Устройство для ультразвуковой диагностики теплоизолированных поверхностей трубопроводов и оборудования

Авторы патента:

Войтех Николай Дмитриевич (RU)

Журавлёв Юрий Алексеевич (RU)

Верховых Александр Владимирович (RU)

G01N29/04 - для обнаружения локальных дефектов в твердых телах (G01N 29/16,G01N 29/18,G01N 29/20 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2760919:

Акционерное общество "НИПИгазпереработка" (АО "НИПИГАЗ") (RU)

Изобретение относится к средствам для технической диагностики технологических трубопроводов и оборудования, транспортирующих коррозионно-активные среды. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для ультразвуковой диагностики теплоизолированных поверхностей трубопроводов и оборудования, включающее люк доступа к внешней поверхности исследуемой стенки, вмонтированный в теплоизоляцию, технологический шаблон, закрепленный на внешней поверхности исследуемой стенки и фиксирующий координаты контрольных точек, в которых измеряют толщину стенок, и переносной датчик ультразвукового контроля, соединенный сигнальным кабелем с электронным блоком, при этом технологический шаблон выполнен в виде одной или нескольких направляющих трубок, закрепленных на исследуемой поверхности внутри люка доступа перпендикулярно к исследуемой поверхности, при этом поперечное сечение каждой направляющей трубки принято таким, чтобы в направляющей трубке размещался датчик ультразвукового контроля, кроме того, каждая направляющая трубка оборудована направляющими пазами или выступами, ориентированными в заданном направлении, а датчик ультразвукового контроля, вводимый в направляющую трубку, оборудован штоком-держателем, а также устройствами, центрирующими датчик ультразвукового контроля относительно направляющей трубки, и ответными элементами для направляющих пазов или выступов, которыми оборудована каждая направляющая трубка. Технический результат: повышение показателей надежности величин скорости коррозии и коррозионного ресурса. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к средствам для технической диагностики технологических трубопроводов и оборудования неразрушающими методами и может быть использовано в нефтегазоперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, использующих технологическое оборудование и трубопроводы, транспортирующие коррозионно-активные среды.

К методам неразрушающего диагностического контроля относится, в частности, ультразвуковая толщинометрия. С помощью этого метода определяют скорость коррозии внутренней поверхности стенок трубопроводов и оборудования, проводя измерения с наружной стороны стенок. Достигается это проведением, например, двух последовательных измерений, разнесенных во времени, остаточной толщины стенок в одной и той же точке с помощью датчика ультразвукового контроля, устанавливаемого на обследуемую поверхность. От датчика ультразвукового контроля электрический сигнал поступает по сигнальному кабелю к показывающему электронному прибору, фиксирующему результаты измерения. При уменьшении толщины стенки разницу в измеренных толщинах делят на промежуток времени между последовательными измерениями и получают скорость коррозии в единицах измерения, например, мм/год. На основании измеренных величин скорости коррозии и остаточной толщины стенки вычисляют остаточный коррозионный ресурс оборудования и трубопроводов (см. Инструкция по определению скорости коррозии металла стенок корпусов сосудов и трубопроводов на предприятиях Миннефтехимпрома СССР, ВНИКТИнефтехимоборудования, Волгоград - 1983).

Известно устройство для ультразвуковой диагностики, описанное в РД 03-410-01 Инструкция по проведению комплексного технического освидетельствования изотермических резервуаров сжиженных газов, включающее окна-люки в теплоизоляции, обеспечивающие доступ к поверхности, при этом на поверхности, ограниченной окном-люком, проводят измерения толщины стенки переносными датчиками ультразвукового контроля в контрольных точках поверхности объекта.

Недостатком известного устройства является практическая невозможность установить датчик ультразвукового контроля в одну и ту же точку при последовательных измерениях. Несоответствия в установке датчиков ультразвукового контроля при первичном и вторичном измерениях на доли миллиметра приводят к значительной ошибке измерения толщин. Погрешность вычисления разницы толщин в этом случае может достигать 100% от фактической величины, эта погрешность в соответствии с теорией погрешностей составляет основную долю погрешности конечных вычислений, что делает величины рассчитанных скоростей коррозии и остаточного коррозионного ресурса не надежными.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для ультразвуковой диагностики, описанное в способе контроля коррозии стенок теплоизолированного оборудования и трубопроводов (см. патент РФ на изобретение №2691125, G01N 17/00, G01B 17/02, G01N 29/04, опубл. 11.06.2019 в бюл. №17), в соответствии с которым для повышения точности измерений толщины стенок трубопроводов и оборудования при доступе к теплоизолированной поверхности через люки доступа, используются технологические шаблоны из листового материала с вырезами для установки переносных датчиков (преобразователей) ультразвукового контроля. Технологические шаблоны определяют точки установки датчиков ультразвукового контроля при последовательных измерениях.

Общими признаками известного и предлагаемого устройств являются:

- люки доступа к внешней поверхности исследуемых стенок, вмонтированные в теплоизоляцию;

- технологические шаблоны, закрепленные на внешней поверхности исследуемых стенок, фиксирующие координаты контрольных точек, в которых измеряют толщину стенок;

- переносные датчики ультразвукового контроля, соединенные сигнальным кабелем с электронным блоком.

Недостатками известного устройства для ультразвуковой диагностики являются неконтролируемость перпендикулярности датчика ультразвукового контроля относительно исследуемой поверхности, а также неконтролируемость ориентирования датчика ультразвукового контроля относительно осей цилиндрических поверхностей. Например, для датчиков ультразвукового контроля, оснащенных раздельно-совмещенными пьезо-электрическими преобразователями (ПЭП), экран, разделяющий излучающий и принимающий ПЭП, должен располагаться перпендикулярно оси цилиндрических поверхностей. Нарушение перпендикулярности датчика ультразвукового контроля к исследуемой поверхности и ориентации экрана датчика ультразвукового контроля относительно оси цилиндрических поверхностей изменяет необходимое направление ультразвуковых лучей, что приводит к методическим погрешностям в результатах измерении толщины стенок и снижает надежность результатов расчетного определения скорости коррозии и коррозионного ресурса стенки трубопровода или оборудования.

Технической задачей предлагаемого устройства является повышение точности и однообразности установки датчиков ультразвукового контроля по вертикальности к исследуемой поверхности и по ориентации датчика ультразвукового контроля относительно оси цилиндрических поверхностей при первичных и последующих измерениях.

Техническим результатом является повышение показателей надежности величин скорости коррозии и коррозионного ресурса, вычисляемых на основе результатов первичных и вторичных измерений толщины стенок переносными датчиками ультразвукового контроля через люки доступа, обустроенные в теплоизоляции, при минимальных методических погрешностях.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой диагностики теплоизолированных поверхностей трубопроводов и оборудования, включающем люк доступа к внешней поверхности исследуемой стенки, вмонтированный в теплоизоляцию, технологический шаблон, закрепленный на внешней поверхности исследуемой стенки и фиксирующий координаты контрольных точек, в которых измеряют толщину стенок, переносной датчик ультразвукового контроля, соединенный сигнальным кабелем с электронным блоком, согласно предлагаемому изобретению, технологический шаблон выполнен в виде одной или нескольких направляющих трубок, закрепленных на исследуемой поверхности внутри люка доступа перпендикулярно к исследуемой поверхности, при этом поперечное сечение каждой направляющей трубки принято таким, чтобы в направляющей трубке размещался датчик ультразвукового контроля, кроме того, каждая направляющая трубка оборудована направляющими пазами или выступами, ориентированными в заданном направлении, а датчик ультразвукового контроля, вводимый в направляющую трубку, оборудован штоком-держателем, а также устройствами, центрирующими датчик ультразвукового контроля относительно направляющей трубки, и ответными элементами для направляющих пазов или выступов, которыми оборудована каждая направляющая трубка.

Заявляемая совокупность признаков предлагаемого устройства позволяет за счет жесткого крепления направляющих трубок относительно исследуемой поверхности установить точные координаты контрольных точек, в которые устанавливаются датчики ультразвукового контроля.

Выполнение технологического шаблона в виде одной или нескольких направляющих трубок, закрепленных на исследуемой поверхности внутри люка доступа перпендикулярно к исследуемой поверхности и снабжение датчика ультразвукового контроля, вводимого в каждую направляющую трубку, устройствами, центрирующими датчик ультразвукового контроля относительно направляющей трубки, позволяет соблюсти точную перпендикулярность расположения датчиков ультразвукового контроля к исследуемой поверхности стенки трубопровода или оборудования.

Снабжение каждой направляющей трубки направляющими пазами или выступами, ориентированными в заданном направлении, и снабжение датчика ультразвукового контроля, вводимого в каждую направляющую трубку, ответными элементами для направляющих пазов или выступов, которыми оборудована каждая направляющая трубка, позволяет соблюсти точную ориентацию датчика ультразвукового контроля относительно оси цилиндрических объектов, т.к. в датчиках ультразвукового контроля перегородка между пьезо-электрическими преобразователями должна быть ориентирована перпендикулярно оси исследуемой цилиндрической поверхности.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерений остаточной толщины стенок и, тем самым, повысить показатели надежности величин скорости коррозии и остаточного коррозионного ресурса при расчетах результатов толщинометрии с минимальными методическими погрешностями.

На фигурах 1-5 представлено предлагаемое устройство для ультразвуковой диагностики теплоизолированных поверхностей трубопроводов и оборудования, где:

- на фиг. 1 представлено поперечное сечение устройства, расположенное в люке доступа;

- на фиг. 2 представлено сечение А-А фиг. 1;

- на фиг. 3 представлено поперечное сечение направляющей трубки;

- на фиг. 4 представлен шток-держатель с датчиком ультразвукового контроля;

- на фиг. 5 представлена схема устройства для ультразвуковой диагностики в рабочем положении.

На фигурах 1-5 обозначены следующие позиции:

1 - фрагмент исследуемой теплоизолированной поверхности стенки трубопровода или оборудования;

2 - теплоизоляция исследуемой поверхности 1;

3 - стенка люка доступа к исследуемой поверхности 1;

4 - теплоизолирующая и герметизирующая крышка люка доступа 3;

5 - плата, укрепленная на исследуемой поверхности 1;

6 - направляющие трубки;

7 - направляющий паз (или выступ) в стенке направляющей трубки 6;

8 - ось фрагмента исследуемой поверхности 1;

9 - корпус датчика ультразвукового контроля;

10 - пьезо-электрический преобразователь, излучающий ультразвуковой сигнал;

11 - пьезо-электрический преобразователь, принимающий отраженный ультразвуковой сигнал;

12 - перегородка между пьезо-электрическими преобразователями 10 и 11;

13 - шток-держатель, на котором закреплен корпус датчика ультразвукового контроля 9;

14 - устройства, центрирующие датчик ультразвукового контроля 9 относительно направляющей трубки 6;

15 - ответные элементы для направляющих пазов (или выступов) 7, закрепленные на штоке-держателе 13;

16 - сигнальный кабель от датчика ультразвукового контроля 9 к электронному блоку (на фигурах не показан).

Предлагаемое устройство ультразвуковой диагностики теплоизолированной поверхности 1 включает (см. фиг. 1) вмонтированный в теплоизоляцию 2 люк доступа 3 к внешней исследуемой поверхности 1. Люк доступа 3 снабжен теплоизолирующей и герметизирующей крышкой 4. На исследуемой поверхности 1 внутри люка доступа 3 в контрольных точках с помощью платы 5 перпендикулярно к исследуемой поверхности 1 закреплены технологические шаблоны, выполненные в виде одной или нескольких направляющих трубок 6.

Каждая направляющая трубка 6 (см. фиг. 2, 3) оборудована направляющими пазами (или выступами) 7, сориентированными в одном и том же направлении относительно оси 8 фрагмента исследуемой поверхности 1.

Поперечное сечение направляющей трубки 6 принято таким, чтобы в ней размещался переносной датчик ультразвукового контроля 9 (см. фиг. 4, 5), оснащенный пьезо-электрическими преобразователями 10, 11, разделенными перегородкой 12, и соединенный сигнальным кабелем 16 с электронным блоком (на фигурах не показан).

Датчик ультразвукового контроля 9 оборудован штоком-держателем 13, а также устройствами 14, центрирующими датчик ультразвукового контроля 9 относительно направляющей трубки 6, и ответными элементами 15 для направляющих пазов (или выступов) 7, которыми оборудована каждая направляющая трубка 6.

Устройство работает следующим образом:

Люк доступа 3 переводят в рабочее положение, для чего с него снимают теплоизолирующую и герметизирующую крышку 4.

Датчик ультразвукового контроля 9, оборудованный устройствами 14 и ответными элементами 15, вводят в одну из направляющих трубок 6.

Датчик ультразвукового контроля 9 допускают до контакта с исследуемой поверхностью 1, при этом ответный элемент 15 совмещают с направляющим пазом (или выступом) 7 в направляющей трубке 6, таким образом, чтобы направляющий паз 7, выполненный вдоль направляющей трубки 6, совместился с направляющим выступом - ответным элементом 15 (для направляющего паза 7), установленным на датчике ультразвукового контроля 9, либо по другому варианту, направляющий выступ 7, выполненный вдоль направляющей трубки 6, совместился с направляющим пазом 7 - ответным элементом 15 (для направляющего выступа 7), установленным на датчике ультразвукового контроля 9.

При включении электронного блока (на фигурах не показан), производят измерение толщины исследуемой поверхности 1 в точке установки датчика ультразвукового контроля 9.

Вышеуказанные действия повторяют в каждой контрольной точке с установленными в них направляющими трубками 6.

При последующих измерениях, которые проводят через определенный промежуток времени (недели, месяцы или годы) повторяют все указанные действия. При этом, в каждой точке измерения толщины исследуемой поверхности 1, датчик ультразвукового контроля 9 устанавливают точно в такое же положение, что и при предыдущем измерении.

Таким образом, сводятся до минимума методические погрешности измерений.

Устройство для ультразвуковой диагностики теплоизолированных поверхностей трубопроводов и оборудования, включающее люк доступа к внешней поверхности исследуемой стенки, вмонтированный в теплоизоляцию, технологический шаблон, закрепленный на внешней поверхности исследуемой стенки и фиксирующий координаты контрольных точек, в которых измеряют толщину стенок, и переносной датчик ультразвукового контроля, соединенный сигнальным кабелем с электронным блоком, отличающееся тем, что технологический шаблон выполнен в виде одной или нескольких направляющих трубок, закрепленных на исследуемой поверхности внутри люка доступа перпендикулярно к исследуемой поверхности, при этом поперечное сечение каждой направляющей трубки принято таким, чтобы в направляющей трубке размещался датчик ультразвукового контроля, кроме того, каждая направляющая трубка оборудована направляющими пазами или выступами, ориентированными в заданном направлении, а датчик ультразвукового контроля, вводимый в направляющую трубку, оборудован штоком-держателем, а также устройствами, центрирующими датчик ультразвукового контроля относительно направляющей трубки, и ответными элементами для направляющих пазов или выступов, которыми оборудована каждая направляющая трубка.

Изобретение относится к области соединения деталей несущих и ограждающих конструкций. Технический результат заключается в возможности применения сплошного контроля болтов в процессе выполнения болтовых соединений за возможным ростом трещин.

Ультразвуковой способ измерения высоты вертикально ориентированных плоскостных дефектов в стеклокерамических материалах элементов конструкций летательных аппаратов // 2760487

Использование: для измерения высоты вертикально ориентированных плоских дефектов (трещин) в стеклокерамических материалах элементов конструкций летательных аппаратов. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковыми волнами при помощи прямого совмещенного ультразвукового преобразователя возбуждают в изделии импульсы продольных ультразвуковых колебаний в направлении, совпадающем с плоскостью дефекта, и принимают отраженные донной поверхностью изделия ультразвуковые колебания, с целью увеличения точности измерения вычисляют отношение амплитуды отраженной от донной поверхности ультразвуковой продольной волны, прошедшей через вертикально ориентированный плоскостной дефект (трещину) элемента конструкции летательного аппарата, к амплитуде отраженной от донной поверхности ультразвуковой продольной волны, прошедшей через область элемента конструкции летательного аппарата без дефекта, для проведения измерений применяются ультразвуковые волны в диапазоне частот от 10 МГц до 20 МГц.

Способ определения модуля упругости стеклопластиков при ультразвуковом неразрушающем контроле // 2760472

Использование: для определения модуля упругости стеклопластиков при ультразвуковом неразрушающем контроле. Сущность изобретения заключается в том, что излучают импульсы ультразвуковых колебаний излучателем в плоскости армирования стеклопластика и по нормали к плоскости армирования, принимают приемником импульсы, прошедшие в стеклопластике, измеряют скорости их распространения в плоскости армирования стеклопластика, при этом измеряют скорости продольных ультразвуковых волн, распространяющихся по нормали к плоскости армирования стеклопластика, на частотах от 2 до 20 МГц с помощью двух соосно расположенных на противоположных поверхностях пьезоэлектрических преобразователей при двустороннем доступе или с помощью одного пьезоэлектрического преобразователя при одностороннем доступе, после чего определяют плотность стеклопластика по экспериментально построенной регрессионной зависимости плотности материала от скорости ультразвуковых волн в направлении нормали, при этом скорости ультразвуковых волн в плоскости армирования стеклопластика измеряют на частотах от 0,06 до 2 МГц с помощью двух пьезоэлектрических преобразователей, расположенных на противоположных поверхностях стеклопластика или на одной из них, после чего определяют модуль упругости стеклопластика по определенному математическому выражению.

Способ оценки работоспособности искательной системы дефектоскопических средств при высокоскоростном контроле рельсов // 2758403

Изобретение относится к области железнодорожной техники и может использоваться для проверки работоспособности мобильных средств дефектоскопии в широком диапазоне реализуемых скоростей контроля. Способ оценки работоспособности искательной системы заключается в перемещении по рельсам искательной системы, содержащей один или несколько электроакустических преобразователей, периодическом излучении в контролируемые рельсы ультразвуковых зондирующих импульсов, приеме отраженных от подошвы рельсов ультразвуковых донных сигналов, регистрации их на дефектограмме, оценке их параметров, по результатам которых судят о работоспособности искательной системы.

Способ акустического контроля трубопровода // 2758195

Использование: для акустического волноводного неразрушающего контроля труб. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют перемещение диагностического устройства вдоль трубопровода, периодически возбуждают ультразвуковые колебания.

Способ автоматизированной наружной диагностики трубопровода и автоматизированный диагностический комплекс для его осуществления // 2757203

Использование: для наружной диагностики технологических трубопроводов, перемычек и участков трубопроводов, не подлежащих внутритрубной диагностике, а также для контроля сварных швов при строительстве и ремонте участков трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что за счет автоматизации процесса диагностики трубопровода и использования жесткой механической конструкции с лазерной и ультразвуковой измерительными системами возможно без дополнительных операций по переустановке и позиционированию диагностического комплекса осуществлять измерение внешней геометрии трубопровода и выполнять неразрушающий контроль наружной поверхности, основного металла трубопровода, сварных швов и околошовной зоны, производить обработку полученной диагностической, координатной и телеметрической информации от ультразвуковой и лазерной измерительных систем, энкодеров, оптических датчиков слежения, и с помощью оператора определять тип, положение и геометрические параметры наружных, внутренних и внутристенных дефектов в режиме реального времени.

Способ обнаружения и локализации повреждений в тонкостенных конструкциях с помощью волн лэмба // 2757056

Использование: для обнаружения и локализации повреждений в тонкостенных конструкциях. Сущность изобретения заключается в том, что на неповрежденную конструкцию с помощью фиксирующего устройства монтируют раму с 8-ю пьезоэлектрическими преобразователями (ПП), установленными в вершинах квадрата и в серединах его сторон; с помощью 4-х обратимых ПП, расположенных в серединах сторон квадрата, в конструкции поочередно производят возбуждение цугов волн Лэмба; с помощью указанных обратимых ПП, а также указанных ПП в вершинах квадрата, поочередно принимают прошедшие через конструкцию сигналы, эти сигналы регистрируют и запоминают с помощью цифровой компьютеризованной системы; затем раму с ПП демонтируют; монтаж и демонтаж рамы с ПП и запись сигналов повторяют несколько раз и по разностным сигналам производят формирование гистограмм параметра дискриминации, необходимых для выбора порога обнаружения дефекта.

Способ высокоскоростной ультразвуковой дефектоскопии длинномерных объектов // 2756933

Использование: для высокоскоростной ультразвуковой дефектоскопии длинномерных объектов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют периодическое излучение в объект контроля ультразвуковых зондирующих сигналов при перемещении электроакустического преобразователя вдоль объекта, прием отраженных ультразвуковых сигналов, измерение их параметров, по результатам которых судят о наличии дефектов, при этом используют выпукло-вогнутую пьезопластину с широкой диаграммой направленности.

Способ изготовления эталонного образца из пластмассы, армированной волокном, и способ испытания // 2756583

Использование: для изготовления эталонного образца (30) из пластмассы, армированной волокном (ПАВ), для моделирования пористости (14) слоя для неразрушающего испытания конструктивных элементов из ПАВ. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют следующие этапы, на которых: i) изготавливают первую часть посредством: а) размещения первого слоя ПАВ с выемкой; b) размещения по меньшей мере одного второго слоя ПАВ на первом слое ПАВ; с) предварительного отверждения структуры из первого и второго слоев из ПАВ для получения первой части; ii) изготавливают вторую часть посредством: а) размещения дополнительных слоев ПАВ; b) предварительного отверждения структуры из дополнительных слоев ПАВ для получения второй части; iii) соединяют первую часть со второй частью, причем выемка на первой части обращена ко второй части; и iv) отверждают структуру из первой части и второй части, причем на выемке в первом слое ПАВ образуется пористость слоя.

Способ изготовления эталонного образца из волоконно-пластмассового композита и способ испытания // 2756488

Использование: для изготовления эталонного образца из волоконно-пластмассового композита (ВПК) для имитации расслоения для неразрушающего испытания конструктивных элементов из ВПК. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют следующие этапы, на которых: i.

Способ ультразвукового контроля плоского напряженного состояния акустически анизотропных материалов при переменных температурах // 2761413

Использование: для определения плоского напряженного состояния анизотропного материала. Сущность изобретения заключается в том, что излучающими электроакустическими преобразователями в нагруженный объект и его ненагруженный аналог вводят импульсы ультразвуковых продольных и поперечных волн, принимают приемными преобразователями отраженные донные импульсы, измеряют времена прохождения этих импульсов в нагруженном и ненагруженном объектах, определяют изменения задержек прошедших импульсов и по их разности определяют величины напряжений с учетом акустической анизотропии путем использования дополнительных акустоупругих коэффициентов, а температуры - путем использования в расчетных алгоритмах термоакустических коэффициентов зависимости скоростей упругих волн различных типов от температуры материала объекта, при этом для уточнения результатов определения плоского напряженного состояния проводится учет разницы термоакустических коэффициентов поперечных волн, поляризованных вдоль различных осей анизотропии анизотропного материала. Технический результат: повышение точности определения плоского напряженного состояния акустически анизотропных материалов. 4 ил.