Плетнев С.В. Магнитное поле: свойства, применение

Подождите немного. Документ загружается.

В.М.Горицкий, А.А.Дубов, Е.А.Дёмин. Исследование структурной по-

вреждённости стальных образцов с использованием метода магнитной памяти

металла // Контроль. Диагностика, №7, 2000

7.4. Диагностика энергетических объектов

7.4.1. Диагностика трубопроводов

На рис.7.4.1 показана схема контроля трубопровода с использованием

специализированного магнитометрического прибора — измерителя концент-

рации напряжений ИКН-1М. Прибор имеет экран, блок памяти для регистра-

ции результатов измерений и сканирующее устройство в виде тележки, на

которой смонтированы датчики измерений магнитного поля Н

и длины тру-

бопроводов. Контроль не требует предварительной подготовки поверхности.

В отдельных случаях контроль трубопроводов может осуществляться без сня-

тия изоляции.

Рис.7.4.1. Схема контроля газопровода двухканальным датчиком: 1 — скани-

рующее устройство с датчиком измерения длины; 2, 3 — феррозондовые дат-

чики; 4 — соединительный кабель; 5 — прибор ИКН-1М с блоком памяти и

экраном для отображения графической информации

На рис.7.4.2,а показан фрагмент напряженно-деформированного состоя-

ния трубопровода по результатам измерения поля остаточной намагниченнос-

ти Нр вдоль верхней образующей трубопровода. На рис.2, б представлено

расположение линии смены знака поля Нр (линии КН) на участке трубопрово-

да между сечениями I-I и II-II.

481

Рис. 7.4.3.

На рис.7.4.3 представлены примеры распределения поля Нр, полученные

при контроле участков трубопровода одновременно по двум каналам измере-

ний. На рис.3,а показан пример распределения поля Нр при расположении

линии КН продольно оси трубопровода. На рис.7.4.3,6 показан пример распре-

деления поля Нр при расположении линий КН поперечно оси трубопровода.

482

На рис.7.4.4,а показана схема

контроля вдоль периметра сварного

шва трубопровода.

На рис.7.4.4,б показан пример

распределения поля Нр, характери-

зующий удовлетворительное состоя-

ние сварного шва.

На рис.7.4.4,в — пример распре-

деления поля, характеризующий не-

удовлетворительное его состояние с

зонами КН и развивающимися де-

фектами в этих зонах.

Предлагаемый способ диагнос-

тики может быть использован для

трубопроводов любых типоразмеров

из ферромагнитных сталей и в от-

дельных случаях из аустенитных

сталей.

Конкретные методики контроля

гибов, сварных соединений и пря-

мых участков трубопроводов согла-

сованы с инспекцией Госгортехнад-

зора РФ (с управлениями Котлонад-

зора, нефтеперерабатывающей, хи-

мической, нефтехимической, нефтя-

ной и газовой промышленности),

РАО "ЕЭС России", РАО "Газпром".

Методика и соответствующие при-

боры позволяют осуществлять одно-

временно с дефектоскопией кон-

троль напряжённо-деформирован-

ного состояния (под нагрузкой или

после её снятия). На основе первич-

ного 100% обследования трубопро-

вода с использованием ММП пред-

ставляется возможным в дальней-

шем контролировать только наибо-

лее напряжённые, предрасположен-

ные к повреждениям участки. На

этих участках можно выполнить

съёмную изоляцию и в дальнейшем

их периодически контролировать.

Рис.7.4.4.

483

Рис.7.4.5

7.4.2.Экспресс-метод контроля сосудов и аппаратов

Схема контроля представлена на

рис.7.4.5. Сканирующее устройство в

виде тележки перемещается операто-

ром вдоль сварных соединений и по

образующим сосуда в соответствии с

методикой.

На рис.7.4.6,а представлен фраг-

мент по результатам контроля участка

сварного соединения, находящегося в

удовлетворительном состоянии, на

рис.7.4.6,6 — фрагмент участка с тре-

щиной.

На рис.7.4.7 показано расположе-

ние линий концентрации напряжений

(линий КН), выявленных при контро-

ле методом магнитной памяти метал-

ла. Линии КН в данном случае образо-

вались в результате потери устойчи-

вости сосуда. Как правило, по линии

КН на внутренней поверхности сосуда

имеет место коррозионно-усталост-

ный износ металла. На наружной по-

верхности по линии КН может образо-

ваться трещина усталостного (или

коррозионно-усталостного) характе-

ра.

Рис.7.4.7.

Рис.7.4.6.

484

В январе 1996 г. Госгортехнадзором России утверждена "Методика экс-

пресс-диагностики сосудов и аппаратов с использованием магнитной памяти

металла".

Данная методика может применяться в энергетике, химической, нефтега-

зоперерабатывающей, нефтехимической, нефтяной и газовой отраслях про-

мышленности, при контроле сосудов из ферромагнитного и парамагнитного

(аустенитного) материала. Методика и соответствующие приборы позволяют

осуществлять одновременно с дефектоскопией сварных швов контроль на-

пряжённо-деформированного состояния сосуда (под нагрузкой или после её

снятия). Методика позволяет также выполнять контроль "уторных" сварных

швов, представляющих проблему для традиционных методов НК.

На основе первичного 100% обследования сосуда с использованием ММП

представляется возможным в дальнейшем контролировать только наиболее

напряжённые, предрасположенные к повреждениям зоны. В этих зонах с точ-

ностью до 1 мм можно установить датчики эксплуатационного контроля мето-

дом акустической эмиссии.

В зонах КН, выявленных ММП, представляется возможным сделать уп-

рочнение обечайки сосуда, не дожидаясь развития повреждения.

7.4.3. Диагностика труб и поверхностей нагрева энергетических

и водогрейных котлов

Контроль выполняется на остановленном в ремонте котле. На рис.7.4.8

показана схема контроля экранных труб с использованием специализирован-

ного магнитометрического прибора — измерителя концентрации напряжений

(ИКН-1М).

Рис.7.4.8. Схема контроля экранных труб с использованием двухканального

датчика: 1,2 — феррозондовые датчики; 3 — сканирующее устройство с дат-

чиком измерения длины; 4 — соединительный кабель; 5 — прибор ИКН-1М.

485

Рис.7.4.9.

На рис.7.4.9, а показан фрагмент результатов контроля в зоне КН на

экранной трубе газоплотной панели топки котла. На рис.2,б показано харак-

терное повреждение экранной трубы газоплотной панели.

На рис.7.4.10 представлен фрагмент определения язвины коррозии по

характеру распределения поля остаточной намагниченности Нр вдоль огневой

образующей трубы.

Предлагаемый метод диагностики позволяет без зачистки металла произ-

водить массовый контроль сварных стыков на трубах ПН и в узлах стыковки

труб и змеевиков с коллекторами. Метод можно эффективно использовать для

определения зон КН на трубах пароперегревателя, изготовленных из перлит-

Рис.7.4.10.

486

ных и аустенитных марок сталей. По результатам контроля с использованием

метода магнитной памяти представляется возможным производить вырезку

представительных образцов труб для анализа состояния металла, определения

количества и качества внутренних отложений. Метод позволяет выполнять

одновременно дефектоскопию и диагностику с выявлением причин образова-

ния зон КН и повреждений.

Разработанный способ диагностики относится к экспресс-методам и по-

зволяет в течении 5-6 рабочих дней проконтролировать все трубы топочной

камеры котла большой мощности.

Утверждены РАО "ЕЭС России" и согласованы с Госгортехнадзором РФ

" Методические указания по техническому диагностированию труб поверхнос-

тей нагрева паровых и водогрейных котлов с использованием магнитной па-

мяти металла" (РД 34.17.446-97). Данный руководящий документ обязателен

для применения на предприятиях отрасли "Электроэнергетика" и может быть

использован на предприятиях других отраслей, являющихся владельцами кот-

лов подконтрольных Госгортехнадзору России.

7.4.4. Диагностика гибов котельных и паропроводных труб

Одной из сложных проблем энергетики является обеспечение надежности

гибов необогреваемых труб котлов и паропроводов. Несмотря на большое

количество исследований и мероприятий, выполненных в масштабе отрасли

"Электроэнергетика" с целью повышения надежности гибов, желаемые резуль-

таты до сих пор не достигнуты и гибы необогреваемых труб котлов продолжа-

ют оставаться аварийным узлом. Разработана методика раннего обнаружения

повреждений гибов с использованием эффекта магнитной памяти металла.

Существующие методы неразрушающего контроля (УЗК, МПД), которые ши-

роко применяются в энергетике, направлены на поиск и обнаружение уже

развитых дефектов и различного рода трещин в металле оборудования, что

является недостаточным, если рассматривать проблему обеспечения надеж-

ности гибов трубопроводов с точки зрения обеспечения безопасности обслу-

живающего персонала.

Вместе с тем известно, что основным источником разрушений гибов

является концентрация механических напряжений, обусловленная действием

рабочих нагрузок. Как правило, повреждаются гибы, работающие в условиях

дополнительных (не расчетных) напряжений.

Из теории прочности и механики разрушений, известно, что наиболее

неблагоприятным для развития повреждений оборудования является такое

сочетание нагрузок, при котором металл локально находится под воздействием

главных растягивающих напряжений. При этом зарождение трещин происхо-

дит по плоскостям, перпендикулярным главным растягивающим напряжени-

ям. Многолетний опыт исследования магнитных полей на котельных и паро-

проводных трубах выявил наличие устойчивых линий смены знака нормаль-

ной составляющей напряженности магнитного поля Нр в зонах развивающих-

487

ся повреждений металла. Именно этот диагностический параметр (линия

=0) был положен в основу методики контроля гибов. Интерпретация этого

диагностического магнитного параметра, как линии главных напряжений, воз-

никающей на поверхности труб под действием рабочих нагрузок, дана в спе-

циальной работе. Очевидно, что совпадение линий Нр=0 с растянутой или

нейтральной зонами гиба трубы является наиболее опасным для его надежнос-

ти.

Рассмотрим на примере контроля одного из гибов пароперепускных труб

турбины ПТ-60 ст.№3 Дягилевской ТЭЦ (гиб №10, ст.15Х1МФ, 273x32 мм).

Контроль был выполнен с использованием двухканального датчика при-

бора ИКН- 1М вдоль растянутой стороны гиба. На рис.7.4.11 ,а приведена эпюра

распределения поля Н

, зафиксированная в двухканальном режиме. Как видно

из рис.7.4.11,а, зона концентрации напряжений (КН) характеризуется резким

скачкообразным изменением поля Н

. Следует отметить, что сканирование

вдоль растянутой зоны гиба выполнялось с базовым расстоянием между фер-

розондовыми датчиками, равным 20 мм. При этом резкое изменение поля Н

было зафиксировано в основном по одному каналу измерений. Затем в сечении

гиба, где было зафиксировано резкое изменение поля Нр, был выполнен кон-

троль вдоль периметра гиба.

На рис.7.4.11,б показано распределение поля Нр, зафиксированное вдоль

периметра гиба (сечение А-А). Расстояние между феррозондовыми датчиками

было также 20 мм. Из рис. 1,6 видно, что по одному из каналов зафиксировано

значительное изменение величины и знака поля Н

, по другому каналу -

изменение поля Нр менее значительное по величине и без изменения знака.

Рис.7.4.11

488

Рис.7.4.12

На рис.7.4.12,а показана зона КН, вы-

явленная на гибе №10 вблизи растянутой

стороны. Зона КН представляет собой

пятно в виде эллипса с размерами 70x35

мм, т.е. кратному толщине стенки (32

мм). Пятно ограничено линией смены

знака поля Н

(линией Н

=0). На

рис.7.4.12,6 показан фрагмент, иллю-

стрирующий защемление гиба №10 (с

зоной КН) с трубой промотбора этой же

турбины №3. Очевидно, что именно за-

щемление гиба № 10 при его температур-

ной компенсации явилось причиной об-

разования зоны КН.

На рис.7.4.13 приведена структура

металла, полученная с реплики, взятой из

зоны КН (по линии Нр=0) на гибе №10.

Как видно из рис.3, на данном гибе в зоне КН в структуре металла выявлены

трещины с расстоянием между ними примерно 0,1 мм. Таким образом, гиб №

10 находился в состоянии предразрушения.

Представленная методика контроля гибов была согласованна с Главтеху-

правлением Минэнерго 25.02.1991г. и с Госгортехнадзором РФ 26.02.1993г.,

прошла промышленное опробование на ряде электростанций России и в других

странах. Накоплен значительный положительный опыт, свидетельствующий

об эффективности контроля гибов с использованием ММП в сочетании с УЗК

и с анализом структуры металла, полученной с реплик, взятых из зон КН. В

настоящее время данная методика рассматривается РАО "ЕЭС России" с целью

ее включения в новую "Инструкцию по дефектоскопическому контролю гибов

и трубопроводов".

Рис.7.4.13.

489

7.4.5. Экспресс-метод неразрушающего контроля качества

сварных соединений

Качество сварных соединений определяется комплексом показателей,

включающих параметры напряжённо-деформированного состояния (НДС),

структурно-механической неоднородности (СМН) и дефектности.

Основной проблемой неразрушающего контроля (НК) сварных соедине-

ний при эксплуатации является определение мест совпадения дефектов сплош-

ности металла с концентрацией сварочных напряжений и максимальных на-

пряжений от рабочих нагрузок. На сегодня не существует ни одного метода

НК для оперативного контроля качества сварных соединений разных типов,

позволяющего без специальной подготовки поверхности и без сложной на-

стройки аппаратуры определять зоны концентрации напряжений (КН) в ком-

плексном сочетании "дефект -- напряжения", что не позволяет объективно

оценить степень опасности дефекта.

В этой связи метод магнитной памяти металла (ММП) представляет боль-

шие практические возможности, прежде всего, как инженерный метод экс-

пресс контроля качества и как интегральный метод комплексной оценки каче-

ства сварных соединений. При контроле качества любых типов сварных соеди-

нений с использованием ММП можно оперативно определять:

- степень неоднородности напряженно-деформированного состояния при

аттестации, выборе, оптимизации и сертификации технологий сварки;

- количество зон КН и их потенциальную опасность;

- необходимость и качество (эффективность) термообработки;

- уровень остаточных напряжений в зонах КН;

- объёмы и методы проведения штатной дефектоскопии;

- степень "засорённости" сварных швов дефектами.

Имеется опыт применения нового метода экспресс контроля сварочных

деформаций и напряжений на протяжных сварных конструкциях. В течение

часа с помощью портативных специализированных приборов с регистрирую-

щим устройством можно проконтролировать до 500 м сварных швов. На 50-м

конгрессе международного института сварки (МИС), который состоялся в

июле 1997 г. в г.Сан-Франциско (США), метод магнитной памяти получил

признание, и получена рекомендация МИС об его использовании для оценки

напряжённо-деформированного состояния оборудования и сварных соедине-

ний. Утверждена международная программа "Round Robin" по проверке эф-

фективности ММП при контроле остаточных напряжений в сравнении с дру-

гими методами НК.

На рис.7.4.14 показана схема экспресс контроля методом магнитной памя-

ти сварного соединения.

На рис.7.4.15 приведены примеры контроля качества кольцевых сварных

швов на конверторе аммиака АО "Невинномысский Азот". Толщина стенки

конвертора 200 мм, диаметр 1550 мм. Контроль проводили в рабочем состоя-

нии (Р=240атм., Т=330°С). На рис.7.4.15,а установлено хорошее качество свар-

490