Ультразвуковой контроль антикоррозионного покрытия магистральных нефтегазопровод

Ультразвуковой контроль антикоррозионного покрытия магистральных нефтегазопроводов

Меркурьева И.А. (ООО «Севергазпром», г. Ухта, РФ)

Кузьбожев А.С. (филиал ООО «ВНИИГАЗ» - «Севернипигаз», г. Ухта, РФ)

In work criteria of a ultrasonic method of repeated reflections for quality surveillance of glueing of a polymeric covering to metal pipes are submitted.

В настоящее время разработаны критерии ультразвукового метода многократных отражений (ревербераций) оценки состояния антикоррозионного покрытия. Однако при этом для контроля необходим доступ к трубопроводу и сканирование ведется по поверхности покрытия. Очевидно, если разработать критерии для оценки свойств покрытия со стороны металла, то появляется теоретическая возможность использования для оценки состояния покрытия внутритрубных снарядов-дефектоскопов (ВТД).

Система интерпретации данных ВТД развита настолько, что позволяет различать особенный вид слоистости стенок трубопроводов от ликвационных образований, образовавшихся при изготовлении листа на сталепрокатных заводах. Поэтому ВТД пригодна для контроля полимерных покрытий без внесения каких-либо существенных конструктивных изменений. Необходимо только подобрать оптимальную частоту преобразователей и настроить электронный блок обработки в соответствии с разработанными критериями отбраковки покрытий.

Для определения критериев УЗ метода были выполнены лабораторные испытания, в которых использовались:

- ультразвуковой дефектоскоп А 1214 "Эксперт";

- прямой совмещенный пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) с рабочей частотой 5,0 МГц типа S 3565 П111-5;

- образцы металла трубы с покрытием и термоусаживающейся манжетой, имитирующие дефекты изоляционного покрытия.

Задачами лабораторного комплекса исследований являлись:

1. определение критериев оценки адгезионной прочности покрытия и термоусаживающихся манжет к металлу трубы акустическим методом контроля;

2. оценка минимального размера выявляемого дефекта (разрешающей способности метода). При решении поставленной задачи учитывалось возможное изменение параметров покрытия, способных корректировать искомые критерии.

Адгезионная прочность покрытия к металлу характеризуется сплошностью в двухслойной конструкции «металлический слой – покрытие». Для акустического метода критериями оценки сплошности служат параметры амплитудно-временного распределения эхо-сигналов, на которое влияют следующие характеристики:

- толщина и коэффициент затухания в металлическом слое;

- характеристические импедансы слоев.

Толщина металла труб для газопроводов регламентируется нормативными документами, согласно которым предельные отклонения по толщине должны укладываться в диапазон изменения не более 5 % номинального значения.

Учитывая, что акустические свойства для определенной категории труб изменяются незначительно, принимаем затухание эхо-сигналов в металлическом слое за постоянную величину, не вносящую значительных изменений в амплитудное распределение.

Сущность испытаний заключается в измерении амплитудных и временных параметров сигналов на образцах металла различной толщины покрытия. Критерии оценки адгезии покрытия получают измерением параметров сигналов на образцах с различными по размерам нарушениям и отсутствием нарушения адгезионного соединения покрытия на металле. По результатам измерений строят амплитудно-временные распределения сигналов для определенной толщины покрытия и определяют зависимость данных параметров.

Предварительную настройку ультразвукового дефектоскопа производили на стандартном образце СО-1. Для определения критериев качества адгезии изготавливали четыре образца из фрагментов металла трубы и покрытием разной толщины (табл. 1):

Таблица 1 - Характеристики образцов для лабораторных испытаний

Параметр	Образец №1	Образец №2	Образец №3	Образец №4
Толщина металла, мм	12,0	12,0	19,0	12,0
Общая толщина покрытия, мм в т.ч. полиэтилена сополимера этилена	3,0 2,5 0,5	5,0 4,5 0,5	5,0 4,5 0,5	5,0 4,5 0,5
Размеры покрытия, мм´мм	80´50	80´50	120´80	50´50
Размеры металла, мм´мм	80´50	80´50	120´80	80´50
Диаметр искусственных дефектов покрытия, мм	18,0 и 7,0	25,0 и 10,0	30,0; 20,0 и 10,0	15,0
Шероховатость поверхности металла, Rz	20	100	20	20

На рис. 1, а для примера показана осциллограмма ультразвукового дефектоскопа после его настройки в процессе сканирования фрагмента А образца толщиной 5 мм, имитирующего нормативные адгезионные параметры покрытия. Блок цифровой обработки показывает толщину металла в мм, пересчитывая время, прошедшее до появления первого эхо-сигнала t₁ через скорость распространения УЗ колебаний в расстояние. Амплитудное распределение регистрируемых эхо-сигналов подобно распределению, полученному расчетным путем. Некоторые отличия обусловлены более низкой толщиной покрытия и металла по сравнению с заложенными в расчетах. Показания глубинометра дефектоскопа фиксируют толщину металла образца (12 мм) по времени прихода первого эхо-сигнала. Анализ показывает, что все видимые на экране эхо-сигналы – результат отражения ультразвуковой волны от границы "металл-покрытие", т.к. время эхо-сигналов кратно 12 мм (рис. 1).

Отношение амплитуд эхо-сигналов имеет более низкие значения, чем расчетные. Так, , измеренное над дефектом диаметром 20 мм равно 0,56 независимо от настройки чувствительности прибора (рис. 1 а, б), над бездефектным участком 0,51 (рис. 2, в). При расположении ПЭП над центром отверстия 7 мм =0,55 (рис. 2, г).

Рисунок 1- Осциллограммы ультразвукового дефектоскопа в процессе сканирования фрагментов образца №1:а) преобразователь над центром дефекта 20 мм, ослабление аттенюатора 79 дБ; б) то же, ослабление - 71 дБ; в) преобразователь над фрагментом образца с нормативными адгезионными характеристиками покрытия; г) преобразователь над центром дефекта 7 мм, ослабление аттенюатора 71 дБ

Тенденция изменения соответствует расчетным показателям: максимальное значение относится к максимальному дефекту, минимальное – нормативным адгезионным параметрам покрытия. Промежуточное значение имеет отношение амплитуд, измеренное над дефектом 7 мм, т.к. часть площади фронта звуковой волны отражается от границы "металл-воздух", часть от границы "металл-покрытие". Однако очевидно, что критерий для дефекта 7 мм наиболее соответствует дефектному состоянию покрытия.

В ходе лабораторных испытаний получены следующие информативные дефектоскопические признаки выявления отслоений полимерного покрытия заводского нанесения от металлических труб на основе анализа амплитудного распределения многократно отраженных эхо-сигналов (табл. 2).

Таблица 2 -Критерии выявления нарушения соединения полимерного покрытия с металлическими трубами

Толщина стенки трубы, мм	Шероховатость поверхности трубы, Rz	Толщина покрытия, мм	Диаметр дефекта, мм	Критерии
				Дефект		Бездефектная область
				Р_n/Р_n+1	n	Р_n/Р_n+1	n
12	20	3,0	7 20	0,55 0,56	6 8	0,51	4
	100	5,0	10 25	0,57 0,60	6 9	0,44	4
	20	5,0	более 25 15	0,73 0,67	10....11 7	0,33	3
19	20	5,0	10 20 30	0,41 0,42 0,44	4 4 5	0,37	3

Из представленных данных следует, что информативные дефектоскопические критерии выявления нарушений соединения полимерного покрытия получены для двух типоразмеров газопроводных труб большого диаметра: 1220 х 12,5 мм с толщиной покрытия в интервале 3 - 5 мм и 1420 х 17,5 мм с толщиной покрытия 5 мм. При этом разрешающая способность метода составляет не менее 25 мм.

Очевидно, что минимальное повреждение в покрытии такого размера в трубе диаметром 1220 х 12,5 мм идентифицируется по уменьшению соотношения эхо-сигналов Р_n/Р_n+1 с интервала 0,55 - 0,75 до интервала 0,35 - 0,5 и числа эхо-сигналов n с интервала 6 - 11 до 3 - 4.

Для трубы диаметром 1420 х 17,5 мм минимальное повреждение в покрытии может быть выявлено по уменьшению параметра Р_n/Р_n+1 с интервала 0,4 - 0,45 до интервала 0,37 и числа эхо-сигналов n с интервала 4 - 5 до 3.