Испытания системы вихретокового контроля труб TS-2000 при обследовании змеевиков реакторов синтеза НАК

Пшеничный А.О. начальник лаборатории
неразрушающего контроля, "Саратоворгсинтез";
Голубев А.С. ведущий инженер, «ПАНАТЕСТ»

Одной из задач, решаемых лабораторией неразрушающего контроля ООО "Саратоворгсинтез" является задача контроля коррозионного повреждения по внутреннему диаметру змеевиков реакторов синтеза НАК (нитрила акриловой кислоты) и СК (синильной кислоты).

Цех СК и НАК, предназначенный для получения нитрила акриловой кислоты, синильной кислоты и ацетонитрила, был введён в эксплуатацию в 1978 году. Отделение синтеза цеха СК и НАК предназначено для получения нитрила акриловой кислоты в реакторах синтеза R-1001А и R-1001В.

Внутри каждого реактора в 13 рядов расположено 30 змеевиков. Типовой змеевик показан на рисунке 1. Змеевик состоит из стальных труб диаметром 114,3 мм, c толщиной стенки 8,56 мм и круто загнутых отводов. Расстояние между трубами – 90 мм. Расстояние между рядами змеевиков – 530 мм. Высота змеевика – 6 м. 

Рис. 1. Схема змеевика

В настоящее время специалистами лаборатории НК ООО "Саратоворгсинтез" производится контроль остаточной толщины элементов змеевиков методом ультразвуковой толщинометрии. Контролируются горизонтальные трубы, все отводы, верхняя (с подвесных лесов) и нижняя части вертикальных труб.

К недостаткам данного метода можно отнести возможность пропуска точечных дефектов и низкую производительность. Сплошной контроль труб с использованием ультразвукового толщиномера связан с большими трудозатратами. Измерение толщины стенки производится с определенным шагом, с увеличением которого возрастает возможность пропуска локальных дефектов, а при уменьшении - увеличивается время контроля одной трубы.

В апреле 2009 года на территории ООО "Саратоворгсинтез" были проведены испытания системы TS-2000 компании TesTex, целью которых было установление возможности повышения производительности и достоверности контроля труб змеевиков.
Система TS-2000 предназначена для контроля трубопроводов различного назначения с внешней стороны. Принцип действия TS-2000 основан на использовании низкочастотного поля вихревых токов (LFET – Low Frequency Electromagnetic Technique) и позволяет проводить бесконтактный контроль через зазор или немагнитное покрытие толщиной до 5 мм со скоростью до 0,3 м/с. Диапазон рабочих частот системы от 5 Гц до 30 кГц позволяет применять её для контроля как немагнитных проводящих объектов, так и для магнитных труб. TS-2000 дает возможность находить и количественно оценивать внутренние и внешние дефекты типа коррозионного утонения стенки, питтинговой коррозии, поверхностных трещин.

Система состоит из сканера, профилированного под необходимый диаметр трубы, электронного блока, организующего работу системы, и промышленного ноутбука, обеспечивающего сбор, представление, обработку, хранение и тиражирование информации. Многоканальные сканеры TS-2000 могут быть изготовлены под различные типоразмеры труб. Существуют специальные низкопрофильные сканеры для контроля в условиях ограниченного доступа, а так же сканеры для контроля круто загнутых отводов. Общий вид сканеров приведен на рис.2

Рис. 2. Сканеры системы TS-2000
а) – сканер для контроля прямых участков труб
б) – низкопрофильный сканер
в) – сканер для контроля круто загнутых отводов

 

Система легкая, имеет небольшие размеры, что является важным преимуществом при работе в узком пространстве между рядами змеевиков. Отсутствие постоянных магнитов в сканерах и необходимости использования контактной жидкости также упрощает работу.

За один проход сканера по трубе осуществляется контроль поверхности под ним шириной 80 мм. При этом в режиме реального времени формируется изображение, на котором с помощью цветной кодировки отображаются дефекты. Изображение представляет собой отклонение фазы или амплитуды сигнала с каждой из катушек сканера от нулевого уровня, соответствующего бездефектному участку объекта. Изображение позволяет судить о форме и размере дефектов (по форме сигнала и количеству реагирующих катушек) и о потерянной толщине (по зависимости фазы сигнала от глубины дефекта).

Для получения зависимости фазы от глубины дефекта и настройки TS-2000 используются калибровочные образцы, соответствующие объекту контроля по диаметру, толщине стенки и марке стали. В качестве калибровочного образца применяется участок трубы с искусственными дефектами на внутренней поверхности. В качестве искусственных дефектов обычно используются проточки, имитирующие плавные утонения, или сверления различной глубины, имитирующие точечную коррозию. Глубина искусственных утонений выбирается в зависимости от минимальной глубины дефекта, который должен быть обнаружен при контроле. На рисунке 3 приведены сигналы, полученные на калибровочном образце толщиной 4 мм. Минимальная глубина обнаруживаемого утонения – 5% от номинального значения толщины стенки трубы.

 Рис. 3. Сигналы, полученные на калибровочных образцах толщиной 4 мм
а) – сигналы от проточек глубиной 5%, 10% и 20% от номинального значения толщины стенки трубы
б) – сигналы от засверловок диаметром 5 мм глубиной 60%, 40% и 20% от номинального значения толщины стенки трубы

Таким образом, TS-2000 позволяет выявлять дефекты малой глубины в процессе их возникновения и развития. Однако на практике, в соответствии с действующей НТД, требуется фиксировать дефекты глубиной свыше 20%, а критическим считается дефект свыше 40% толщины стенки.

В данном случае перед проведением контроля труб змеевиков чувствительность и основные рабочие параметры TS-2000 настраивались в лаборатории на образце с реальным 30-процентным внутренним утонением стенки. Для надежного выявления дефектов, аналогичных дефекту в образце, была выбрана частота 10 Гц. Чувствительность системы была установлена таким образом, чтобы сигнал от 30-процентного утонения соответствовал середине цветовой шкалы или значению фазы 3º.

Рис. 4. Настройка системы в лабораторных условиях

Испытания TS-2000 включали в себя контроль нижних участков вертикальных труб. Сканирование проводилось одним оператором, при этом электронный блок устанавливался в начале ряда, а 15-и метровый кабель обеспечивал доступ оператора со сканером ко всем трубам змеевика. 
В результате контроля нескольких рядов, в нижней части одной из труб было обнаружено утонение с внутренней стороны стенки, сигнал от которого приведен на рисунке 5. Судя по сигналу, утонение имеет локальный характер и глубину более 30% (фаза сигнала превышает 3º). 
После проведения сканирования с использованием системы TS-2000 проконтролированные трубы проверялись с применением ультразвукового толщиномера. Остаточная толщина в области обнаруженного с помощью TS-2000 дефекта по результатам УЗК составила 5 мм (58% от номинальной).

Рис. 5. Сигнал от дефекта

Таким образом, по результатам испытаний было установлено, что для исключения возможного пропуска точечных дефектов и сокращения трудозатрат на диагностическое обследование труб змеевиков, целесообразно проведение сплошного контроля с использованием TS-2000. Остаточную толщину в локализованной дефектной области можно определять как с использованием возможностей TS-2000, так и с помощью ультразвукового толщиномера. Сочетание двух методов, основанных на разных физических принципах, повышает достоверность контроля.

Литература

1) Опыт внедрения современных систем неразрушающего контроля труб поверхностей нагрева энергетических котлов. Семченко Ю.В. СЕ “Донбассэнергоналадка”, ОАО Донбассэнерго. По материалам конференции: "Угольная теплоэнергетика. Проблемы реабилитации и развития" г. Алушта 2005 г.

ВЕРСИЯ ДЛЯ ПЕЧАТИ