Автоматический ультразвуковой контроль при строительстве магистральных сварных трубопроводов высокого давления

При строительстве морских и континентальных газо- и нефтепроводов трубы автоматически свариваются встык, затем быстро проверяются, изолируются и укладываются на шельф. Не вызывает сомнения необходимость обнаружения, оценки и ремонта дефектов сварки с высокой производительностью и надежностью с целью соблюдения сроков строительства, поэтому высокоскоростной автоматический ультразвуковой контроль (АУЗК) очень востребован как единственное решение, способное заменить радиографию в соответствии с имеющимися стандартами. АУЗК стыковых швов труб осуществляется посредством сканирования вдоль линии сплавления с использованием нескольких ультразвуковых преобразователей (ПЭП), расположенных на внешней поверхности трубы с обеих сторон от шва. Сканер перемещает ПЭП и датчик координаты вдоль орбитального трака. В ранее разработанных системах АУЗК для подключения ПЭП, датчика координаты и мотора сканера к электронному блоку, реализующему излучение-прием ультразвуковых импульсов, управление, обработку и запись данных контроля, применяется многоканальный аналоговый кабель. Электронный блок обычно размещается в кабине автомобиля или в специ¬ально оборудованном помещении на трубоукладочном корабле на расстоянии до нескольких десятков метров от участка сканирования.

АУЗК стыков труб выполняется бригадой из трех операторов: двое заняты установкой/съемом сканера с ПЭП на трубу, а третий управляет автоматическим сканированием, наблюдает за индикацией и процессом записи результатов, а также принимает окончательное решение о годности сварного шва или необходимости ремонта. - АУЗК стыковых швов труб регламентируется рядом стандартов, а именно: ASTM E-1961, API 1104, и DNV 2000 OS-F101, в соответствии с которыми объем сварного соединения позонно прозвучивается сфокусированными лучами вдоль поверхности разделки с разделением на тонкие горизонтальные слои (зоны) в областях Cap, Fill, Hot Pass (HP) и Root (Rt); - по объему наплавленного металла с разделением на так называемые Volume-зоны. Выбранные зоны последовательно прозвучиваются независимо друг от друга в соответствующих циклах излучения приема.

Благодаря электронному управлению апертурой и ультразвуковым лучом, использование фазированных решеток (ФР) значительно уменьшает количество ПЭП, необходимых для многозонового прозвучивания. Это упрощает устройство сканирования и ускоряет контроль. Использование нескольких дополнительных TOFD и обычных ПЭП одновременно с ФР обеспечивает полноту прозвучивания шва: ФР ПЭП осуществляют эхо-импульсный и тандем-контроль на наличие компактных и линейно протяженных дефектов на поверхностях разделки (кромках) основ¬ного металла и в объеме наплавленного металла; обычные ПЭП применяются для обнаружения поперечных дефектов (К-и Х-схемы прозвучивания), расслоений в зоне термического влияния в основ¬ном металле и т.п.; TOFD ПЭП реализуют контроль по комплиментарной техноло¬гии, основанной на обнаружении де¬фектов по дифрагированным сигналам.

Способность обнаружения дефектов в каждой зоне обеспечивается за счет калибровки системы АУЗК на специально изготавливаемых образцах, содержащих заданное число искусственных дефектов, чьи расположение, ориентация, форма и размеры полностью воспроизводят разнообразие дефектов, подлежащих обнаружению и записи. Накопленный опыт применения АУЗК выявил ряд недостатков существующего оборудования: - использование дорогого, тяжелого, и громоздкого многожильного кабе¬ля увеличивает эксплуатационные расходы - стоимость одного кабе¬ля, вероятность непреднамеренного повреждения которого очень высока, а износостойкость низка, составляет десятки тысяч долларов. При этом у организации, выполняющей конт¬роль, нет иного выбора кроме при-обретения кабелей впрок с целью недопущения остановки процесса АУЗК во время строительства тру¬бопровода; - в связи с необходимостью передавать аналоговые сигналы через кабель длиной в десятки метров отношение сигнал/шум невелико, а энергопот¬ребление аппаратуры весьма высо¬кое; - перегрев аппаратуры из-за высокого энергопотребления вызывает необхо¬димость использования водяного ох¬лаждения и/или периодического вы¬ключения во время рабочей смены, а также заставляет ограничивать число задействованных высокочастотных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и количество параллельно работающих каналов излучения-приема; - недостаточное количество АЦП вызывает необходимость мультиплексирования и увеличения частоты посылок, что, в свою очередь, также увеличивает энергопотребление; - недостаточное количество каналов излучения-приема обусловливает необходимость сканирования стыкового сварного шва за более чем один оборот сканирующей системы и/или совмещение функций ФР и TOFD на призмах ФР ПЭП, что, в конечном ито¬ге, замедляет контроль; - отсутствие 100 %-й записи необработанных А-сканов для всех каналов ввиду упомянутых вынужденных огра¬ничений возможностей существующего оборудования создает прецедент компромисса с неполным соответ¬ствием стандарту ASME 2235, кото¬рый регламентирует использование УЗК вместо радиографии.

Система ISONIC PA AUT фирмы Sonotron NDT представляет собой новое высокотехнологичное решение для скоростного автоматического контроля стыковых швов труб, обеспечивающее наивысший уровень эксплуатационных характеристик. Система выполнена в легком ударопрочном герметичном корпусе, который устанавливается на сканер; обычный удаленный компьютер (ПК) полностью обеспечивает управление системой, накопление и отображение данных контроля, используя Ethernet протокол, при этом отпадает необходи¬мость в дорогом, тяжелом и громоздком многоканальном аналоговом кабеле - лишь легкая тонкая бронированная трубка приводит кабель электропитания и типовой Ethernet кабель на специаль¬но спроектированный вращающийся терминал прибора. Принимаемые сигналы оцифровываются и первично обрабатываются в режиме реального времени непосредственно на сканере, и данные контроля в цифровом виде передаются на удаленный ПК для дальнейшей обработки, хранения и отображения. Полностью цифровое управление и передача данных через Ethernet обеспечивают практически неограниченное расстояние между системой контроля и удаленным ПК, создавая определенную гибкость в организации постов контроля на трубоукладочном корабле, на трассе и т. п.

ПЭП подключаются к ISONIC PA AUT короткими кабелями, что, по сравнению с передачей сигнала через длинный аналоговый кабель, обеспечивает зна-чительно более высокое качество сигналов, улучшая соотношение сигнал/шум и расширяя динамический диапазон. Помимо этого отношение сигнал/шум и динамический диапазон увеличиваются за счет уникального решения по генерации зондирующих импульсов - прибор вырабатывает биполярный прямоугольный импульс с регулируе¬мым размахом до 300 В для ФР ПЭП и до 400 В для обычных и TOFD ПЭП. Длительность и амплитуда зондирующего импульса, а также сдвиг фаз между каналами излучающей апертуры ФР регулируются в широких пределах. При этом поддерживаются 0,5 %-я стабильность амплитуды и «полки» прямоугольного зондирующего импульса в течение действия обеих полуволн при бустированной крутизне фронтов, что обусловливает наивысшую эффективность электроакустического преобра¬зования. Количество элементов ФР ПЭП, составляющих излучающую апертуру, не ограничено - в случае необходимости все элементы каждого из ФР ПЭП, под¬ключенных к системе, могут излучать одновременно. Аналоговое усиление до 100 дБ возможно для всех каналов, обслуживающих ФР, TOFD и обычные преобразователи.

Система осуществляет 16-ти разрядное аналого-цифровое преобразование сигналов с частотой дискретизации 100 МГц параллельно для всех элементов приемной апертуры ФР ПЭП. В случае необходимости приемная апертура может быть скомпонована из всех элементов ФР ПЭП, подключенных к системе, - мультиплексирование не используется. Оцифрованные сигналы фазируются и складываются в соответствии с реали¬зуемым фокальным законом «на лету» в реальном времени, и результирую¬щий цифровой А-скан формируется в каждом цикле излучения-приема. Этим обеспечивается наивысшая произво¬дительность накопления, обработки и хранения данных АУЗК. ISONIC PA AUT реализует накопление и хранение данных контроля в удален¬ном ПК в необработанном виде, обеспечивая возможность ретроактивного воспроизведения всех полученных А-сканов; это обеспечивает полное со¬ответствие с ASME 2235. Каждый канал излучения-приема для обычных и TOFD преобразователей может работать как в раздельном, так и в совмещенном режиме, поэтому при использовании раздельно-совмещенных преобразователей, прозвучивании по технологии TOFD, при¬менении К- и Х-схем обнаружения поперечных дефектов сдвиговыми волнами и т. д., в отличие от существующих систем АУЗК требуется вдвое меньше каналов. Рациональная конструкция обеспечи¬вает исключительно низкое энергопотребление системы, исключая необхо¬димость применения водяного и других видов охлаждения.

В типовой конфигурации система ISONIC PA AUT содержит 128 каналов, обеспечивающих одновременную работу двух 64-х элементных ФР ПЭП, и 16 отдельных независимых каналов излучения-приема для обычных и TOFD преобразователей; система допускает развитие до 512 ФР-каналов, например, с целью применения матричной ФР-технологии для трехмерного управления ультразвуковым лучом. Количество отдельных независимых каналов излучения-приема для обычных и TOFD ПЭП также может быть увеличено до 32 или 64. Один ПК может управлять несколькими (до 16) системами одновременно, обеспечивая рациональ- ную организацию работ и минимизируя количественный состав персонала.



Просмотров: 2034

Дата: Понедельник, 20 Августа 2012

Новости