CC BY
119
© О.Б. Калинин,2002
УДК 621.643.41
О.Б. Калинин
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Ди п|иске, разведке и извлечении ПолеЗных ископаемых из недр земли, производстве взрывных работ, осушении и вентиляции подземных сооружений широко используются трубные колонны, надежность функционирования которых в решающей степени определяется качеством резьбовых соединений (РС) образующих их труб. Важнейшим условием обеспечения указанного качества как в процессе изготовления трубной продукции, так и ее восстановления после эксплуатации является высокий уровень методов и средств контроля параметров резьбы. В соответствии с принятой в неразрушающем контроле классификацией эти методы и средства принято подразделять на шесть видов: визуальные (прони-кающих веществ), инструментальные, акустические, магнитные и токовихревые, проникающих излучений (радиометрические), оптические (лазерные) [1].
Визуальные методы предполагают прямой контроль состояния резьбы с использованием зрения оператора или средств дистанционного телевизионного наблюдения. Они основаны на различном отражении света от бездефектной и дефектной поверхности. При этом для повышения контрастности дефектов и, следовательно, их выявляемости на поверхность резьбы наносятся специальные проникающие вещества, флуоресцирующие при облучении их светом. Являясь наиболее простыми, данные методы позволяют получать лишь ограниченную и чисто качественную информацию о состоянии резьбы и не дают количественных оценок ни одного ее параметра, регламентированного соответствующими нормативными документами [2].
Инструментальные методы являются на сегодня доминирующими при контроле параметров РС.
Они предполагают использование для получения искомой информации специальных инструментов и механических приспособлений, таких как калибры-кольца, калибры-пробки, шагомеры, шаблоны, угломеры, индикаторные головки, эталоны шероховатости и др. Недостатками этих методов являются ограниченное число измеряемых параметров, низкая производительность контроля и невозможность проведения его в потоке в автоматическом режиме. Кроме того, погрешность измерения геометрических параметров современным измерительным инструментом составляет в среднем
0,1 -0,2 мм. Подробные сведения о конкретных средствах, реализующих инструментальные методы измерения параметров РС, можно найти в [2-5].
Акустические методы основаны на способности упругих волн распространяться с малыми потерями и возмущениями в однородной упругой среде и изменять свои характеристики при наличии в исследуемом объекте дефектов в виде трещин, расслоений, а также отклонений параметров профиля поверхности от некоторых эталонных значений.
В принципе акустические методы позволяют получить огромные массивы информации о состоянии материалов и конструкций. Не случайно, согласно имеющимся данным, более половины современных средств неразрушающего контроля являются акустическими [6].
Среди ультразвуковых приборов, позволяющих реально контролировать некоторые параметры резьбы, можно отметить портативный прибор со встроенным компьютером "PortaScan" фирмы "NTD Sistem, Inc" (USA), а также УЗ толщиномеры серий ТТ и TR фирмы GROUP INC (USA) и серий 236, 345 и 355 фирмы "Elcometer" (Англия). Эти приборы
обеспечивают разрешение по углу 1° и по расстоянию 1 мкм. Здесь и далее сведения о приборах приведены по проспектам соответствующих фирм.
Фирма SS" (USA) разработала несколько полностью автоматизированных УЗ систем TUBE SCAN для контроля профиля поверхности труб с разрешающей способностью до 1 мкм. При определенной модификации эти системы позволяют контролировать шаг и высоту профиля РС.
К недостаткам ультразвуковых методов и средств контроля РС относятся ограниченное число измеряемых параметров, недостаточная точность измерений, их низкая помехозащищенность и относительно высокая трудоемкость.
Магнитные методы основаны на взаимосвязи магнитных характеристик материала контролируемого объекта от его дефектности и предполагают намагничивание объекта и последующую регистрацию полей рассеяния над дефектами. К этим методам по своей сути близки токовихревые методы (электро-индуктивные), которые основаны на регистрации распределения вихревых токов, наводимых электромагнитным преобразователем в объекте контроля, и позволяют выявлять поверхностные и подповерхностные дефекты в металлических изделиях [7].
К достоинствам рассматриваемых методов применительно к контролю РС относятся: получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая производительность.
За рубежом разработан ряд приборов, позволяющих контролировать РС на основе магнитных и токовихревых измерений. Это приборы: "Phasek 2200" "Kraufkramer'; EDDYSCAN фирмы CMS (Франция); CTG-10, TR-200, "Centurion NDT" фирмы "Time Group Inc".
На основе магнитных методов выполнена многоканальная система для контроля внешней поверхности труб TS-2000 фирмы TESTEX (Англия). Она обеспечивает скорость сканирования от 3 до 4,5 м/с и обладает графикой высокого разрешения с трехмерным отображением результатов контроля. Другая система этой же фирмы (EAGLE 2000
OCTAVISЮN) обеспечивает полностью автоматизированный контроль внутренней поверхности труб различных типоразмеров с использованием 16 измерительных каналов. Скорость сбора данных при этом составляет 150 опросов в 1 с для каждого канала.
Финская фирма "Stresstech" разработала системы 'Ко^сап", использующие в качестве информативных параметров шумы Баркхау-зена и обеспечивающие контроль труб в автоматическом режиме с возможностью регулирования сигналов по уровню отбраковки.
Среди отечественных приборов наибольший интерес представляют электроиндуктивные приборы серии МД [8]. Они позволяют обнаруживать усталостные трещины в глубине канавки резьб различного диаметра, шага и профиля одним и тем же датчиком.
В ИФМ УрО РАН (г. Екатеринбург) разработаны приборы магнитоиндукционного контроля резьбы непосредственно в трубных колоннах в полевых условиях [3]. Резьбовой участок трубы намагничивается постоянным полем магнита, помещаемого внутрь трубы, а считывание полей рассеяния над резьбой производится системой вращающихся индукционных преобразователей.
Обеспечивая довольно надежные оценки дефектности РС, магнитные методы все же не позволяют измерить с требуемой точностью геометрические параметры резьбы, регламентируемые соответствующими нормативными документами. Кроме того, необходимо учитывать, что стоимость зарубежных приборов, реализующих эти методы, колеблется в пределах от 20 до 100 тыс долл. США.
Методы проникающих излучений основаны на зависимости параметров проникающего ионизирующего излучения (рентгеновского, р, у-лучей, потока нейтронов), взаимодействующего с контролируемым объектом, от наличия или отсутствия дефектов. Эти методы различаются способами детектирования дефектоскопической ин-
формации и позволяют контролировать детали любой геометрии.
Анализ показывает, что для контроля РС наиболее приемлемыми являются приборы на основе мик-рофокусных рентгеновских трубок с последующим многократным увеличением получаемого теневого изображения. Примером таких приборов являются приборы серий "Норка" и "Калан", разработанные в Центре диагностики ДЦД (Москва). Они предназначены для неразрушающего дефектоскопического контроля материалов и изделий разного профиля и структуры и могут быть использованы для контроля резьбы непосредственно в трубной колонне. Использование в указанных приборах сильноточных рентгеновских излучателей серии РАП позволяет исследовать объекты толщиной до 60 мм по стали. Ресурс рентгеновской трубки составляет 300 ч, что позволяет сделать не менее 120 тысяч снимков. Достоинством приборов является наличие в их составе блока цифровой обработки и хранения информации, который, в частности, позволяет передавать дистанционно рентгеновские изображения через локальную компьютерную сеть, а также производить необходимую обработку и архивацию полученной информации на удаленном в безопасное место компьютере. Производительность контроля составляет до 80 объектов в 1 ч, разрешающая способность до 10 мкм.
Немецкой фирмой SEIFERT разработан ряд автоматизированных систем рентгенотелевизионного контроля серии DP, позволяющих контролировать трубы различных типоразмеров с разрешающей способностью менее 20 мкм при времени однократного измерения 2-5 с.
К недостаткам методов проникающих излучений следует отнести потенциальную возможность радиационной опасности для обслуживающего персонала, относительно низкую помехозащищенность, громоздкость и дороговизну соответствующего оборудования.
Оптические (лазерные) методы контроля основаны на анализе взаимодействия оптического (лазерного) излучения с объектом контро-
ля [2, 9, 10]. Эти методы позволяют, как никакие другие, получить максимально точную и обширную информацию о геометрических параметрах резьбы.
Информативными параметрами оптического излучения являются пространственно-времен-ные распределения его амплитуды, частоты, фазы и поляризации. Для получения искомой информации используют изменения этих параметров при взаимодействии с объектом контроля в соответствии с явлениями интерференции, дифракции, поляризации, преломления, отражения, поглощения, рассеяния и дисперсии.
Применение лазеров позволило полностью реализовать потенциальные возможности оптических методов. Высокая монохроматичность, когерентность и острая направленность излучения обеспечивают эффективность соответствующих измерительных систем.
В ЗАО "НтС-Лидер" (г. Химки) совместно с НВП ОПТЭЛ (г. Уфа) впервые создана бесконтактная лазерная компьютерная система ОП-ТЭЛ-РТ (РМ) для автоматического измерения 26 параметров резьбы труб нефтяного сортамента и муфт к ним.
Принцип измерения основан на сканировании профиля резьбы лазерным лучом посредством перемещения лазерных головок оптикомеханического блока системы относительно измеряемого изделия. Работа измерительной системы построена на теневом и триангуляционном способах измерений с использованием полупроводниковых лазеров. Первый из этих способов используется для измерений профиля наружной резьбы, а второй -внутренней.
Системы ОПТЭЛ отличаются высоким уровнем автоматизации всех стадий измерительного процесса и не имеют себе равных по производительности и точности контроля, что позволяет рекомендовать их в качестве базового средства определения параметров резьбы труб различного назначения при их производстве, разбраковке и восстановлении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Приборы для неразрушающего контроля материалов изделий: Справочник/Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1976.
2. Измерения в промышленности: Справочник/Под ред. П. Профоса. - М.: Металлургия, 1990.
3. Копьев М.А. Контроль резьбы насосно-компрессорных труб в процессе их эксплуатации. - М.: Тезисы 9-й Всесоюзной конференции по неразрушающему контролю, 1986.
4. Хофманн Д. Техника измерений и обеспечение качества: Справочная книга. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
5. Руководящий документ "Типовые технологические процессы подготовки к эксплуатации и ремонта насоснокомпрессорных труб" (РД 39-2-197-79). - Куйбышев: ВНИИТ-нефть, 1980.
6. Акустическая диагностика и контроль на предприятиях топливно-энергетического комплекса / В.М. Баранов, А.И. Гриценко, А.М. Карасевич и др. - М.: Наука, 1998.
7. Чумичев А.М. Техника и технология неразрушающих методов контроля деталей горных машин и оборудования. - М.: МГГУ, 1998.
8. Мужицкий В.Ф. Электроиндуктивные приборы для контроля состояния резьбовых соединений // Дефектоскопия, 1972, № 1.
9. Анциферов В.В. Лазерные многофункциональные диагностические системы. - М.: Машиностроение, 1998.
10. Тарасов В.В. Лазерные сканирующие системы контроля геометрических параметров изделий. - М.: Машиностроение, 1998.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Калинин Олег Борисович - ЗАО "Нефтетрубосервис"
