CC BY
17
Рисунок 2 Компановка трассовой самодвижущейся машины для очистки дробью труб нефтегазопровода
метод ускоренного создания на уровне изобретений в технике (ноу-хау), вообще, и комплекса трассовых машин безостановочного восстановления магистральных газонефтепроводов, в частности.
Список литературы
1. Пухов A.C., Кузнецов В.П., Манило И.И. Структурный синтез
решений при создании новых технологических машин и систем. -СПб. : МАНЕБ, 1999. - 14 с.
2. Пухов А. С. Синтез решений при создании автоматизированных
технических объектов: Учебное пособие. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2000. - 121 с.
3. Кузнецов В.П., Панфилов А.Н., Пухов A.C. Трассовая самодвижущая-
ся машина для очистки дробью труб нефтегазопроводов// Приоритет Роспатента от 14.12.20004 по заявке №2004136419 на выдачу патента.
В.И. Боченин, В.А. Куликов
Курганский государственный университет, г. Курган
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТРЕЩИН В МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДАХ
Предлагается возможность применимости фотонейтронного неразрушающего способа контроля глубины и ширины раскрытия трещин. Физическая сущность его заключается в нанесении на контролируемую поверхность проникающей жидкости, содержащей окись бериллия. При облучении поверхностного слоя с проникающей жидкостью гамма-квантами радиоизотопа БЬ124 (сурьма-124) трещины выявляются по регистрации потока нейтронов, испускаемых атомами окиси бериллия.
В процессе эксплуатации магистральных газопроводов в местах с концентраторами напряжений (сварные швы, изгибы, вмятины) возникает коррозионное растрескивание, создающее макротрещины. Такой вид коррозии считается наиболее опасным, особенно при развитии трещин (росту их глубины). В итоге происходит внезапное разрушение газопровода. Для повышения надежности необходима диагностика участков газопровода с концентраторами напряжений на предмет выявления наличия и размера трещин. Среди существующих методов контроля для этих целей применяют капиллярную дефектоскопию и ультразвуковое просвечивание [1]. Однако капиллярный метод обладает низкой производительностью и реализуется в лабораторном варианте. При ультразвуковой дефектоскопии необходим тщательный контакт преобразователя с поверхностью контролируемой среды. Но такое требование не всегда выполнимо, особенно при контроле сварных швов.
Нами разработан неразрушающий фотонейтронный способ, исключающий влияние рельефа поверхности контролируемой среды на диагностику размера трещин, с возможностью реализации в трассовых условиях. Физическая сущность его основана в нанесении на контролируемую поверхность проникающей жидкости, содержащей окись бериллия (ВеО). При последующем облучении гамма-квантами радионуклида поверхностного слоя, в трещине которого содержится ВеО, она выявляется по регистрации нейтронного излучения, испускаемого атомами бериллия в результате фотоядерного превращения [2]. Поток нейтронного излучения, испускаемого окисью бериллия, содержащейся в трещине, равен
XT _ тт ' J'^o
т" А
(1)
где тт - количество ВеО в трещине, г; J- интенсивность гамма-излучения радионуклида, падающего на контролируемую поверхность; А0- число Авогадро; А - атомный вес ВеО; а - сечение фотоядерной реакции. При отсутствии трещины равенство (1) примет вид
а
Учитывая, что J,
ЛИ.
о-постоянны, получаем
N.
т = /мп
0.3
0,2
0,1
0,6
1,2
Ь/сЗ
I
гёО
36
48 с!, мкм
И
регистрирующего блока 6 измеряется поток нейтронов Nт в виде скорости счета.
(2)
(3)
т.е. отношение потоков зависит от количества ВеО в трещине (от ее размера).
Исследовали зависимость величины тт от глубины Л и ширины раскрытия ¿трещин. Из стали У8 готовили плос-ёеа Т абадбй (30X30X4 мм), которые подвергали закалке с последующей обработкой их поверхности (шлифовка, полировка). Затем деформированием создавали в образцах трещины различных размеров. Параметры Лий каждой трещины определяли металлографическим методом, а значение тт в каждом случае находили путем взвешивания образцов с трещиной без проникающей жидкости, а затем с ней. Разность результатов взвешивания позволяла определить тт в каждом случае. В качестве проникающей жидкости использовали смесь, содержащую 60% керосина и 40% тонкоизмельченного порошка ВеО. По данным эксперимента строили калибровочные кривые (рис. 1). Как видно, значения Л/с( и с( практически линейно зависят от количества ВеО в трещине.
Гот, МГ
0,5 Г
0,4
Рис. 2. Структурная схема регистрационной установки
Калибровку радиоизотопной установки выполняли по образцам стали У8 с известными значениями тг Каждый образец помещали в измерительный датчик установки (рис. 2), облучая его поверхностный слой с трещиной фотонами ЭЬ124, регистрировали скорость счета NT. Уровень фона N0 измеряли от образца, не содержащего трещины. По результатам измерений строили аналитический график (рис. 3). Экспериментальные данные по-
казали, что отношение
практически зависит от количества ВеО в трещине (тт).
линеино
Рис. 1. Зависимость и ширины раскрытия с) от
а
количества ВеО в трещине
Радиоизотопные измерения выполняли с использованием радионуклида ЭЬ124 (активность 9-106Бк). Спектр гамма-излучения этого источника состоит из линий с энергиями фотонов 0,6 -2,3 МэВ. Наибольший выход (около 55%) имеет гамма-спектр с энергией 1,69 МэВ, который и создает фотоядерную реакцию при взаимодействии с атомами ВеО. На рис. 2 приведена структурная схема экспериментальной радиоизотопной установки.
Конструктивно прибор выполнен в виде датчика, подключаемого с помощью кабеля к регистрирующему блоку 6. В датчике расположен радионуклид ЭЬ124 4 в свинцовой защите 2, фотонами которого облучается поверхность контролируемого материала 1. Фотонейтроны в геометрии отражения проходят через замедлитель 3 (парафин) и проникают в сцинтилляционный детектор 5. На выходе
Рис. 3. Зависимость параметра
Ыг
от количества ВеО
в трещине
С учетом изложенного, методика контроля размера трещин осуществлялась следующим образом. Исследуемый участок изделия очищали от загрязнений и просушивали нагретым воздухом для удаления влаги. Затем визуально с помощью лупы выявляли наличие трещины. При ее обнаружении на очищенную поверхность наносили проникающую жидкость. Через 7 минут удаляли избыток ее, а поверхность снова высушивали для испарения керосина, содержащегося в проникающей жидкости. На контролируемый участокустанавливали радиоизотопный датчик. При облучении исследуемой поверхности гамма-квантами ЭЬ124 регистрировали поток нейтронного излучения При наличии трещины значение Nт возрастало в 3-2 раза по сравнению с фоном Определив от-
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1
31
Таблица 1
Сопоставление фотонейтронного способа с данными капиллярной дефектоскопии
№ образ ца Капиллярная дефектоскопия, мкм Фотонейтронный способ, мкм й-ю3 Ss Ю3 h td
h? d? h d
1 30 27 40 29 8,85 2,185 2,53 2,05
2 130 25 150 24 21,33 1,155 2,10 1,94
3 170 23 160 24 8,15 1,211 2,75 1,85
4 220 20 230 20 13,66 0 1,64 0
5 240 18 260 19 17,66 0,801 2,61 2,80
6 280 16 270 14 12,95 0,703 1,73 2,95
NT
ношение , по калибровочной кривой (рис. 3) находили количество ВеО в трещине (тт), а по графикам (рис. 1) оценивали ее глубину (Л) и ширину раскрытия (d).
Методическую погрешность оценивали, сопоставляя результаты фотонейтронного способа с данными, полученными методом капиллярной дефектоскопии. В последнем случае использовали дефектоскопический комплекс, применяемый для контроля изделий из стали. В состав его входили: индикаторная жидкость (500 см3 керосина, 500 м3 скипидара, 5 г красителя жирорастворимого темно-красного), очиститель (10 г поверхностно-активного вещества, 150 г окиси магния, 1000см3 спирта этилового, 5 г поверхностно-активного вещества ОП-7) [1].
Использовали шесть образцов стали У8 с различным размером трещин, фотонейтронным способом в
каждом определяли по пять раз ширину раскрытия )
и глубину (fj ) трещин. Затем рассчитывали среднюю
квадратичную погрешность, учитывающую отклонение данных фотонейтронного способа от метода капиллярной дефектоскопии и экспериментальное значение t- критерия [3]
t3=S(h-h')-S^- (4)
t3 = y/5(d - d') ■ S'J, (5)
где d, h - ширина раскрытия и глубина трещин, найденная методом капиллярной дефектоскопии; d < И '
фотонейтронным способом; Sd, Sh - средние квадратичные ошибки по глубине и ширине раскрытия. В таблице 1 приведена оценка расхождения результатов. Как видно, практически во всех случаях экспериментальное значение t- критерия оказалось меньше табличного (f005 = 2,78) для 5%-го уровня значимости. Следовательно, можно считать, что отличие средних результатов фотонейтронного способа от метода капиллярной дефектоскопии обусловлено только случайными погрешностями.
На основе изложенных исследований выполняли неразрушающий контроль размера трещин в трассовых условиях. При диагностике главное внимание уделяли сварным швам, вмятинам. Перед обследованием газопровода контролируемый участок очищался. Затем с помощью распылителя наносилась проникающая жидкость с ВеО. После выдержки в течение 7-8 минут избыток ее удалялся с поверхностного слоя сжатым воздухом. На
контролируемую поверхность устанавливали радиоизотопный датчик (рис. 2) и, медленно перемещая его, облучали исследуемый участок фотонами радионуклида. О наличии трещины судили по скорости счета (Л/т). Если она превышала фон в 2 - 3 раза, то это означало, что имеется трещина. Параметры ее Л и б определяли по калибровочным графикам (рис. 1,3). Анализ результата контроля газопроводов из стали 09Г2С показал, что наибольшее число трещин находилось в сварных швах. При наличии опасных трещин регистрируемая скорость счета (Л/т) превышала фон в 7-10 раз.
Промышленный контроль показал, что фотонейтронный способ позволяет оценить надежность газового трубопровода по определению размера трещин. Достоинством его является высокая экспрессность контроля (12 -14 минут обследуется участок площадью 100 см2). Портативность аппаратуры (вес 4 кг) и автономное ее питание (12\/) обеспечивают применимость способа в трассовых условиях. Биологическая защита измерительного датчика снижает радиационное излучение до допустимого уровня.
Список литературы
1. Денель А.К Дефектоскопия металлов. - М.: Металлургия, 1972 - 303 с.
2. Пустовалов Г.Е. Атомная и ядерная физика. - М.: МГУ, 1968. - 311 с.
3. Налимов В.В. Применение математической статистики при анализе
вещества. - М.: Физматгиз, 1960,- 385 с.
Куликов В.А., БоченинВ.И., Меньшенин Е.В., Курков А.О. Курганский государственный университет, г. Курган
РЕГЕНЕРАЦИЯ СЕЛЕНА, ПРОШЕДШЕГО ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦИКЛ ПРИ РЕСТАВРАЦИИ КСЕРОКОПИРОВАЛЬНЫХ БАРАБАНОВ
Реставрация ксерокопировальных барабанов, применяемых в электрофотографии, связана с потерей селена, оседаемого на стенках вакуумных камер. Разработана технология очистки селена для использования его вновь в производстве. Описана конструкция установки для получения селена высокой чистоты. Приведены результаты анализа получаемого селена.
Современная техника предъявляет особые требования к материалам, обладающим полупроводниковыми свойствами, характер которых связан степенью чистоты элементов, в результате снижения содержания в них сопутствующих примесей появляются новые свойства, что расширяет масштабы и специфику использования как
