CC BY
9
УДК 004.02:004.5:004.9
Чучнев Р.А. студент магистратуры 3 курса кафедра «Транспорт углеводородных ресурсов» Тюменский индустриальный университет
Россия, г. Тюмень
научный руководитель: Пономарева Т.Г., кандидат технических наук доцент кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов» Тюменский индустриальный университет
Россия, г. Тюмень
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СИСТЕМ МЕХАНИЗИРОВАННОГО И АВТОМАТИЧЕСКОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА
Аннотация. Произведен сравнительный анализ методов неразрушающего контроля сварных стыков магистральных газопроводов в сложных условиях строительства. Показаны преимущества и недостатки отдельных методов.
Ключевые слова. Сварочное производство, магистральные трубопроводы, ультразвуковой контроль качества сварных соединений.
Chuchnev R. A. master's student, 3rd year Department «transport of hydrocarbon resources»
Tyumen industrial University Russia, Tyumen
Scientific supervisor: Ponomareva T. G., candidate of technical Sciences
associate Professor of the Department «transport of hydrocarbon resources» Tyumen industrial University Russia, Tyumen
ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF MECHANIZED AND AUTOMATIC ULTRASONIC CONTROL SYSTEMS FOR THE LINEAR
PARTOF THE MAIN GAS PIPELINE
Annotation. A comparative analysis of the methods of non-destructive testing of welded joints of gas pipelines in difficult construction conditions has been carried out. The advantages and disadvantages of individual methods are shown.
Keywords: welding industry, main pipelines, ultrasonic testing of welded joints quality.
Организация работ по неразрушающему контролю качества сварных соединений на линейной части магистрального газопровода (далее - МГ) определяется в соответствии с организацией сварочно-монтажных работ, применяемых технологией сварки, объема работ по неразрушающему контролю.
При строительстве протяженных линейных участков МГ с применением высокопроизводительных комплексов автоматической сварки нашли свое применение системы механизированного и автоматизированного ультразвукового контроля.
Долгое время при выполнении сварочных работ для контроля сварных соединений неразрушающими методами на объектах ПАО «Газпром» в качестве основного метода применялся радиографический контроль (РК). Темпы сварки были сравнительно невелики. Получить результат контроля на сваренные 8-10 стыков в смену для трубы, например, 1420 х 18,6 мм к следующей смене, это было допустимо. Поэтому, бригада сварщиков и дефектоскопистов могла работать на одном участке в разные смены.
С целью повышения надежности магистральных газопроводов для строительства стали использовать трубы с толщиной стенки до 25 мм и выше. На отдельных участках толщина стенки для труб Ду 813 мм доходит до 39 мм. Одновременно с этим, эффективно стали применяться высокопроизводительные автоматические сварочные комплексы, например CRC-Evans или Vermaat, которые при отлаженной работе обеспечивали очень высокий уровень качества сварных соединений. Однако, при средней скорости сварки труб Ду-1400 до 35 стыков в смену была поставлена задача оперативно получать результаты контроля на сваренные соединения для того, чтобы оператор-сварщик мог своевременно скорректировать режим сварки и не допустить массовый брак. Также отметим, что основной вид дефектов при автоматической сварке - несплавления по кромке (темные пятна на снимках, рис. 1), имеющие практически вертикальную ориентацию, а также малую ширину раскрытия.
Рис. 1. Несплавления по кромке
Такие дефекты плохо выявляются с помощью РК, при этом, следует отметить, что на начальном этапе сварочных работ уровень брака Q достигал 5,0-6,0 %.
Для решения этих задач нужно проводить контроль сваренных стыков непосредственно после сварки с применением методов контроля обеспечивающих выявление указанных дефектов. Проводить РК при таких условиях стало не целесообразно, а в некоторых случаях практически невозможно, так как для защита сварочной бригады от радиографического излучения в трассовых условиях технически затруднительна и достаточно затратна. Кроме того, результаты радиографического контроля можно получить не ранее, чем на следующие сутки с момента проведения контроля, что делает невозможным оперативное внесение корректировок в процесс сварки. Альтернативой здесь послужил ультразвуковой контроль (УЗК). Применение УЗК позволяет проводить контроль сразу после сварки 8-10 стыков трубы Ду 1420 мм (после остывания металла после сварки), однако отечественная нормативная база по неразрушающему контролю предполагала использовать его как дублирующий метод контроля.
После проведения в лаборатории ООО «Газпром ВНИИГАЗ» комплексных испытаний систем механизированного и автоматизированного УЗК и корректировки нормативной базы к концу 2013 года, в ПАО «Газпром» при использовании высокопроизводительных сварочных комплексов стало возможным использовать ультразвуковой метод контроля как основной, а в качестве дублирующего выполнялся РК. Такие требования установлены в документе ОАО «Газпром» [1] (далее -Временные требования).
Для применения при строительстве объектов ПАО «Газпром» допущены несколько приборов ручного (РУЗК) и систем механизированного (МУЗК) и автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗК).
Рассмотрим их преимущества и недостатки на примере отдельно взятых систем.
С началом применения систем МУЗК и АУЗК, за счет оперативности получения результатов контроля, уровень брака Q на начальном этапе сварочных работ снизился до уровня менее 2,0 %.
Контроль проводился силами ООО «ТКС» системами АУЗК Argovision и PipeWizard на объекте строительства «МГ «Ухта-Торжок II».
Обязательное условие для повышения качества сварочно-монтажных работ - это оперативное и постоянное взаимодействие между операторами АУЗК и наладчиками сварочного оборудования.
Система АУЗК выявляет несплавление по кромке для узкой разделки, так как в ней одновременно используется несколько методов контроля: секторное сканирование одноэлементными ПЭП, сканирование ПЭП на фазированной решетке, TOFD, Mapping (В-скан), а также контроль по схеме «тандем» (Рис. 2).
Рис. 2. Схема контроля «тандем»
Применение систем АУЗК эффективно при проведении сварочно -монтажных работ высокопроизводительными комплексами автоматической сварки. Применение АУЗК обязательно при использовании высокопроизводительных сварочных комплексов (CRC Evans AW, Autoweld Systems, Saturnax и т.п.).
Преимуществом систем АУЗК является высокая скорость проведения неразрушающего контроля (5-8 мин.) и получение результатов контроля в режиме онлайн, что в свою очередь позволяет своевременно скорректировать режимы сварки при выявлении дефектов и снизить уровень брака на начальном этапе сварочных работ.
Одновременно с этим, есть некоторые причины, по которым на отдельных участках строительства МГ нет возможности провести АУЗК,
обводненность участков трассы, отсутствие вдольтрассовых проездов и пр. (рис.3).
Рис. 3. Причины приостановки работ по АУЗК
Еще одним, существенным недостатком систем АУЗК является их высокая первоначальная стоимость по сравнению с комплектом рентгеновского оборудования. Ниже приведена ориентировочная стоимость установок АУЗК, внесенных в реестр ПАО «Газпром» в ценах 2015 года.
№ Наименование установки АУЗК Производитель Стоимость, $/€
1 Rotoscan Paulis PA 128 Applus RTD, Нидерланды € 524 000
2 Argovision ТКС, Россия $ 595 000
3 PipeWizard PA Olumpus, Канада $ 780 000 *
4 TVP128 Eclipse Scientific, Канада $ 730 000
Установки монтируются на шасси грузового автомобиля повышенной проходимости (например КАМАЗ, УРАЛ).
Несмотря на высокие капиталовложения (CAPEX), затраты на обслуживание такой системы (OPEX) на порядок меньше, чем затраты на проведение неразрушающего контроля радиографическим методом.
Исходя из высокой стоимости установок АУЗК, альтернативным решением, и это разрешено «Временными требованиями», является применение установок МУЗК как в тандеме с автоматическими сварочными комплексами производительностью до 30 стыков в смену, так и в тандеме с менее производительными сварочными комплексами (такими как М-300 или CWS) производительностью 8-15 стыков в смену (труба Ду 1400). Применение установок МУЗК дочерними обществами ООО «СГМ» было дополнительно согласовано письмом ПАО «Газпром» при условии применения ТОБВ-метода в данных установках (рис.4).
Рис.4 Принципиальная схема контроля TOFD
Преимущества метода TOFD
1. Возможность достижения высокой точности измерений, как правило, ±1мм, а при повторном обследовании - ±0,3 мм
2. Обнаружение дефекта независимо от его углового положения и конфигурации шва
3. Измерение параметров дефекта основано на времени прохождения пути дифракционных сигналов и не зависит от амплитуды сигнала
4. Высокая производительность контроля
5. Электронное документирование и хранение результатов контроля
6. 100-процентная повторяемость результатов контроля
7. Альтернатива радиационному методу НК
Выводы:
1. Несмотря на положительный опыт применения систем АУЗК при строительстве магистральных газопроводов, существуют определенные трудности, возникающие при их использовании: высокая первоначальная стоимость систем АУЗК; обязательное наличие на месте производства работ персонального компьютера с аппаратной частью и настроечного образца, которые перемещаются на автомобиле КамАЗ; отсутствие адекватных смет на данный вид контроля, в справочниках сметных норм, имеются только расценки на применение ручного УЗК, что, в свою очередь, не корректно; необходима правильная организация работ, в том числе при расчистке вдольтрассового проезда; для проведения УЗК необходимо снимать усиление продольного шва на торцах труб в зоне контроля, с целью обеспечения устойчивого акустического контакта за счет плотного прилегания преобразователей к металлу в зоне контроля по всему периметру трубы.
2. Системы МУЗК имеют меньшую начальную стоимость -порядка 4,5-7 млн рублей, имеют гораздо менее громоздкий калибровочный образец и не нуждаются в обязательном нахождении в месте производства работ персонального компьютера с аппаратной частью, т.е. они более мобильны и не привязаны к автолаборатории на базе автомобиля КамАЗ, но имеют некоторые недостатки: перемещение сканера проводится без использования направляющего пояса; перемещение сканера обычно производится дефектоскопистом вручную; для составления протокола по результатам проведения контроля необходимо переместить файл с прибора на персональный компьютер.
3. Применение АУЗК и МУЗК при строительстве магистральных газопроводов позволяет улучшить качество сварных соединений и, как следствие, повысить эксплуатационную надежность строящихся объектов. Кроме того, уменьшение количества ремонтов очевидно снижает конечную стоимость сварочно-монтажных работ для производителя работ.
Использованные источники:
1. Временные требования к организации сварочно-монтажных работ, применяемым технологиям сварки, неразрушающему контролю качества сварных соединений и оснащенности подрядных организаций при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте магистральных газопроводов ОАО «Газпром». Москва. 2013. - 89 с.
2. СТО Газпром 2-2.4-083-2006. Инструкция по неразрушающим методам контроля качества сварных соединений при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов.
