Детков А.,Сляднев А. О новом поколении технических средств неразрушающего контроля оборудования ОАО Газпром XVI Международная деловая встреча Диагностика-2006, Сочи,17-21 апреля 2006 г Т 2. Диагностика оборудования

Открытое акционерное общество «Газпром»
Информационно-рекламный центр газовой промышленности
(ООО «ИРЦ Газпром»)
Шестнадцатая Международная деловая
встреча «Диагностика-2006»
С о ч и , 1 7 -2 1
а п р е л я 2 0 0 6 г.
Том 2
Д И А Г Н О С Т И К А
О Б О Р У Д О В А Н И Я
И С И С Т Е М
К О М П Р Е С С О Р Н Ы Х
С Т А Н Ц И Й , А Г Н К С И Р А С П Р Е Д Е Л И Т Е Л Ь Н Ы Х С Е Т Е Й
Д И А Г Н О С Т И К А О Б О Р У Д О В А Н И Я
Г А З О В О Г О
О Б Ъ Е К Т О В Д О Б Ы Ч И
К О Н Д Е Н С А Т А , Н Е Ф Т И
Москва 2006
Г А З А ,
| Шестнадцатая Международная деловая встреча «Диагностика-2006
О новом поколении технических средств
неразрушающего контроля оборудования объектов
ОАО «Газпром»
Детков А.Ю. (ДОАО «Оргэнергогаз»), Сляднев AM .
(ЗАО «Вотум»)
Широкая номенклатура приборов неразрушающего контроля
приводит к увеличению эксплуатационных затрат и затрат на обуче­
ние персонала, эксплуатирующего эти приборы. Сокращение номен­
клатуры приборов неразрушающего контроля без потери его инфор­
мативности приводит, во-первых, к унификации методологии кон­
троля и принятия решения, во-вторых, к повышению производитель­
ности и минимизации влияния человеческого фактора (фактора
оператора). Кроме того, за счет многофункциональности контроля,
повышается его достоверность и практически исключается вероят­
ность пропуска дефекта. Помимо этого, такой подход позволит
уменьшить затраты на эксплуатацию и обучение персонала.
Основные требования к универсальному ультразвуковому
прибору нового поколения
Прибор должен быть многофункциональным, обеспечивающим
многопараметровый контроль, что в свою очередь повысит досто­
верность контроля и упростит принятие решения относительно обна­
руженного и зарегистрированного в реальном режиме времени де­
фекта.
Прибор должен обладать открытой архитектурой, позволяющей
реализовывать на единой элементной базе широкий класс средств
неразрушающего контроля. Открытость архитектуры должна обеспе­
чивать добавление новых приложений в виде прикладного программ­
ного обеспечения, без изменения его аппаратной части. Гибкость
реализации программного обеспечения позволит осуществлять
проектирование специализированных дефектоскопов: УЗ-дефекто-
200
Сочи, 2006 г. |
скоп, УЗ/ЭМА-толщиномер, акустический тензометр, вихретоковый
дефектоскоп и др.
Прибор должен предусматривать необходимый инструментарий
для создания и сохранения различных методик контроля (без необхо­
димости обращения к языкам программирования).
Прибор должен обладать дружественным интерфейсом с опе­
ратором, способствующим самостоятельному изучению и освоению
заложенных функциональных возможностей, режимов связи де­
фектоскопа с компьютером, процедур протоколирования результа­
тов контроля с использованием программного обеспечения «АРМ
дефектоскописта», режимов построения и работы с АРД диаграм­
мами и других методических вопросов.
Для сравнительного анализа технических возможностей совре­
менных ультразвуковых дефектоскопов общего назначения, были
рассмотрены приборы, указанные в табл. 1
Таблица 1
Ультразвуковые дефектоскопы, подвергнутые анализу
Дефектоскоп
Предприятие-изготовитель
УД4-Т
Вотум
А1214
АКС
УД2В-П46
Кропус
УДЗ-71
Промприбор
Анализ проводился по 10 информативным критериям. Получен­
ные результаты отражены в таблице 2. В каждой строчке таблицы,
знаком «+» отмечены приборы, удовлетворяющие соответствующе­
му критерию.
201
| Шестнадцатая Международная деловая встреча «Диагностика-2006»
Таблица 2
Результаты анализа дефектоскопов
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
202
Критерии
Количество УЗ приложений
(видов контроля), реализованных в
одном и том же приборе
Наличие утилиты для построения и
сохранения различных методик
контроля, без перепрограммирова­
ния прибора
Возможность сочетания контактных
и бесконтактных методов контроля
Возможность работы в
двухканальном режиме
Наличие трех уровней срабатывания
АСД (поисковый контрольный и
браковочный)
Наличие развертки (поддержка
координатного устройства)
Наличие режима цифровой
фильтрации сигнала
Наличие режима временной
регулировки чувствительности
(ВРЧ)/количество точек ВРЧ
Возможность построения и
использования АРД диаграмм
Паспортизация ПЭП
Наличие библиотеки АРД
(для поставляемых ПЭП)
Наличие слежения за координатой
(положением ПЭП)
Наличие режима двусторонней
связи с компьютером и протоколи­
рование процедур контроля
Измерение скорости
распространения УЗК
- по фронту
- по пику
- по переходу
- по выбранным точкам соответст­
вующих принятых отражений
Аппаратная погрешность
измерений скорости
Диапазон измерений затухания
Погрешность измерения затухания
УД4-Т
А1214
УД2ВП46
УДЗ-71
>5
1
1
1
+
-
-
-
+
-
-
-
+
-
-
-
+
+
-
+
+/+
+/-
+/-
+
+
+
-
+/256
+/32
+/10
+/нет
дан­
ных
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Сочи, 2006 г. |
Как видно из таблицы,
вышеуказанным требовани­
ям, в настоящее время наибо­
лее полно удовлетворяет УЗприбор УД4-Т компании «Во­
тум» (рис. 1). На базе этого
прибора, без изменения аппа­
ратной части, реализован це­
лый ряд специализированных
приложений НК.
Рис. 1. Общий вид дефектоскопа УД4-Т
Каждое специализиро­
ванное ПО является закон­
ченным приложением. Такое
построение позволяет поль­
зователю сформировать свой
набор приложений, необхо­
димый для работы. Из рис. 2
видно, что данные, сформи­
рованные одной программой
доступны любой другой. Так,
например, программа «Пас­
Рис. 2. Общая концепция
портизация ПЭП (АРД диа­
построения ПО УД4-Т
граммы)» измеряет и рас­
считывает характеристики
ПЭП, и этими данными могут пользоваться все остальные программы.
Это стало возможным благодаря применению высокопроизводитель­
ного микропроцессора и переносом функций по обработке сигналов с
аппаратного уровня на программный.
Управление прибором осуществляется рядом функциональных
клавиш, назначение которых меняется программно и псевдоаналоговой ручкой (енкодер). Есть только одна выделенная клавиша «?»,
отвечающая за полноэкранный режим (рис. 3), при этом остаются
доступными все функции управления текущим режимом работы.
203
|
Шестнадцатая Международная деловая встреча «Диагностика-2006
Расширение функциональных
возможностей прибора достигается
установкой дополнительного про­
граммного обеспечения (ПО). Таким
образом, на базе одного прибора
можно укомплектовывать свой парк
необходимым количеством специа­
лизированных дефектоскопов, а
единство интерфейсов позволит
легко освоить все новые приложе­
ния.
Прибор рассчитан для работы
в полевых, цеховых и лаборатор­
ных условиях. Среди реализован­
ных на сегодняшний день приложе­
ний по ультразвуковому, электро­
магнитному и вихретоковому кон­
тролю, имеющих непосредствен­
ное отношение к диагностическо­
му обслуживанию трубопроводов
и энергетического оборудования,
можно упомянуть следующие:
- ультразвуковой дефектоскоп общего назначения;
- вихретоковый дефектоскоп;
- ультразвуковой толщиномер;
- ЭМА-толщиномер;
- акустический тензометр (метод акустоупругости для определе­
ния степени затяжки резьбовых деталей).
Кроме того, разработаны и другие специализированные про­
граммы:
- «Паспортизация ПЭП (АРД-диаграммы)»;
- «Построение методик УЗ-контроля».
Помимо этих программ разработан также ряд сервисных утилит,
таких как:
204
Сочи, 2006 г. |
- «Калькулятор» - специализированная программа арифметичес­
кой калькуляции;
- «Флэш-плеер» - мультимедийный проигрыватель;
- программа мониторинга батареи.
Коротко остановимся на особенностях реализации некоторых из
перечисленных приложений.
ПО «Ультразвуковой дефектоскоп общего назначения», как
следует из его названия, предназначено для проведения различно­
го вида УЗ-контроля. Остановимся на отличительных особенностях
этой программы.
ВРЧ может быть задано в ручном режиме как набор отрезков или
автоматически построено по трем отражателям с возможностью
последующей корректировки. Для построения кривой ВРЧ может
быть использовано до 256 точек.
Как известно, на форму и амплитуду отраженного сигнала в
значительной мере влияют параметры и форма генератора возбужда­
ющего импульса. В УД4-Т, наряду с заданными формами для стан­
дартных частот, пользователь может сам задать форму возбуждаю­
щего импульса. Такая необходимость возникает, когда требуется
реализовать одно из условий: или наибольшую амплитуду, или наи­
меньшую длительность отраженного импульса, или минимальную
длительность РШХ, или наиболее
точно подобрать частоту возбуж­
дающего импульса к резонансной
частоте датчика (рис. 4).
Применение цифрового фильт­
ра позволяет увеличить соотноше­
ние сигнал/шум на 20 дБ, причем
возможна его перестройка по часто­
те и ширине полосы пропускания.
1п
SEISE Н
Для получения более полной
информации об объекте контроля
Рис. 4. Изменения формы
часто применяют развертку типа
возбуждающего импульса в
зависимости от параметров ПЭП
В-скан. Такая развертка присутству205
| Шестнадцатая Международная деловая встреча «Диагностика-2006
ет практически во всех моделях современных дефектоскопов, однако
в УД4-Т ее построение имеет ряд положительных особенностей.
При построении В-скана используется УЗ-датчик пути (сканер), что
позволяет получать пропорциональное изображение, т.е. вид В-скана
не зависит от скорости перемещения и по одному и тому же месту
можно пройтись датчиком много раз для получения надежного аку­
стического контакта. На фотографии (рис. 5) показаны вид сканера
и В-скан, построенный на образце СОЗ-Р.
1,
а
!
б
Рис. 5. УЗ-датчик пути (а) и В-скан, полученный на образце СОЗ-Р (б)
ПО «Вихретоковый дефектоскоп» модифицирует УД4-Т в прибор для
обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов (например,
усталостных и стрессокоррозионных трещин и др.) металлоконструкций.
Комплект накладных датчиков позволяет контролировать детали из мате­
риалов с удельной электропроводностью (0,4 - 40)-106 см/м. Информация
о текущей точке контроля представлена положением специального курсо­
ра на комплексной плоскости. Изменение наклона преобразователя в
пределах 0-15° от нормали к контролируемой поверхности приводит к го­
ризонтальному смещению курсора на комплексной плоскости относи­
тельно начала координат, а наличие дефекта приводит к отклонению кур­
сора от горизонтали. Траектория курсора высвечивается на экране прибо­
ра (рис. 6). Предусмотрена также возможность визуализации А-скана.
Прибор обеспечивает контроль плоских и криволинейных поверхностей с
радиусом положительной и отрицательной кривизны 5 мм и более.
206
Сочи, 2006 г. |
Рис. 6. Вид информации в режиме вихретокового дефектоскопа:
а - контроль; б - осциллограф
ПО «Универсальный толщиномер» реализует функциональные воз­
можности УЗ (ультразвукового) толщиномера и ЭМА (электромагнитно­
акустического) толщиномера. В нем применены три метода определения
толщины: резонансный, корреляционный и импульсный (Рис. 7,8). Для из­
мерения толщины используется несколько типов преобразователей:
- ЭМАП - совмещенный;
- ЭМАП - раздельно-совмещенный;
- ПЭП - совмещенный;
- ПЭП - раздельно-совмещенный.
Рис. 7. Вид информации резонансного (а) и корреляционного (б)
режимов ЭМА-толщиномера
207
| Шестнадцатая Международная деловая встреча «Диагностика-2006
Рис. 8. Вид информации в режиме
импульсного ЭМА-толщиномера
Для более удобного анализа полученные результаты могут быть
представлены в виде таблицы или цветовой диаграммы толщин (рис. 9).
] 18:53:5$)
Позиция no X I
01 31384 ^-£*8 ■ ■ 3 1 . 8 0 7 31.Ш
02 31X07 31.888 31.607 31.607 ’з1Х06 ’
03 :ЗЦ809 31X07 31.800 31.607 31X07 '
04 [31X08 31.607 31X08 31.383 31X07
05 :31X08 31.384 31X08 31.380 31.805 ‘
06 31X08 *31X0$ 31.381 31X07 3160S ‘
003.1360
верхняя
Г 003.1609
«--------новая
сессия
Вр«мя - 18.8314
а
б
Рис. 9. Вариант представления результатов контроля:
а - таблица толщин; б - карта толщин
ПО «Акустический тензометр (метод акустоупругости для опре­
деления степени затяжки резьбовых деталей)» предназначено для
контроля усилий затяжки резьбовых соединений. На производствен­
ном объединении «Волна» (Кишинев) выпускались тензометры типа
УП 31Э. ПО «Акустический тензометр» предназначено для замены уста­
ревшего парка этих приборов. Основой для методической части данной
208
Сочи, 2006 г |
программы послужил ОСТ-92-9521-82 «Контроль усилия затяжки резь­
бовых соединений акустическим методом». Данная методика предпола­
гает так называемую «градуировку» прибора. Градуировка выполняется
на стенде разработки предприятия-изготовителя контролируемого изде­
лия, позволяющем проводить нагружение шпилек и болтов одновремен­
но действующими усилиями растяжения, сгиба и кручения, имитирую­
щими условия, существующие при затяжке соединений. Также градуи­
ровку допускается проводить на разрывных машинах, соответствующих
требованиям ГОСТ 7855-74. Цель градуировки - построение так называ­
емой градуировочной характеристики, показывающей зависимость из­
менения времени ДТп распространения УЗВ от растягивающего усилия
Рзп. Эта зависимость в заданном интервале нагрузок, при которых
шпильки, болты находятся в зоне упругих деформаций имеет характер,
близкий к линейному. В результате для каждого типа шпильки, болта,
входящих в состав контролируемого изделия находится коэффициент
пропорциональности к, который затем участвует в расчете усилия затяж­
ки шпильки, болта соответствующего типа в контролируемом изделии.
Отличительными особенностями этой реализации являются
повышенная точность измерения временного интервала (±2 нс) и рас­
чет степени затяжки резьбового соединения непосредственно в при­
боре, с отображением в виде таблицы или круговой диаграммы пол­
ной картины по всему агрегату (рис. 10). Разработка режима «ТензоИ н с т р у к ц и о н н а я к а р т а к о н т р о л я ________________ |
Времена распростр. УЗВ и усилия затяжки
№
То, м кс
Т з, м кс
Л Т з , м кс
1
15.01
15.13
15.13
15.05
1041
03.35
07.37
08.00
07.30
07.36
07.33
15.10
14.93
15.16
15.23
15.23
15.23
15.23
ld.iS
10.15
8.43
8.40
8.40
8.40
8.33
15.22
15.22
15.22
0.24
0.06
0.06
0.20
1.06
1.22
0.12
0.06
0.16
0.10
0.12
0.13
0.30
0.07
2
4
5
ь
7
У
3
1U
11
12
А-.:14
F, т с
21.6
5,4
5,4
18.0
73.3
32.0
6.1
3.0
8.1
5.1
6.1
10.4
.. 24.1 '
5.6
Среди, усилие: 20.77 тс (14 болтов)
Зн кодер-прокрутка; F2-ebi6op записи; Р5-еыкл. просмотр;
а
б
Рис. 10. Вид информации контроля затяжки шпилек фланцевого соединения:
а - инструкционная карта; б - диаграмма
209
| Шестнадцатая Международная деловая встреча «Диагностика-2006
метр» проводилась при непосред­
ственном участии специалистов
ОАО «НПО Энергомаш» отдела не­
разрушающих методов контроля.
ПО «Паспортизация ПЭП
(АРД-диаграммы)» (рис. 11) поз­
воляет по стандартному образцу
ОН-1 или СОЗ-Р измерить основ­
ные характеристики ПЭП, включая
задержку в призме, угол ввода по
стали и построение АРД-диаграмм.
На экране присутствуют подсказ­
ка, указывающая от какого отра­
жателя необходимо получить
сигнал, и огибающая. Сигнал с
наибольшей амплитудой прини­
мается для дальнейших расче­
тов. Всего достаточно провести
три измерения. Построенные
АРД-диаграммы предназначены
для оценки эквивалентной пло­
щади дефектов. Измеренными характеристиками ПЭП и построен­
ными АРД-диаграммами могут пользоваться все остальные про­
граммы.
Программа «Флэш-плеер» представляет собой сервисное прило­
жение. Основное предназначение ее состоит в воспроизведении непо­
средственно на приборе учебных роликов для различных методик кон­
троля, реализованных в приборе. Учебный ролик позволяет в более
наглядной форме представить особенности и преимущества той или
иной методики, реализованной в приборе, и наряду с технической до­
кументацией, призван дать наиболее полную картину работы с про­
граммой, реализующей конкретную методику, а также упростить
процесс обучения работы с программой (рис. 12). Следует отметить
то, что создавать подобные учебные ролики может и оператор в
210
Сочи, 2006 г. |
процессе выполнения каком-ли­
бо задачи технического диагнос­
тирования объекта, используя
пакет Macromedia Flash.
Все программы позволяют
сохранять результаты контроля
на персональном компьютере.
Для этой цели служит программа
«АРМ УД4-Т» (рис. 13), постав­
ляемая с дефектоскопом. «АРМ
Рис. 12. Режим обучения оператора
УД4-Т» - это программный ком­
плекс, предназначенный для компьютерной обработки и хранения дан­
ных о результатах контроля, получаемых при помощи прибора УД4-Т.
'Т Р Я —
iifi in iii иии fn iii
m il
■
Файл Вид Справка
т
a
s
I
t
Менеджер взаимодействия
Й i
у -V
j
|
Дефектоскоп Общего Назначения Дефектоскоп СПО ЖД (РД 07.09-97) Толщиномер ]
I
1омер прибора Результат
[РезультатО.............[01Ж зЮ 416:04:56 {Ivanov'
Результат!
04.02.200412:47:53 Ivanov
Строб:
Начало, мкс:
Ширина, мкс:
Амплитуда (А), %\
04.02.2004 1 2:52:02 Ivanov
А
15.000
11.500
22
В
0.000
0.500
0
109.32
20600
115.15
04.02.2004 13:03:36 Ivanov
Результате
09.02.2004 18:12:21 Ivanov
Сигнал:
Глубина (Н), мм.
Амплитудам, дБ
[Время (Т), мкс:
Объект контроля:
Номер:
Частота (f), МГц:
Угол ввода УЗК, градусы:
Задержка в призме, мкс:
в
5.00
0.00
0.000
Толщина (Н), мм:
Скорость УЗК (V), м/с:
Название:
0.00
6000
Шкала
<9 мкс Г
И
Заключение:
.Длительность, мкс:
Рис. 13. Форма отчета по результатам контроля
211
| Шестнадцатая Международная деловая встреча «Диагностика-2006
Кроме того, «АРМ УД4-Т» позволяет обновлять версии программно­
го обеспечения прибора УД4-Т, предоставляет возможность удобного
просмотра и навигации по полученным и сохраненным данным, форми­
рует отчеты по результатам контроля.
При разработке методик контроля и последующем их вводе в
прибор полезной становится программа, позволяющая на персо­
нальном компьютере отображать экран прибора с возможностью
его записи в файл.
Ультразвуковой датчик положения ПЭП (используется при по­
строении В- и D-сканов).
Оптический датчик положения ПЭП (используется для построе­
ния С-скана и траектории движения ПЭП).
Видеокамера позволяет использовать УД4-Т в режиме эндоскоп,
причем одновременно возможно наблюдать развертку А-скана.
Этот режим предназначен для визуализации процесса контроля в
трудно доступных местах.
212