Цели и задачи технической диагностики.

Цели и задачи технической диагностики.

Техническая диагностика (ТД) – область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов. [ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины о определения] Под диагностикой понимается получение и обработка информации о состоянии технических систем в целях обнаружения их неисправностей, выявления тех элементов, ненормальное функционирование которых привело (или может привести) к возникновению неисправностей. [3]

С технологической точки зрения техническая диагностика трубопроводов включает в себя:

а) обнаружение дефектов на трубопроводе;

б) проверку изменения проектного положения трубопровода, его деформаций и напряженного состояния;

в) оценку коррозионного состояния и защищенности трубопроводов от коррозии;

г) контроль за технологическими параметрами транспорта нефти;

д) оценку теплового воздействия трубопроводов на вечную мерзлоту, влияние трубопроводов на гидрологию трассы, учет результатов экологического и технологического мониторинга;

е) оценку результатов испытаний и диагностики трубопроводов, целесообразность проведения переиспытаний и повторной диагностики;

ж) интегральную оценку работоспособности трубопроводов, прогнозирование сроков службы и остаточного ресурса трубопровода.

При разработке системы технической диагностики линейной части нефтепроводов решаются следующие задачи:

- определение оптимальной номенклатуры контролируемых параметров состояния трубопровода на этапах его создания и эксплуатации;

- выбор методов контроля параметров состояния трубопровода;

- выбор технических средств для контроля параметров состояния трубопроводов и методик контроля;

- установление возможности применения унифицированных (стандартных) средств и методик контроля;

- определение порядка сбора, подготовки и долговременного хранения данных о состоянии объекта диагностирования;

- определение порядка решения спорных вопросов и юридической ответственности исполнителя за качество предоставляемой информации и по гарантийным обязательствам;

- определение мер защиты от несанкционированного доступа к информации, ее искажения и распространения.

 

2 Понятие о техническом состоянии объекта. Показатели технического состояния (ТС). Техническое состояние объекта – состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект

В процессе диагностирования устанавливается состояние объ­екта: исправное, работоспособное, предельное. Согласно ГОСТ 27.002—89 [25] устанавливаются следующие понятия. Работоспособное состояние (работоспособность) -состоние оборудования, при котором значения всех параметров, ха­рактеризующих способность выполнять заданные функции, со­ответствуют требованиям нормативно-технической и (или) кон­структорской (проектной) документации. Неработоспособное состояние (неработоспособность) -со­стояние оборудования, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Исправное состояние (исправность) - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Неисправное состояние (неисправность) -состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Находясь в работоспособном состоянии, объект может быть неисправным по причине возникновения одного или нескольких дефектов. Например, при трещине в вале ротора насоса, последний может еще долго выполнять свои заданные функции в соответствии с нормативно-технической документацией. Поэтому дефекты подразделяют с учетом последствия отказа и анализируют критичность отказа (ГОСТ 27.002).

Эксплуатационный показатель надежности - показатель на­дежности, точечная или интервальная оценка которого опреде­ляется по данным эксплуатации.

Понятие отказа. Причины и характеристики отказов.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния оборудования

Причины отказов делятся на случайные и систематические.

Случайные причины – это не предусмотренные перегрузки, дефекты в материале и погрешности изготовления, не обнаруженные контролем, ошибки обслуживающего персонала или сбои системы управления.

Систематические причины – это закономерные явления, вызывающие постепенное накопление повреждений: влияние среды, времени, температуры, нагрузок и т.д.. Примерами такого влияния являются коррозия, эрозия, старение материала, усталость, ползучесть. В соответствии с причинами, характером развития и проявлением отказы делятся на внезапные (поломки от перегрузок с характером хрупкого разрушения), постепенные по развитию и внезапные по проявлению (усталостное разрушение, разрушение в результате коррозионного растрескивания под напряжением) и постепенные (износ, загрязнение, увеличение зазоров проточной части). Внезапные отказы более опасны в силу своей неожиданности. Постепенные отказы представляют собой выходы параметров за допустимые пределы в процессе эксплуатации.

По причинам возникновения отказы можно разделить на конструктивные, вызванные недостатками конструкции, технологические, вызванные несовершенством или нарушением технологии, и эксплуатационные, вызванные неправильной эксплуатацией.

По своим последствиям отказы могут быть легкими, средними, тяжелыми и тяжелыми с катастрофическими последствиями. Это деление определяется по трудоемкости устранения дефектов, по количеству и по тяжести вторичных разрушений, которые вызвал рассматриваемый дефект. К авариям с катастрофическими последствиями относят обычно те, которые сопровождаются полным разрушением крупного объекта или человеческими жертвами. По возможности дальнейшего использования изделия отказы разделяют на полные, исключающие возможность дальнейшей эксплуатации до момента устранения дефектов, и частичные, позволяющие частичное или кратковременное использование объекта.

Магнитопорошковый метод позволяет выявить поверхностные и подповерхностные дефекты-трещины, волосовины, неметаллические включения, флокены, надрывы. Область применения: контроль полуфабрикатов, деталей и узлов из ферромагнитных материалов, контроль деталей различной формы и размеров, высокая чувствительность, производительность и достоверность результатов контроля, простота методики контроля.

Токовихревой метод позволяет выявить открытые и закрытые поверхностные и подповерхностные дефекты. Область применения: контроль полуфабрикатов, деталей и узлов из электропроводных материалов, для локального контроля снятых деталей и в конструкции, возможность выявления трещин без удаления защитных покрытий, выявление малораскрытых трещин.

Рентгенографический: позволяет выявить дефекты (внутренние скрытые дефекты, дефекты закрытых деталей);область применения (контроль полуфабрикатов, деталей, узлов и агрегатов, контроль деталей различной формы).

g-графический: позволяет выявить дефекты (внутренние скрытые дефекты, дефекты закрытых деталей); область применения (контроль полуфабрикатов, деталей, узлов и агрегатов).

Виды контроля.

Сварные соединения контролируют ультразвуковым методом в сочетании с другими методами неразрушающего контроля, например с рентгено - или g -графированием. Это объясняется тем, что браковка свар­ных соединений часто зависит от вида, формы и размеров обнаруженного дефекта. Известно, что при контроле сварных швов ультразвуком надежно выявляются такие опасные дефекты, как трещины и непровары по кромкам. Эти дефекты значительно хуже выявляются g-графированием. Однако при ультразвуковом контроле нельзя отличить газовую пору от шлакового включения или оценить их размеры, как, например, при рентгеновском и g - контроле.

С помощью акустических методов контроля можно обнаруживать поверхностные и внутренние дефекты, представляющие собой нарушение сплошности, неоднородность структуры, зоны поражения межкристаллитной коррозией и дефекты сварки. Акустические методы позволяют измерять геометрические параметры, например толщину при одностороннем доступе к изделию, а также физико-механические свойства материалов без их разрушения.

К преимуществам контроля акустическими методами относятся: 1.Высокая чувствительность, позволяющая выявлять мелкие дефекты. 2. Возможность определения места и размеров дефекта. 3.Практически мгновенная индикация дефектов, позволяющая автоматизировать контроль. 4.Возможность контроля при одностороннем доступе к изделию. 5.Простота и высокая производительность контроля. 6.Полная безопасность работы оператора и окружающего персонала.

В выявления дефектов сварных соединений применяют следующие акустические методы: теневой, зеркально-теневой и эхо-импульсный.

Оценивают результаты контроля акустическими методами по показаниям индикаторов прибора. В большинстве акустических дефектоскопов ультразвукового диапазона используются индикаторы – экраны электронно-лучевой трубки.

Методы просвечивания оптически непрозрачных объектов основаны на законе ослабления интенсивности излучения, проходящего через контролируемый объект. Интенсивность излучения меняется в зависимости от плотности материала и толщины. По результатам измерения интенсивности излучения за объектом определяют наличие в нем дефектов

Дефекты сварных соединений на снимках имеют вид более темных или светлых линий, полос, пятен по отношению к плотности почернения пленки в местах изображе­ния валика сварного шва. По конфигурации и месту расположения этих локальных изменений плотности почернения можно определить характер дефекта. Так, например, более темные линии или полосы (сплошные или прерывистые), идущие вдоль шва посередине, свидетельствуют о наличии непровара, а извилистые линии вдоль или поперек шва — о наличии крупных трещин; темные пятна различных размеров конфигурации на фоне изображения шва — о наличии раковин, пор, свищей (прожога) или шлаковых включений; темные удлиненные прерывистые полосы или пятна вдоль изображения валика шва — о наличии подрезов шва.

По характеру распределения дефектов объединяют в три группы: А – отдельные разбросанные дефекты; Б – цепочка дефектов (более трех), расположенных на одной линии с расстоянием между ними, равным трехкратной величине дефектов и менее; В – скопление дефектов (более трех), расположенных на расстоянии не более трехкратной величины дефекта.

Неисправности турбины

В новых конструкциях для контроля температуры охлаждаемых РЛ турбины используют оптические пирометры. Для осмотра состояния проточной части турбины ее корпус снабжается определенным количеством бороскопических отверстий. Через эти отверстия с помощью оптических эндоскопов с подсветкой можно проверить состояние кромок РЛ. Для осмотра труднодоступных мест используют гибкие эндоскопы со световодами на базе волоконной оптики. В ряде конструкций ГТУ можно одновременно проверить кромки РЛ турбины на отсутствие трещин с помощью вихревых токов, причем датчик вихревых токов вводится через отверстие для эндоскопирования.

Электроиндуктивная (токовихревая) дефектоскопия основана на возбуждении вихревых токов переменным магнитным полем датчика дефектоскопа. Вихревые токи создают своё поле, противоположное по знаку возбуждающему. В результате взаимодействия этих полей изменяется полное сопротивление катушки датчика, что и отмечает индикатор. Показания индикатора зависят от электропроводности и магнитной проницаемости металла, размеров изделия, а также изменений электропроводности из-за структурных неоднородностей или нарушений сплошности металла.

Датчики токовихревых дефектоскопов выполняют в виде катушек индуктивности, внутри которых помещают изделие (проходные датчики), или которые накладывают на изделие (накладные датчики). Применение токовихревой дефектоскопии позволяет автоматизировать контроль качества проволоки, прутков, труб, профилей, движущихся в процессе их изготовления со значительными скоростями, вести непрерывное измерение размеров. Токовихревыми дефектоскопами можно контролировать качество термической обработки, оценивать загрязнённость высокоэлектропроводных металлов (меди, алюминия), определять глубину слоёв химико-термической обработки с точностью до 3%, рассортировывать некоторые материалы по маркам, измерять электропроводность неферромагнитных материалов с точностью до 1%, обнаруживать поверхностные трещины глубиной в несколько мкм при протяжённости их в несколько десятых долей мм.

Одним из новых является метод бесконтактной магнитометрической диагностики (БМД), разработанный ООО «ВНИИГАЗ» совместно с ООО "Газприбортехнология-М", более пяти лет применяемый для обследования линейной части магистральных газопроводов и газопроводов-отводов. Суть метода основана на дистанционном измерении с дневной поверхности земли собственных магнитных полей газопровода, изменения которых в локальной области коррелируют с физическим состоянием металла труб. Использование метода не предусматривает применения внешних генераторов или других дополнительных сооружений на трассе.

 

 

Визуальный метод

Визуальный метод наиболее прост, применяется уже давно и повсеместно. Его сущность заключается в обнаружении мест утечек из подземного трубопровода в ходе осмотра трассы с помощью обходчиков, автотранспорта, плавсредств и авиации.

Признаками наличия утечки являются:

- видимый выход на поверхность перекачиваемой нефти или нефтепродукта;

- изменение цвета (пожелтение) растительности;

- потемнение снежного покрова;

- появление пены или пузырей на поверхности воды.
Достоинства метода:

Простота обнаружения видимых утечек.

Недостатки:

1.Трудоемкость регулярного патрулирования с помощью обходчиков
наземного автотранспорта.

2.Ограниченные возможности патрулирования в труднодоступных местах трассы, в темное время суток при неблагоприятных погодных условиях.

3.Невозможность обнаружения мелких утечек до выхода перекачиваемого продукта на поверхность грунта или воды.

4.Большие затраты на применение авиации при патрулировании трубопроводов.

Метод понижения давления

Метод используется при стационарном режиме работы трубопровода и основан на сравнении гидравлических уклонов по длине трубопровода. При возникновении утечки гидравлический уклон до места утечки i₁ больше, чем ним i₂, а точка их пересечения указывает место утечки.

Достоинства метода:

- непрерывность контроля за появлением утечек;

- простота конструкции приборов и доступность в обслуживании;

- автоматическая обработка измеряемых величин и выдача результатов.
Недостатки:

- применим только при стационарном режиме перекачки;

- низкая чувствительность (обнаруживает утечки с расходом не мене 200 м³/ч);

- большая погрешность определения места утечки.

В настоящее время данный метод используется на трубопроводах Рейн-Майн, Роттердам-Рейн.

Метод сравнения расходов

Метод основан на постоянстве мгновенного расхода нефти (нефтепро­дукта) в начале и в конце участка трубопровода между НПС при отсутствии утечки и установившемся режиме перекачки.

На входе и выходе каждого участка трубопровода устанавливаются расходомеры турбинного или объемного типа, дистанционно связанные с ЭВМ, находящейся на центральном диспетчерском пункте. Информация с расходомеров о расходе нефти (нефтепродуктов) непрерывно поступает на вход ЭВМ.

В ЭВМ, с учетом температурной поправки, непрерывно производится сравнение расходов в начале и в конце каждого участка трубопровода. Если разность расходов превышает допустимый предел, установленный программой, выдается сигнал о появлении аварийной утечки.

Достоинства метода:

- быстрое обнаружение утечек при установившемся режиме перекачки;

- непрерывность и дистанционность контроля за появлением утечек;

- автоматическая обработка информации и выдача сигнала.
Недостатки:

- низкая чувствительность (Q_y> 50 м³/ч);

- не обеспечивает определения места утечки.

Данный метод широко применяется в США, Западной Европе и Японии.

Метод линейного баланса

Метод основан на постоянстве мгновенного и интегрального значений объемов перекачиваемой жидкости в начале и в конце трубопровода при отсутствии утечки и установившемся режиме перекачки.

Как и в методе сравнения расходов, данные о количестве перекачиваемой нефти (нефтепродукта) в начале и в конце участка трубопровода передаются на ЭВМ центрального диспетчерского пункта. В ЭВМ через определенные равнозначные промежутки времени (15...30 с) производится, сравнением объемов с учетом поправок на изменение температуры и давления.

Если разбаланс объемов нефти трубопровода (нефтепродукта) на входе и выходе участка превысит установленное значение, то включается аварийный сигнал о появлении утечки.

Для обнаружения менее значительной утечки и определения ее объема в ЭВМ производится суммирование и сравнение объемов нефти за более тельный период (1...2 ч).

Достоинства метода:

- быстрое обнаружение утечки;

- непрерывность и дистанционность контроля утечек;

- применимость при любой конструкции линейной части трубопровода.
Недостатки:

- низкая чувствительность (Qy > 5...20 м³/ч);

- не обеспечивает определения места утечки.
Метод широко применяется во многих странах мира

Радиоактивный метод V

 

Метод основан на регистрации радиоактивного излучения вещества (растворенный в жидкости изотоп), проникающего в грунт через сквозные повреждения в стенке трубопровода.

Радиоактивные изотопы должны обладать достаточной энергией гамма-лучей и периодом полураспада. Для обнаружения мест утечек изотопы подбирают для каждого конкретного участка трубопровода в зависимости от его протяженности и глубины залегания. Наибольшее распространение получили изотопы Na²⁴.

Пробку жидкости с повышенным содержанием изотопа между двумя разделительными поршнями прокачивают по трубопроводу.

Место утечки, для которого характерна повышенная остаточная радиоактивность, обнаруживается автономным зондовым прибором, перемещаемым по трубопроводу перекачиваемым продуктом. В герметичном корпусе размещены электронная аппаратура, источник питания и регистратор. Одновременно с записью пути ведется запись величины излучения, по которым при расшифровке записи определяют место утечки.

Можно применить и наземные регистрирующие приборы, но их чувствительность не всегда достаточна.

Достоинства метода:

-точное обнаружение мест незначительных утечек;

-эффективен при любом режиме перекачки.
Недостатки:

-метод представляет определенную опасность для обслуживающего персонала и небезопасен с экологической точки зрения.

Метод получил ограниченное применение.

Метод акустической эмиссии

Метод основан на регистрации высокочувствительными пьезоэлектрическими датчиками, расположенными на контролируемом участке трубопровода, сигналов акустической эмиссии от напряженного состояния стенки трубопровода, микротрещин от утечек жидкости. Акустическая эмиссия является результатом высвобождения энергии из материала, находящегося в напряженном состоянии. Высокочувствительные пьезодатчики, расположенные на поверхности трубопровода, воспринимают волны механических напряжений в трубопроводе, создаваемые утечкой жидкости (или газа) и преобразуют их в электрические сигналы.

Для определения местонахождения утечек нефти или нефтепродукта методом акустической эмиссии трубопровод нагружается повышенным внутренним давлением (на 10 % выше рабочего) или внешним нагружением (напримep, создают изгибающий момент с помощью проезда по трассе над трубопроводом тяжелого автотранспорта). Сигналы акустической эмиссии поступают от мест утечек и дефектов при нагружении трубы на пьезодатчик в виде импульсов энергии, скорость распространения которых связана с интенсивностью напряжения. Для обнаружения мест утечек разработано специальное оборудование анализа затухания и времени прихода импульсов акустической •миссии.

Достоинства:

- возможность контроля незначительных утечек (микроутечек); микротрещин и сильной коррозии в подземных трубопроводах с помощью наземной передвижной аппаратуры;

- высокая точность обнаружения дефектных мест в стенке трубопровода;

-возможность применения на трубопроводах (и емкости) любой конструкции, при транспорте и хранении любых продуктов;

-высокая достоверность результатов контроля.
Недостатки:

- значительные затраты времени на обследование участков трубопрово­дов большой протяженности;

высокая стоимость обследования (по данным американской фирмыPhiladelphia Elektronic - до 2 тыс. долл. на 1 км);

- для выполнения контроля необходима шурфовка, поскольку пьезодатчики с предусилителями должны устанавливаться на поверхности трубы;

- производительность обследования по данному методу зависит от годных и климатических условий;

- метод неприменим на трубопроводах, пролегающих в труднодоступно местности.

Метод акустической эмиссии как стандартный неразрушающий метод контроля в настоящее время находит широкое применение во многих отрас техники как за рубежом, так и в нашей стране.

Цели и задачи технической диагностики.

Техническая диагностика (ТД) – область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов. [ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины о определения] Под диагностикой понимается получение и обработка информации о состоянии технических систем в целях обнаружения их неисправностей, выявления тех элементов, ненормальное функционирование которых привело (или может привести) к возникновению неисправностей. [3]

С технологической точки зрения техническая диагностика трубопроводов включает в себя:

а) обнаружение дефектов на трубопроводе;

б) проверку изменения проектного положения трубопровода, его деформаций и напряженного состояния;

в) оценку коррозионного состояния и защищенности трубопроводов от коррозии;

г) контроль за технологическими параметрами транспорта нефти;

д) оценку теплового воздействия трубопроводов на вечную мерзлоту, влияние трубопроводов на гидрологию трассы, учет результатов экологического и технологического мониторинга;

е) оценку результатов испытаний и диагностики трубопроводов, целесообразность проведения переиспытаний и повторной диагностики;

ж) интегральную оценку работоспособности трубопроводов, прогнозирование сроков службы и остаточного ресурса трубопровода.

При разработке системы технической диагностики линейной части нефтепроводов решаются следующие задачи:

- определение оптимальной номенклатуры контролируемых параметров состояния трубопровода на этапах его создания и эксплуатации;

- выбор методов контроля параметров состояния трубопровода;

- выбор технических средств для контроля параметров состояния трубопроводов и методик контроля;

- установление возможности применения унифицированных (стандартных) средств и методик контроля;

- определение порядка сбора, подготовки и долговременного хранения данных о состоянии объекта диагностирования;

- определение порядка решения спорных вопросов и юридической ответственности исполнителя за качество предоставляемой информации и по гарантийным обязательствам;

- определение мер защиты от несанкционированного доступа к информации, ее искажения и распространения.

 

2 Понятие о техническом состоянии объекта. Показатели технического состояния (ТС). Техническое состояние объекта – состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект

В процессе диагностирования устанавливается состояние объ­екта: исправное, работоспособное, предельное. Согласно ГОСТ 27.002—89 [25] устанавливаются следующие понятия. Работоспособное состояние (работоспособность) -состоние оборудования, при котором значения всех параметров, ха­рактеризующих способность выполнять заданные функции, со­ответствуют требованиям нормативно-технической и (или) кон­структорской (проектной) документации. Неработоспособное состояние (неработоспособность) -со­стояние оборудования, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Исправное состояние (исправность) - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Неисправное состояние (неисправность) -состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Находясь в работоспособном состоянии, объект может быть неисправным по причине возникновения одного или нескольких дефектов. Например, при трещине в вале ротора насоса, последний может еще долго выполнять свои заданные функции в соответствии с нормативно-технической документацией. Поэтому дефекты подразделяют с учетом последствия отказа и анализируют критичность отказа (ГОСТ 27.002).

Эксплуатационный показатель надежности - показатель на­дежности, точечная или интервальная оценка которого опреде­ляется по данным эксплуатации.