CC BY
51
Федосов А. В. Fedosov Л. V.
кандидат технических наук, доцент кафедры
«Промышленная безопасность и охрана труда», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
Мизгирева В. В. Misgireva V. V.
студент кафедры «Промышленная безопасность и охрана труда», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
Щербакова Э. Д. Shсherbakova Е. Б.
студент кафедры «Промышленная безопасность и охрана труда», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
Янтирякова А. Р. Yantiryakova Л. R.
магистрант кафедры
«Промышленная безопасность и охрана труда», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
УДК 620.179.16.
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
В данной статье рассматриваются вопросы, связанные с экспертизой промышленной безопасности. Экспертизу промышленной безопасности проводят в связи с тем, что работа на поврежденном оборудовании ведет к различного рода авариям, которые могут возникнуть из-за ненадлежащего контроля. Она необходима для опасных производственных объектов, зданий и сооружений, устройств, эксплуатируемых на опасных предприятиях, к которым относятся химические, нефтехимические, нефтеперерабатывающие предприятия, предприятия газовой отрасли.
Одним из этапов экспертизы промышленной безопасности является проведение технического диагностирования методом неразрушающего или разрушающего контроля.
На сегодняшний день наиболее актуален метод неразрушающего контроля, так как он сохраняет целостность оборудования, в том числе его пригодность к использованию. Одним из широко распространенных методов контроля является акустический, обладающий рядом преимуществ среди других методов контроля. Эти методы позволяют извлечь достаточное количество данных о состоянии материалов и конструкций. В соответствии с имеющимися сведениями больше половины современных средств неразрушающего контроля являются акустическими. Его работа основана на звуковых и ультразвуковых колебаниях. Диапазон частот составляет приблизительно от 0,5 кГц до 30 МГц. Акустический метод основывается на использовании волн и колебаний и регистрации их параметров. С помощью этого метода можно определить дефекты различных размеров и практически на любой поверхности. Ультразвуковые волны посылаются сквозь материал. Пройдя заданное расстояние, волна отражается от границ либо трещин. Она регистрируется на преобразователе. Наиболее распространёнными средствами измерения являются «СЮ-562» ультразвуковой дефектоскоп общего назначения, «А1212» ультразвуковой дефектоскоп широкого применения, «А1220 МОНОЛИТ» ультразвуковой низкочастотный дефектоскоп, «Авгур 4.2» компьютерная голографическая система ультразвукового контроля.
- 81
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 3, т. 12, 2016
Ключевые слова: экспертиза промышленной безопасности, опасный производственный объект, неразрушающий контроль, методы неразрушающего контроля, виды неразрушающего контроля, акустический метод, средства измерения, дефектоскоп, пьезоэлектропреобразователь, контроль качества металла.
FEATURES OF APPLICATION OF ULTRASONIC TESTING FOR EXAMINATION OF INDUSTRIAL SAFETY OF HAZARDOUS
PRODUCTION FACILITIES
This article discusses issues related to industrial safety expertise. Industrial safety expertise prodrive due to the fact that the work on the damaged equipment leads to time-personal nature of accidents that may occur due to improper control. It is necessary for hazardous industrial facilities, buildings and structures, devices operating at hazardous enterprises, to include chemical, petrochemical, refineries, gas industry.
One of the stages of the industrial safety examination is technical diagnostics and nondestructive destructive testing.
To date, the most relevant non-destructive method of control, as it preserves the integrity of the equipment, including its at-suitability for use. One of the most common methods of control is acoustic, which has several advantages over other methods of control. These methods allow to obtain a lot of information about the status of materials and structures. According to available data, more than half of modern means of non-destructive testing are acoustic. Thiss work is based on sound and ultrasonic vibrations. The frequency range is from about 0.5 kHz to 30 MHz. Method is based on acoustic waves and vibrations using registration and their parameters. With this method it is possible to determine defects of different size and practically any surface. Ultrasonic waves are sent through the material. Having a predetermined distance, the wave is reflected from the boundaries of any cracks. It is registered on the transmitter. The most common means of measuring «DIO-562» ultrasonic flaw general purpose, «A1212» ultrasonic flaw wide application, «Augur 4.2» holographic computer system of ultrasonic testing.
Key words: industrial safety expertise, hazardous production facility, non-destructive testing, non-destructive testing methods, types of non-destructive control, acoustic method, measuring instruments, defectoscope, piezoelektrischen, quality control of metal.
Экспертиза промышленной безопасности — обязательная процедура, которая проводится в соответствии с ФЗ-116 «О промышленной безопасности опасного производственного объекта» от 21.07.97 г. и федеральными нормами и правилами промышленной безопасности только на предприятиях, которые относятся к опасным производственным объектам не зависимо от класса опасности. На данных опасных производственных объектах экспертизе промышленной безопасности подлежат: технические устройства, здания и сооружения, проектная документация, декларация промышленной безопасности, обоснование безопасности.
Законодательно определено, в каких случаях и при каких обстоятельствах возникает необходимость проведения экспертизы про-
мышленной безопасности: авария, выявление дефекта, завершение нормативного срока безопасной эксплуатации, решение инспектора Ростехнадзора, проведение технического перевооружения объекта и другие, согласно нормативным актам в сфере промышленной безопасности
Экспертиза осуществляется для того, чтобы определить, отвечает ли объект экспертизы предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасности и опирается ли на принципы самостоятельности, беспристрастности, универсальности и всесторонности исследований, осуществляемых с помощью новых вкладов науки и техники [1].
Экспертиза промышленной безопасности в случае необходимости осмотра оборудования и зданий проводится с выездом на место нахождения объекта. В процессе выезда на
объект эксперты проводят наблюдение за процессом работы объекта экспертизы; техническое диагностирование методом нераз-рушающего или разрушающего контроля.
Неразрушающий контроль — сфера науки и техники, включающая в себя анализ физических принципов, создание, модернизацию и использование способов, приспособлений и методик технического контроля объектов, не разрушающего и не усугубляющего их применимость к эксплуатированию [2].
Методы неразрушающего контроля основаны на контроле, регистрировании и оценке итогов взаимосвязи физических полей (излучений) или веществ с объектом контроля, при этом направленность этой взаимосвязи обуславливается химическим соединением, видом, положением конфигурации контролируемого объекта и т.п.
Все методы неразрушающего контроля предстают как неявные методы. Настраивание, калибрование должны проводиться по контрольным образцам, перенимающим определяемый физический показатель.
Каждый отдельный метод контроля подходит для ограниченного круга задач и не может выявить все виды дефектов.
Предпочтение оптимизированного метода неразрушающего контроля нужно реализовывать в зависимости от его:
• объективных свойств;
• физических оснований;
• сферы использования;
• чувствительности;
• допускающей способности;
• технических требований выбраковки;
• технических параметров оборудования.
Существенным параметром каждого
метода неразрушающего контроля является чувствительность.
Чувствительность — обнаружение минимального по величине повреждения; зависит от особенностей метода неразрушающего контроля, условий проведения контроля, материала изделий. Допустимая чувствительность для обнаружения одних повреждений может быть совсем неприменимой для обнаружения повреждений другого характера.
Чувствительность методов неразрушающего контроля к обнаружению одного и того
же по виду повреждения различна. При нахождении предельных отклонений подобранного метода неразрушающего контроля необходимо непременно принимать во внимание дополнительные отклонения:
• минимального радиуса кривизны вогнутой и выпуклой поверхностей;
• шероховатости контролируемой поверхности;
• структуры материала;
• геометрических размеров зоны контроля;
• других влияющих факторов, указанных в инструкциях для конкретных приборов.
По физическому действию методы неразрушающего контроля делятся на [3]:
• акустический;
• магнитный;
• вихретоковый;
• проникающими веществами;
• радиоволновый;
• радиационный;
• оптический;
• тепловой;
• электрический;
• виброакустический.
Наиболее широкое распространение получили первые четыре метода.
Акустический метод неразрушающего контроля основан на регистрировании величин пружинистых изменений, вызванных и (или) обнаруживаемых в контролируемом объекте (под объектом контроля подразумеваются материалы, полуфабрикаты и готовые изделия).
При акустическом методе неразрушаю-щего контроля зачастую задействуют звуковые и ультразвуковые частоты, т.е. применяют в диапазоне частот от 0,5 кГц до 30 МГц. Например, когда при контроле прибегают к частотам больше 20 кГц, употребляют термин «ультразвуковой» вместо «акустический».
Изначально неразрушительный ультразвуковой контроль начали применять в 1930 году. Спустя 20 лет он стал особенно популярным по сравнению с другими методами контроля, и, следует отметить, что для диагностики определенных изделий он стал обязательным.
Суть данного способа состоит в принятии отраженного от изделия ультразвукового колебания с помощью специально предна-
значенного технического оснащения, дальнейшем исследовании полученной информации с целью установления существующих повреждений, а также их эквивалентных размеров, форм (объемной/плоскостной), вида (точечного/протяженного), глубины залегания и прочего.
Величину обнаруженного повреждения определяют посредством ультразвуковых дефектоскопов. По времени прохождения ультразвука в изделии определяют расстояние до повреждения, а по амплитуде отраженного импульса — его относительный размер.
В зависимости от определенных требований осуществления ультразвукового контроля имеется ряд методов.
На сегодняшний день существует пять основных методов УЗК [4]:
• теневой — метод контроля, при котором исследуются ультразвуковые сигналы, проникающие через объект.
• зеркально-теневой — используется для контроля деталей с двумя параллельными сторонами. Признаком дефекта будет считаться пропадание отраженных колебаний. Основным плюсом этого метода в отличие от теневого является доступ к детали только с одной стороны;
• зеркальный — метод контроля, когда применяются два преобразователя с одной стороны детали;
• дельта-метод — способ контроля, при котором анализируют расстояние между двумя сигналами от краев и граней объекта, с учетом угла наклонного преобразователя, находят условный размер несплошности;
• эхо-метод — метод контроля, при котором оценивают эхо-сигналы от дефекта.
На практике ультразвуковой контроль металла на выявление дефектов проводят в диапазоне частот 0,5-10 МГц. В некоторых случаях, когда необходимо выявить очень маленькие дефекты, проводят неразрушаю-щий контроль с частотой волн до 20 МГц. Для контроля объектов большой толщины или крупнозернистых металлов с плохой проводимостью ультразвука используют низкие частоты.
К достоинствам ультразвукового контроля относятся:
• высокая мобильность вследствие применения портативных ультразвуковых дефектоскопов;
• скорость исследования и высокая точность, а также низкая стоимость;
• возможность проведения ультразвукового контроля на рабочем объекте, т.е. во время проведения контроля не требуется выведение детали/объекта из эксплуатации;
• безопасность для человека;
• при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается.
Наибольшее распространение ультразвуковой контроль получил в химической, нефтегазовой, машиностроительной отрасли, при определении износа металла магистральных трубопроводов и др.
Ультразвуковой дефектоскоп — это прибор, который используется для обнаружения внутренних дефектов и неоднородностей.
Принцип работы ультразвукового дефектоскопа основан на использовании ультразвуковых колебаний, которые отражаются от неод-нородностей изделий, позволяя тем самым определить их глубину, координаты и размеры.
Блок-схема ультразвукового дефектоскопа представлена рисунке 1 [5].
Работа импульсного дефектоскопа заключается в следующем: электрические колебания от генератора возбуждают ультразвуковые в преобразователе, отраженный от несплошности сигнал улавливается преобразователем, который модифицирует его в электрический импульс, далее он усилива-
1 — усилитель; 2 — автоматический сигнализатор дефектов; 3 — преобразователь; 4 — система регулировки чувствительности; 5 — измерительное устройство; 6 — электронно-лучевой индикатор; 7 — генератор импульсов; 8 — синхронизатор (обеспечивает последовательность работы узлов дефектоскопа); 9 — генератор развертки электронно-лучевого индикатора
Рисунок 1. Блок-схема импульсного дефектоскопа
ется до требуемой величины и поступает на вход автоматического сигнализатора дефектов, измерительное устройство обрабатывает сигнал и выводит информацию на табло.
Наиболее распространенные типы дефектоскопов, применяемые при неразрушающем контроле [6]:
• «DЮ-562» ультразвуковой дефектоскоп общего назначения — приборы этой серии предназначены для выявления и определения координат и параметров нарушений сплошности и неоднородностей в изделиях из металлов и пластиков. Дефектоскоп работает с любыми преобразователями в диапазоне частот от 0,5 до 20,0 МГц;
• «А1212» ультразвуковой дефектоскоп широкого применения предназначен для выявления и определения координат различных нарушений материала в изделиях. «А1212» применяется для работы со сварными соединениями, им можно измерять толщины стенок изделий, выявлять очаги коррозии, трещин и других дефектов. «А1212» применяется во многих отраслях промышленности. Прибор рассчитан на стандартные методики контроля, работает с преобразователями частот от 1 до 10 МГц;
• «Авгур 4.2» компьютерная голографиче-ская система ультразвукового контроля позволяет определить действительные размеры и тип дефекта на основе концепции комплексной диагностики. Задача концепции — определить степень опасности выявленных дефектов, определить остаточный ресурс объекта. На основании полученных данных можно выявить безопасное время эксплуатации изделия, проводить периодический мониторинг состояния оборудования и
Список литературы
1. Федеральный закон Российской Федерации № 116-ФЗ от 21.07.1997 «О промышленной безопасности опасных производственных объектах» (ред. от 13.07.2015).
2. ГОСТ Р 53697-2009. Контроль неразру-шающий. Основные термины и определения. М.: Стандартинформ, 2010.
снизить издержки производства за счет несвоевременного простоя оборудования.
Дефектоскопы применяются и в лабораторных, и в полевых условиях. Технология отлично себя зарекомендовала при диагностике котлов и прочих установок, работающих под действием высоких температур, давления и агрессивных сред. Проверка возможна даже в отношении изделий со сложной геометрией.
К недостаткам ультразвукового контроля относят, прежде всего, ограниченность информации о дефекте сварного соединения. Кроме того, при исследовании металлов, имеющих крупнозернистую структуру, возникают сложности, обусловленные сильным рассеянием и затуханием волн. Наконец, для выполнения диагностики нужно позаботиться о предварительной подготовке шва.
Выводы
Ультразвуковой контроль по сравнению с другими методами является высокоэффективным средством для выявления возможных дефектов. Он требует наличия специально подготовленных специалистов, оборудования и вспомогательных средств контроля, также предъявляет особые требования к подготовке поверхности изделия.
Таким образом, при экспертизе промышленной безопасности опасных производственных объектов наиболее эффективными являются средства измерения <^Ю-562» ультразвуковой дефектоскоп общего назначения, «А1212» ультразвуковой дефектоскоп широкого применения, «Авгур 4.2» компьютерная голографическая система ультразвукового контроля.
3. ГОСТ Р 56542-2015. Контроль неразру-шающий. Классификация видов и методов. М.: Стандартинформ, 2015.
4. ГОСТ Р ИСО 5577-2009. Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь. М.: Стандартинформ, 2011.
5. Прокина Д.Н., Федосов А.В., Штур В.Б. Применение информационных систем для оценки риска опасных производственных объектов // Электротехнические и информа-
ционные комплексы и системы. 2014. № 2, Т. 10. С. 73-79.
6. Федосов А.В., Абдрахимов Ю.Р., Вадулина Н.В. Управление рисками и техническое регулирование. Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело», 2013. 176 с.
7. Федосов А.В., Гайнуллина Л.А. Методы неразрушающего контроля // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2015. № 2, Т. 11. С. 73-78
8. Федосов А.В., Федосов В.А., Шаймухаметов Э.Ф. Современные средства измерения, применяемые при проведении экспертизы промышленной безопасности технических устройств на опасных производственных объектах // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2016. № 1, Т. 12. С. 117-124.
References
1. Federal'nyj zakon Rossijskoj Federacii № 116-FZ ot 21.07.1997. «O promyshlennoj bezopasnosti opasnyh proizvodstvennyh ob#ektah» (red. ot 13.07.2015).
2. GOST R 53697-2009. Kontrol' nerazrushajushhij. Osnovnye terminy i opredelenija. M.: Standartinform, 2010.
3. GOST R 56542-2015. Kontrol' nerazrushajushhij. Klassifikacija vidov i metodov. M.: Standartinform, 2015.
4. GOST R ISO 5577-2009. Kontrol' nerazrushajushhij. Ul'trazvukovoj kontrol'. Slovar'. M.: Standartinform, 2011.
5. Prokina D.N.ro, Fedosov A.V., Shtur V.B. Primenenie informacionnyh sistem dlja ocenki riska opasnyh proizvodstvennyh ob#ektov // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. 2014. № 2, T. 10. S. 73-79.
6. Fedosov A.V., Abdrahimov Ju.R., Vadulina N.V. Upravlenie riskami i tehnicheskoe regulirovanie. Ufa: Izd-vo «Neftegazovoe delo», 2013. 176 s.
7. Fedosov A.V., Gajnullina L.A. Metody nerazrushajushhego kontrolja // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompeksy i sistemy. 2015. № 2, T. 11. S. 73-78
8. Fedosov A.V., Fedosov V.A., Shajmuhametov Je.F. Sovremennye sredstva izmerenija, primenjaemye pri provedenii jekspertizy promyshlennoj bezopasnosti tehnicheskih ustrojstv na opasnyh proizvodstvennyh obyektah // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. 2016. № 1, T. 12. S. 117-124.
