Компания Т. D. Williamson накопила достаточно большой опыт выявления небольших и неглубоких (плоских) дефектов [4] с помощью внутритрубных ультразвуковых дефектоскопов с использованием пьезоэлектрических датчиков.
В течение долгого времени использовались ручные пьезоэлектрические датчики для дефектоскопии различных материалов и конструктивных элементов, в том числе трубопроводов. При внутритрубной дефектоскопии пьезоэлектрические устройства (датчики) монтируются на корпусе перемещающегося по трубопроводу дефектоскопа. Датчики являются составной частью электронной системы. Однако внутритрубная инспекция характеризуется значительно большей сложностью по сравнению с ручной, особенно при выявлении дефектов на небольших по площади участках трубопроводов или других структур. При применении, ручных дефектоскопов датчики дают возможность произвести многократное сканирование на сосредоточенном участке. Движущийся же по трубопроводу внутритрубный дефектоскоп проводит сканирование данного участка однократно. Кроме того, перемещение дефектоскопа означает, что датчики работают в нестабильных условиях, в том числе может изменяться угол их наклона по отношению к стенке трубопровода. Достаточно же надежные измерения толщины стенки трубопровода могут быть выполнены только в том случае, если оси датчиков сохраняют перпендикулярность к стенке (допустимое уклонение 2–3°). Необходимо также учитывать влияние шумов на уровень и характер сигналов в режиме приема.
Возможно выявление трех видов дефектов:
1. Толщина стенки трубы уменьшена в результате имеющегося наружного дефекта. Чаще всего такого рода дефекты образуются под действием гальванического эффекта, когда ионы металла переходят в электролит грунта. Такой вид коррозии обычно (но не всегда) характеризуется общими потерями металла и образованием коррозионных пятен с острыми краями. Разрастание пятен происходит в большей степени по площади и в меньшей — по глубине. Через некоторое время пятна сливаются вместе, образуя удлиненное вдоль оси трубопровода общее пятно. Эти коррозионные углубленные пятна хорошо отражают ультразвуковые импульсы, генерируемые пьезоэлектрическими датчиками. Уровень отраженного сигнала является достаточно приемлемым индикатором остающейся толщины стенки.
2. Возможен случай внутренней коррозии с повреждением стенки трубы изнутри. Процессы внутренней коррозии характеризуются достаточной сложностью, гальванический механизм лишь изредка является причиной такой коррозии. Однако общий принцип применения ультразвуковых дефектоскопов одинаков для выявления как наружных, так и внутренних коррозионных повреждений регистрируется время поступления каждого отраженного сигнала, а время прохода ультразвукового сигнала в стенке делится пополам (так как сигнал проходит в стенке дважды). Зная скорость и время прохода ультразвукового сигнала в стали, можно определить остающуюся толщину стенки. При таком подходе, однако, нет возможности дифференцировать наружные повреждения от внутренних.
Очевидно, что если в процессе дефектоскопии поддерживать постоянным расстояние между датчиками и внутренней поверхностью стенки, то таким способом можно определить фактическую толщину стенки с достаточно высокой точностью. Поддержание такого постоянного расстояния, хотя и осуществимо технически, но все же связано с определенными трудностями, поэтому компания решила все же идти не по этому пути, а больше полагаться на выявление различий между информационными характеристиками наружных и внутренних коррозионных повреждений.
На некоторые виды коррозионных повреждений со стороны внутренней стенки трубопровода во многих случаях ультразвуковые дефектоскопы с пьезоэлектрическими датчиками не реагируют. Обычно площадь таких не фиксируемых дефектов меньше площади охвата ультразвукового пучка. Проблема возникает в случаях, когда глубина дефекта равна или меньше 25 % от толщины стенки. По мере сканирования датчиком зоны дефекта часть ультразвуковой энергии отражается непосредственно от внутренней поверхности стенки трубопровода, а часть от днища дефекта. Если не вносить коррекцию в результаты обработки полученных данных, то результаты будут ошибочными, так как второе отражение происходит не от наружной поверхности стенки трубопровода, а от днища дефекта. Ошибка может быть фактически не замечена при интерпретации результатов дефектоскопии. Ошибка интерпретации усугубляется тем, что путь распространения ультразвуковых волн в прямом и обратном направлениях увеличивается на глубину дефекта, а скорость сигнала в перекачиваемой среде (нефти или нефтепродукте) в 4–5 раз меньше скорости распространения в стали.
3. Имеется еще один вид редко встречающихся внутренних коррозионных дефектов (хотя в последние 5–6 лет они обнаружены на нескольких трубопроводах). Площадь коррозионных повреждений такого типа может колебаться в пределах 30–650 мм, а общая площадь корродированных зон может достигать нескольких десятков квадратных дециметров, они обычно располагаются в нижнем секторе трубы. Трудность выявления коррозионных повреждений такого типа заключается в том, что из-за большой протяженности нечетко отбиваются их границы — один датчик даст 2–3 последовательные отбивки или же два или более датчиков фиксируют один и тот же дефект. Точность детектирования таких коррозионных повреждений зависит от их геометрии и площади распространения. По мере возрастания площади коррозионных повреждений вероятность ошибки увеличивается.
Как показал опыт компании Т. D. Williamson, эффективность выявления коррозионных повреждений описанных выше типов с помощью ультразвуковых дефектоскопов может быть повышена в результате дополнительной обработки результатов дефектоскопии. Процессор, обеспечивающий дополнительную обработку, встроен непосредственно в схему ультразвукового дефектоскопа, перемещающегося внутри трубопровода. Процессор обрабатывает весь массив регистрируемых сигналов, производя выборку из него только информации, соответствующей действительным коррозионным повреждениям. Волновая последовательность состоит из 3-циклового импульса большой амплитуды, характеризующего отражение от внутренней поверхности стенки трубопровода, и нескольких меньших по амплитуде 2-цикловых импульсов, соответствующих отражениям от наружной поверхности стенки. Такая картина распределения импульсов на большинстве трубопроводов наблюдается в 95 % случаев. Остающиеся 5 % отраженных сигналов могут содержать данные, соответствующие отражениям сигналов от неровностей поверхности, от днищ неглубоких коррозионных повреждений и т. д. Разработанный компанией Т. D Williamson ультразвуковой дефектоскоп Flamsonic даст возможность обрабатывать множественные эхо-сигналы и соответствующим образом дифференцировать их. выявляя неглубокие дефекты.
Литература:
1. Капитальный ремонт магистральных трубопроводов./В. Л. Березин, Н. Х. Халлыев и др. — М., Недра, 1978.
2. Новые подходы к планированию ремонта и диагностике магистральных трубопроводов./ Б. В. Будзуляк, Н. Х. Халлыев, В. Г. Селиверстов и др. — Обз. информ. — Сер. Транспорт и подъземное хранение газа. — М.: ИРЦ Газпром, 1999.
3. Восстановление эксплуатационных параметров магистральных трубопроводов./ Б. В. Будзуляк, Н. Х. Халлыев, В. Г. Селиверстов и др. — Обз. информ. — Сер. Транспорт и подземное хранение газа. — М.: ИРЦ Газпром, 1999.
4. Hamilton J., Moon R. Understanding ultrasonic pipeline inspection: the experience of T. D. Williamson // Pipes and Pipelines Int.- 1995, VII -VIII.-P. 11–18.
