1. Принцип обнаружения дефектов сгибания бесшовных стальных труб.
Когда стальная труба на линии измерения проходит через зону измерения толщины стенки строго вдоль своей оси на высокой скорости, вращающийся вокруг трубы водяной соединитель создает водяной столб с постоянным давлением, который распыляется на стальную трубу. Ультразвуковой сигнал, перпендикулярный оси стальной трубы и излучаемый вращающимся ультразвуковым зондом, передается на трубу через водяной столб. Волновые сигналы на границе раздела и на дне трубы, образующиеся при прохождении ультразвукового сигнала через внутреннюю и внешнюю поверхности трубы, передаются на ультразвуковой зонд через водяной столб. Зонд преобразует волновые сигналы на границе раздела и на дне трубы в электрический выходной сигнал, и после обработки, анализа и вычислений формируется цифровая кривая, отражающая толщину стенки стальной трубы. Когда ультразвуковой сигнал сталкивается с изгибами или другими дефектами в стенке стальной трубы, между волновыми сигналами на границе раздела и на дне трубы формируется сигнал, представляющий собой изгибы и другие дефекты, и ширина его импульса толщины продолжает значительно изменяться. Размер и диапазон дефекта в виде изгиба отображаются на кривой.
2. Технология ультразвукового измерения толщины с использованием многозондового высокоэнергетического распыления воды.
Описанные выше технологии и устройства обнаружения подходят только для высокоскоростного контроля труб с гладкой поверхностью. Однако состояние поверхности стальных труб, подлежащих проверке, обычно плохое. Многие стальные трубы являются бывшими в употреблении, ржавыми и имеют точечную коррозию на поверхности. Некоторые также загрязнены маслом и т. д., что приводит к ослаблению ультразвукового сигнала на поверхности трубы. Межфазная и донная волны очень слабые, и трудно сформировать стабильный импульс по толщине. Некоторые стальные трубы даже оснащены муфтами. Они движутся неровно по линии контроля, и эффект контроля все равно очень низкий.
Устройство для измерения толщины методом ультразвукового распыления воды с использованием многозондового датчика высокой энергии в основном применяет следующие технологии для решения этих проблем:
(1) Использовать «пластину из титаната бария» с сопротивлением давлению 1500 В п2п и точечно-фокусированный ультразвуковой зонд 10 МГц для повышения энергии ультразвуковых сигналов;
(2) Использовать схему высокоэнергетического возбуждения с характеристиками ударной функции для стимуляции зонда с целью генерации высокоэнергетического ультразвука;
(3) Многоканальная технология ультразвукового измерения толщины и схема линейного расширения импульса толщины для повышения скорости и точности обнаружения;
(4) Технология многоканальной передачи сигналов с «временным мультиплексированием и высокоскоростной выборкой» для надежной передачи многоканальных сигналов толщины;
(5) Компьютерное программное обеспечение устраняет влияние нестабильности ультразвукового сигнала на результаты обнаружения, отображает результаты обнаружения в виде чисел и кривых и отмечает местоположение дефекта;
(6) Устройство для соединения воды при постоянном давлении и постоянной температуре для повышения надежности соединения водяного столба с ультразвуковыми сигналами;
(7) Точный механизм позиционирования и привода обеспечивает прохождение стальной трубы через зонд строго вдоль ее оси в зоне обнаружения, преодолевает проблему неровной работы, вызванную соединением стальной трубы, так что каждый зонд поддерживает вертикальное и постоянное расстояние соединения с внешней стенкой стальной трубы.
3. Результаты эксперимента
Чувствительность зонда на основе пластины из «титаната бария» может быть увеличена на 10 дБ; пластина оснащена вогнутой акустической фокусирующей линзой, образующей точечный фокусирующий зонд с фокусным расстоянием 15 мм и расстоянием между контактами в водяном столбе 12 мм, так что фокус каждого зонда попадает в середину стенки стальной трубы, эффективно уменьшая эффект рассеяния от поверхностной коррозии нефтедобывающей трубы и предотвращая повреждение зонда стальным соединением трубы (толщина 6–8 мм); «лавинный триод» состоит из высокоэнергетической схемы возбуждения длительностью 6 нс с характеристикой ударной функции и амплитудой Vp2p=1000, которая возбуждает ультразвуковой зонд для генерации высокоэнергетического ультразвукового сигнала, так что отношение сигнал/шум поверхностной волны и придонной волны достигает более 20 дБ; При вращении датчика со скоростью 240 об/мин импульс измерения толщины стенки на поверхности стальной трубы остается стабильным, а неравномерность окружности отображается с точностью до 0,05 мм; при одновременном прохождении стальной трубы через зону измерения со скоростью 15 мм каждый датчик выполняет спиральное сканирование с шагом 15,625 мм, и 4 датчика измеряют 2400 точек в секунду. Расстояние между точками составляет 0,16 мм, а точность измерения изменения толщины стенки не менее ± 0,1 мм.
4. Устройство для измерения толщины стенки с помощью ультразвукового зонда с вращающимся каналом состоит из водяного соединителя и 4 ультразвуковых зондов, расположенных под углом 90° друг к другу и строго перпендикулярно оси стальной трубы. Автоматический контроль уровня жидкости, высоко расположенный резервуар с водой на высоте 6 м и вода, постоянно нагреваемая до 40℃, обеспечивают постоянное давление и надежное соединение 4 зондов в каждой точке, исключая влияние пузырьков. Водяной столб, перпендикулярный оси нефтепромысловой трубы, надежно передает ультразвуковой сигнал между зондом и корпусом трубы.
Схема линейного растяжения импульсов толщины, состоящая из устройств с источником постоянного тока, растягивает каждый импульс толщины длительностью 2Λс в 20 раз до 40Λс, повышая точность определения толщины и уменьшая ошибку дискретизации; схема «временного мультиплексирования с высокоскоростной дискретизацией» дискретизирует 4 импульса ширины с частотой дискретизации 2,5 МГц и объединяет их в один канал, который передается через контактное кольцо, а затем синхронно разделяется на несколько сигналов мультиплексором. Искажение сигнала составляет ≤1%.
Помехи от ложных изображений влияют на результаты обнаружения. Нижняя волна стальной трубы слабая, что способствует образованию нестабильных сверхтолстых импульсов ложных изображений; колебания поверхностных волн также могут формировать сверхтонкие импульсы ложных изображений; а дефекты в виде складок обычно образуют десятки непрерывных импульсов, отражающих глубину складок. Программное обеспечение для компьютерного анализа может различать толщину стенки, складки и помехи от ложных изображений, а также отображать стабильные данные и кривые.
4. Результаты испытаний
На линии дефектоскопии стальных труб стальные трубы проверялись с помощью «магнитного дефектоскопа», а затем с помощью «высокоскоростного устройства для измерения толщины стенки стальной трубы с вращающимся зондом и распылением воды», в результате чего были исключены стальные трубы с дефектами в виде складок. При последующем испытании под давлением воды стальные трубы с дефектами в виде складок больше не разрывались.
Дата публикации: 11 ноября 2024 г.