся при установке изоляционного покрытия на трубопроводе.

В мировой практике профилометрия получила большое распространение и используется наряду с традиционным ультразвуковым контролем толщины. При этом на европейских нефтеперерабатывающих комплексах при подготовке к капитальным ремонтам обрабатываются тысячи снимков профилей трубопроводов. Полученные при этом достоверные данные о состоянии технических устройств подразумевают более качественное проведение ремонтов и, как следствие, меньший риск возникновения нештатных ситуации.

Данный метод контроля толщины является предпочтительным и наиболее эффективным при проведении инспектировании с учетом факторов риска (RBI). Например, программный продукт PCMS, разработанный MISTRAS

Group, выделяет три класса эффективности инспектирования, показанные в таблице [2].

Количественная оценка риска возникновения отказа технического устройства зависит от эффективности обследования. Из рис. 6 можно видеть, что чем выше качество инспектирования, тем ниже вероятность возникновения отказа технического устройства [2].

Рис. 6. Зависимость риска возникновения отказа технического устройства от эффективности обследования

Применение метода позволяет значительно сократить затраты на изоляционные работы, провести ревизию не только «холодных» трубопроводов, но и «горячих», подразумевает больший объем подготовительных работ перед капитальным ремонтом, что позволит заранее предсказывать число отбракованных элементов трубопроводов. Более того, применение радиографической профилометрии повышает эффективность обследования, и, как следствие, выявляемость локальных дефектов элементов трубопроводов, уменьшая при этом риск возникновения отказа технических устройств в межремонтный пробег и увеличивая их операционную готовность, что, безусловно, имеет весомый положительный экономический эффект.

Источник

Описание метода радиографической дефектоскопии

Сварка – один из наиболее часто используемых методов соединения металлов и сплавов. Даже мастера иногда допускают дефекты шва, не говоря уже о новичках. При проведении таких работ в домашних условиях достаточно визуального контроля. На производствах для контроля качества сварного шва используются разные методы, и одним из передовых является радиографический контроль.

Краткое описание метода

Металлические детали соединяются с применением разных видов сварки, при этом могут образовываться дефекты сварных швов.

Все это приводит к ухудшению качества шва и уменьшению его прочности.

Рентгенографический контроль (РК) сварных соединений – неразрушающий метод, позволяющий выявлять скрытые дефекты на ранней стадии, избегать аварийных ситуаций в будущем.

Это высокоточный способ, при помощи которого можно объективно оценить как характер, так и размер дефектов. Методика позволяет контролировать состояние сварочных швов на трубопроводах, резервуарах, разном оборудовании и металлоконструкциях и т.д.

ГОСТ и иные требования

Проведение радиографического метода контроля сварных соединений регламентируется ГОСТ 7512-82. Такой метод позволяет контролировать сварной шов при толщине свариваемых элементов от 1 до 400 мм, а при использовании мощного оборудования – и до 500 мм.

Для этого применяются рентгеновское, тормозное и гамма-излучение, а для получения снимка – радиографическая пленка.

Основные требования к принадлежностям для проведения такого контроля следующие:

Свойства и возможности рентгена

Особенность рентгенографии в том, что проходимость материалов зависит от длины генерируемых лучей. В плотных материалах они рассеиваются и частично поглощаются. Чем ниже плотность проверяемого соединения, тем четче получится изображение.

Возможность некоторых химических элементов на протяжении нескольких секунд светиться под действием рентгеновского излучения позволяет засвечивать специальную пленку и получать изображение имеющихся дефектов шва.

Если исследуемый материала однородный, результат получится в виде светлого и однотонного изображения. При наличии разных дефектов, раковин, пустот оно будет иметь затемнения.

В работе некоторых моделей дефектоскопов используется способность ионизированного воздуха пропускать электричество. Чем выше степень ионизации, тем лучше проводится ток. Этот принцип позволяет при проведении РК получать изображение не на пленке, а на экране осциллографа.

В большом количестве рентгеновское излучение негативно влияет на организм человека, при этом происходит облучение клеток и тканей. Большие дозы приводят к развитию лучевой болезни и даже смерти. Поэтому применение рентгеноскопии для контроля качества сварочных швов требует строгого соблюдения правил безопасности.

Область применения дефектоскопии

Рентгеновский метод проверки сварных соединений позволяет с высокой точностью определять такие параметры имеющихся дефектов, как размер, форма и расположение в пространстве.

Он позволяет контролировать качество сварных швов на ответственных объектах, таких как магистральные нефте-, газо-, водопроводы, при строительстве конструкций и оборудования для атомных станций, в машино-, авиа-, судостроении и т.д.

Дополнительные сведения

Перед тем как использовать радиографический метод контроля качества, надо знать, что его диагностический диапазон ограничен чувствительностью прибора.

При помощи дефектоскопа нельзя выявить:

Все остальные дефекты этот метод выявляет быстро, эффективно и с высокой точностью.

Конструкционные особенности оборудования

Сейчас чаще используется радиографический контроль, относящийся к цифровой дефектоскопии. Полученное радиационное изображение превращают в цифровое, и информацию выводят на экран.

Детектором контроля рентгеновского излучения или гамма-излучения, которые проходят через проверяемый объект, является фотодиод со сцинтиллятором, который поддается действию излучения, испускает видимый спектр света, находящийся в прямой пропорциональности квантовой энергии.

Такое излучение вырабатывает внутри фотодиода ток, радиационное излучение превращается в электрическое и затем выводится на экран.

Детекторные блоки перемещают относительно проверяемого объекта и получают непрерывный поток информации, который записывается в память компьютера для проведения его дальнейшей детальной проверки. Чтобы можно было оперативно оценить качество соединения, полученное изображение сразу выводят на экран.

Дефектоскопы на гамма-лучах

Они обеспечивают заданную частоту флуктуаций интенсивности гамма-излучения. В результате перемены интенсивности излучения на изображении создаются поперечные полосы.

Существующие отклонения интенсивности излучения выше значения статистических шумов. Современная техника, оснащенная передовым программным обеспечением, позволяет уменьшать данные флуктуации. Такие рентгеновские аппараты являются условно применимыми для выполнения РК сварных швов.

Рентгеновское устройство

Эти аппараты имеют постоянный потенциал и высокочастотные флуктуации, случайные во времени. Они обеспечивают отклонение интенсивности гамма-излучения более 1 %. В связи с этим применять указанные аппараты при выполнении радиометрического контроля не рекомендуется.

Для рентгеновского контроля надо использовать оборудование, имеющее следующие показатели:

Принцип работы установок для радиографического контроля

Основной деталью прибора, используемого для проведения рентгенографического контроля состояния шва, является излучатель. Он служит для создания лучей и их излучения.

Выполнен излучатель в виде вакуумного сосуда, в котором находятся анод, катод и накал. Во время ускорения, которое развивают заряженные частицы, образуются рентгеновские лучи, просвечивающие исследуемое изделие.

Электрический потенциал, образовавшийся между катодом и анодом, ускоряет выпускаемые катодом электроны. Этих начальных лучей для работы прибора пока мало.

При столкновении с анодом происходит торможение лучей, что приводит к более сильному их генерированию. Столкновение их с анодом приводит к образованию на нем электронов. В результате формируются лучи, образуется достаточное излучение.

Появившиеся лучи движутся в направлении места проведения контроля качества. Там, где плотный металл, они практически полностью поглощаются, а в местах дефектов проходят дальше.

Прошедшие лучи на пленке формируют изображение, контрастность которого зависит от количества прошедших через шов лучей. Чем больше будет дефектов, тем четче получается это место на снимке. Таким образом определяют их расположение и размер.

Какие требования выдвигаются

При выполнении радиографического контроля можно применять любые существующие рентгеновские аппараты. Изготовители редко указывают в характеристиках данные о флуктуации интенсивности излучений устройства, т.к. эта величина не является критичной.

Т. к. радиометрия обеспечивает сбор информации в онлайн-режиме, к применяемым рентген-аппаратам предъявляют такие требования:

Чтобы обеспечить качественный радиометрический контроль, используют высокостабильный источник излучения, гарантирующий максимальную плотность потока лучей и энергетический спектр.

Безопасность в работе

Хотя оборудование, применяемое для проведения радиографического контроля, излучает небольшие дозы излучения, не стоит пренебрегать правилами безопасности:

Обозначение дефектов

Недопустимым является наличие в сварочном шве следующих дефектов:

Требования к снимкам и особенности их расшифровки:

Преимущества и недостатки метода

Указанный метод контроля качества сварочных швов имеет высокую эффективность, т.к. обладает следующими преимуществами:

Есть у радиографического метода контроля и свои недостатки:

Технология рентгеновского контроля

Перед тем как применить указанную технологию, обязательно выполняют очистку поверхности. Качество настроек сильно влияет на точность полученных результатов.

Последовательность радиографического контроля:

Для сварных швов

Для классических швов процедура контроля их качества при помощи рентгеновского контроля включает в себя следующие этапы:

Для трубопроводов

Такой метод активно используется для контроля швов труб разного диаметра. Часто необходимо проводить исследование вдали от населенных пунктов, куда невозможно доставить установку.

В этом случае используют компактные приборы – кроулеры. Они самостоятельно движутся внутри трубы и управляются дистанционно. Приборы рассчитаны на работу в трубах, диаметр которых больше 325 мм.

Неважно, где находится исследуемый объект – над, под землей или под водой. Не имеют значения и климатические условия, поэтому он может использоваться в любом регионе и в любое время года.

По команде прибор останавливается и делает рентгенограммы или панорамные снимки.

Для резервуаров

Во время приемки резервуаров сначала проводят визуальный контроль сварных соединений и только потом радиографический. На пересечении швов обязательно располагают пленки в Х- или Т-образном направлении.

Длина изображения должна быть не меньше 240 мм, а ширина – соответствовать стандартной. Проверяют стыковые швы на стенках резервуара, днище, а также в местах их сопряжения.

При обнаружении недопустимых дефектов в этом месте делают дополнительный снимок. Для проверки швов на резервуарах применяют дефектоскопы не ниже 4-го разряда, а расшифровку результатов производят специалисты не ниже II уровня.

Для разных видов соединений

Радиографический контроль разных видов сварных швов выполняется в соответствии с ГОСТ 7512, ОСТ 26-11-03, ОСТ 26-11-10. Перед проведением работ учитывают особенности металла и проверяемого шва. Угловые швы проверяют согласно ГОСТ 26-2079.

При помощи этого метода контролируют качество угловых, тавровых и стыковых соединений, места пересечения швов и т.д.

По видам металлов

При помощи рентгеновского просвечивания можно проверять качество сварных швов и основного изделия из разных металлов. Настройки аппаратуры будут разными, т.к. проходимость лучей через разные материалы отличается.

От правильности настроек зависит качество контроля.

Современное оборудование позволяет не только выявлять вид, размер и местонахождение дефектов, но и расшифровывать полученные результаты в автоматическом режиме.

Использование беспленочных аппаратов

Сейчас все чаще вместо детекторов, в которых используется пленка, применяют аппараты, где излучение сразу перерабатывается в цифровую форму и выводится на экран.

«Беспленочная» радиография делится на такие виды:

Преимущества «беспленочной» радиографии:

Особенности обучения специалистов-дефектологов

Для работы на радиографическом оборудовании требуется человек, который прошел специальное обучение.

Оно включает в себя как теоретическую, так и практическую части.

При этом изучаются:

Во время обучения отрабатываются навыки на всех этапах проведения радиографического контроля. Чтобы аттестоваться на I и II уровень, человек должен иметь среднее или высшее техническое образование, а также пройти специальные курсы. При аттестации на II уровень вместо них могут зачислить опыт работы по НК.

Для I уровня курс обучения составляет 40 часов, а производственный опыт – не менее 6 месяцев, для II – 80 часов, производственный опыт 12 месяцев (если нет I уровня, то 18 месяцев).

Чтобы получить III уровень, нужно:

Рентгенографический метод – один из самых точных способов выявления дефектов сварочных швов как на производстве, так и в полевых условиях.

Источник

Радиографический контроль

Радиографический контроль обеспечивает проверку качества технологического оборудования, металлических конструкций, трубопроводов, композитных материалов, как в промышленных, так и в строительных отраслях, а также для обнаружения трещин в сварочных соединениях, пор, инородных элементов (окисных, шлаковых, вольфрамовых).

Кроме этого можно проверить наличие недоступных надрезов, для внешнего осмотра, выпуклостей и вогнутостей основания сварочного шва, превышения проплава. Методика радиографического контроля основана на свойстве рентгеновских лучей, обеспечивающих поглощение, зависящее от плотности элементов и структуры материала.

Данный метод ( радиографический контроль ) является основным для организации проверки качества сварочных соединений. Радиографический метод проверки сварочных соединений выполняется согласно требований ГОСТ(а) 7512-86.

Преимущества и недостатки

Такой способ контроля обладает, как определенными преимуществами, так и недостатками.

Преимущества

Недостатки

Радиографический контроль не определяет следующие дефекты:

Радиографический контроль сварных соединений

Со времен разработки первых методов соединения элементов с использованием сварочных технологий возник вопрос о контроле за качеством сварочных швов. Учитывая существующие технологии, конструкторы разработали различные способы, обеспечивающие довольно точно обнаружить дефекты конструкций, грозящие разрушению. Однако, универсального метода, способного удовлетворить запросы производственников, пока не существует. Поэтому сегодня, при выполнении сварочных работ, производственники вынуждены выбирать, наиболее подходящие для них методы контроля, которые их удовлетворяют:

• Более дешёвым и несложным процессом, без использования сложного оборудования, способного обеспечить удовлетворяющую оценку качества сварного шва.
• Достаточно сложным и дорогостоящим способом, применяемым только на производстве, которое располагает технологическими возможностями, показывая, при этом, объективную и полную картину.

Точные варианты дефектоскопии, приходится задействовать в таких обстоятельствах, когда качество шва составляет ключевую роль и дефекты недопустимы даже ничтожные. Именно, радиографическая проверка качества сварочных соединений удовлетворяет таким требованиям.

Предлагаемая методика радиографического контроля сварочных швов, основанная на свойствах просвечивания проверяемого участка гамма-лучами или рентгеновским излучением, относится к одной из наиболее точной.

В то же время, промышленная радиография относится к профессии, являющейся одной из наиболее вредных для здоровья людей. В методе применяются мощные гамма-источники (> 2 CI).

Проведение радиографического контроля

Суть процесса, регламентируемого ГОСТ(ом) 7512-86, заключается в просвечивании проверяемого участка гамма-лучами или рентгеновским излучением от источника, размещённого в специальной защитной капсуле. Именно, капсула обеспечивает защиту от вредного воздействия лучей на оборудование и персонал, находящихся поблизости. Так как однородный металл лучше поглощает лучи, чем пустоты, нарушающие структуру материала, дефектные участки обозначаются светлыми пятнами, с формой и размерами, соответствующими форме и размерам обнаруженных изъянов (трещин, пустот, шлаков и пр.). При этом, фиксация показаний дефектоскопии может осуществляться различными вариантами.

На бумагу или плёнку, с покрытой поверхностью химическим слоем элемента, чувствительного к излучению. Предлагаемая методика фиксирования дефектоскопических данных точна, однако понижает скорость выполнения исследования. Она неплохо зарекомендовала себя при производстве ограниченных партий изделий высокого качества.

При помощи специальных веществ, называемыми «сцинтилляторы», которые способны поглощать невидимые глазу лучи, с преобразованием их в видимый свет. Используя такой преобразователь, получаемое изображение высвечивается на мониторе, обеспечивая дефектоскопию сварочного шва в реальном режиме времени. Данная методика подходит для серийного производства, а также используется для проверки сварочных швов в монтируемых и ремонтируемых трубопроводах. Здесь капсула с вредным излучением, обычно, помещается внутри трубопровода, обеспечивая качественный контроль.

Для получения достоверных данных радиографического контроля, требуется исполнить некоторые условия.

Характеристики излучаемого источника выбираются в зависимости от проверяемого изделия и его толщины. Правильные результаты будут получены только при выполнении перечисленных требований.

Безопасность при проведении радиографического контроля

При использовании методики радиографического контроля сварочных соединений, важнейшей проблемой является обеспечение мероприятий по технике безопасности.

Для недопущения распространения излучения, оборудование, на котором работает персонал, обязано надёжно экранироваться. Для обеспечения такой защиты можно использовать свинцовые листы. В то же время, сегодняшняя промышленность изготовляет и прочие материалы из пластиков или тканей. Главное – чтобы защитные материалы были герметичными и четко осуществляли своё предназначение.

Оператор, осуществляющий контроль, должен быть удалён от аппаратуры на максимально возможное расстояние, а при проверке, чтобы не было рядом посторонних лиц.

При возникновении острой необходимости нахождения людей в опасной зоне в период функционирования аппаратуры, персонал требуется снабдить индивидуальными защитными средствами. При этом, нужно максимально сократить время нахождения людей в зоне контроля, так как даже небольшие дозы облучения с течением времени накапливаются, негативно влияя на здоровье человека.

При работе с радиоактивными веществами, необходимо организовать их безопасную сохранность, а также доставку к рабочему месту.

Нельзя работать на заведомо неисправном оборудовании. Это может исказить не только показатели дефектоскопии, но и под угрозой может оказаться здоровье, как работающего персонала, так и сторонних лиц. Излучение, накопленное в изделии, может негативно воздействовать на людей, случайно оказавшихся рядом.

Оборудование для радиографического контроля

На выбор требуемого источника излучения влияет толщина материала, а также заданный класс геометрии и чувствительности просвечивания.

Рентгеновские дефектоскопы

К достоинству рентгеновских дефектоскопов стабильного излучения относится:

Недостатком рентгеновских дефектоскопов является высокая стоимость, большие размеры и опасность для работников.

Гамма-дефектоскопы

Не взирая на то, что проверку сварочных швов рекомендуется выполнять рентгеновской аппаратурой, которая в сравнении с гамма-дефектоскопами создает более качественные радиографические снимки, гамма-дефектоскопы тоже обладают рядом достоинств, а именно:

К главному недостатку данной аппаратуры относится отсутствие возможности регулировки мощности, слабая контрастность, медленное затухание излучения источника и потребность в его замене.

Гамма-дефектоскопы, как правило, применяются, когда отсутствует возможность применить рентгеновскую аппаратуру постоянного действия (при проверке изделий небольшой толщины, если отсутствуют источники питания, при проверке труднодоступных участков).

Применение радиографического контроля

Несмотря на некоторые трудности, в отношении использования радиоактивной аппаратуры, радиография приобретает всё большую популярность. Причина такой популярности – высокая точность показаний. Не малое значение имеет способность обнаружения внутренних изъянов. При грамотном подходе, методика с успехом может применяться почти во всех сферах промышленного производства и в строительстве, к примеру, при:

Во всех перечисленных вариантах допускается использование радиографического метода контроля.

Источник