Стальная защита. Акустико-эмиссионная дефектоскопия вертикальных стальных резервуаров

Жуков А.В., Кузьмин А.Н.

//Журнал "ТехНадзор" №7 май 2009г.

Вертикальные резервуары из нержавеющей стали широко используются в различных областях промышленности. Основная проблема их эксплуатации заключается в потере герметичности с течением времени внутреннего сосуда. Подобные дефекты возникают на сварных соединениях обечайки и днища в результате развития локальной коррозии на структурных неоднородностях сварки. Это приводит к разгерметизации сосуда, нарушается технологический режим, что делает резервуар непригодным для эксплуатации. Обнаружить подобную течь визуальным, либо каким-либо другим методом локального контроля на действующем сосуде практически невозможно. Для этого требуется частичная или полная его разборка, удаление наружного кожуха.

Вместе с тем контроль герметичности на таких металлоконструкциях сопряжен с практически полным отсутствием доступа к внутреннему сосуду, что сильно осложняет задачу поиска и локализации утечек.  Поэтому для решения подобных задач наибольшее распространение получил метод акустической эмиссии (АЭ), который в данном случае практически не имеет альтернативы. Метод позволяет дистанционно обнаруживать малые утечки, определять их местоположение и судить о характере повреждения.

На рисунке 1 приведен пример вертикального резервуара объемом 8 м.куб. из нержавеющей стали, расположенного на одном из крупных молокозаводов. Резервуар  состоит из сварного внутреннего сосуда с толщиной стенки 2 мм. и внешнего цилиндрического сварного кожуха. В ходе эксплуатации технологами предприятия было отмечено снижение качества изготавливаемого продукта, что позволило предположить нарушение герметичности внутреннего сосуда. Для проверки этого предположения и выявления местоположения утечки администрацией было принято решение пригласить экспертную организацию для проведения АЭ-контроля с целью поиска и локализации утечки внутреннего сосуда. В ходе решения поставленной задачи специалистами компании «Интерюнис» была разработана специальная методика контроля утечек на таких объектах.

Основные положения методики заключаются в следующем. Даже самый минимальный доступ к внутреннему сосуду (рисунок 2) позволяет установить в таких местах датчики АЭ, причем местоположение датчиков нет необходимости специально вычислять и размечать, как это предусматривает традиционные способы настройки схемы АЭ локации [1]. Применяемая акустико-эмиссионная система A-Line 32Dв процессе калибровки автоматически определяет их местоположение и обозначает на схеме. Первоначально 1 контрольный ПАЭ для проверки утечки на обечайке был размещен на открытой площадке в центре верхнего днища внутреннего сосуда. Для установки датчиков на обечайке сосуда в количестве 4 шт. во внешнем корпусе потребовалось произвести вырезку соответствующих технологических окон размером 100x100 мм. и выбрать изоляционный слой. 

Принципиальной особенностью разработанной  методики контроля является  применение 3-х независимых датчиков в разных местах нижнего днища и 4-х по периметру нижней образующей обечайки  (рис. 2). Такая схема позволяет использовать одновременно несколько независимых перекрывающихся зон плоскостной локации, что позволяет максимально точно определять координату выявленного источника АЭ на утечке (рисунок 3). Таким образом,  для полного контроля и определения местоположения утечки на сосуд было установлено 8 преобразователей акустической эмиссии типа GT-200. Время подготовки к контролю составляет в среднем около 30 мин. Другой особенностью контроля является тот факт, что из-за высокой чувствительности применяемого цифрового оборудования не требуется заполнять сосуд целиком водой, как это требуют стандартные методики при диагностике вертикальных стальных резервуаров. По мере наполнения прибор покажет, какого уровня жидкости будет достаточно для устойчивого выявления утечки. В нашем случае, поскольку утечка располагалась на нижнем днище, потребовалось заполнить сосуд всего на 20%. В результате контроля оператор с точностью в несколько миллиметров показал область расположения утечки, после чего в этом месте была произведена локальная вырезка металла наружного кожуха. 

На рисунке 3 представлена характерная локационная диаграмма, на которой показана математическая модель днища с тремя независимыми схемами локации (ПАЭ 1/05, 1/06, 1/07), позволившими точно установить область расположения источника АЭ на утечке. Видно, что местоположение утечки на всех диаграммах фиксируется очень четко, причем схема с перекрытием позволяет исключить ложные сигналы локации. 

В результате после локализации в указанном оператором месте была произведена вырезка технологического окна (рисунок 4). Из рисунка видно, что точно под местом вырезки располагается микротечь, которая проявилась в виде коррозионного пятна и запотевания ближней области утечки. Полное время контроля подобного объекта для выявления утечки с минимальными подготовительными операциями составляет в среднем 1 час.

Из приведенного примера видно, что новая разработанная методика контроля утечек с применением акустико-эмиссионного контроля является эффективным и быстрым способом выявления скрытых микротечей в труднодоступных и скрытых областях герметичных стальных конструкций.