Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии
Представлены результаты исследования структурного состояния металла труб с использованием акустической эмиссии, предложен обобщенный критерий оценки и прогнозирования изменений структурного состояния металла при длительной эксплуатации газопроводов....
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Назва видання: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103333 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии / В.А. Кобзев, Я.С. Марчук, М.П. Андриишин, Е.А. Игуменцев // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2007. — № 4. — С. 3-5. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-103333 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1033332016-06-16T03:02:49Z Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии Кобзев, В.А. Марчук, Я.С. Андриишин, М.П. Игуменцев, Е.А. Техническая диагностика Представлены результаты исследования структурного состояния металла труб с использованием акустической эмиссии, предложен обобщенный критерий оценки и прогнозирования изменений структурного состояния металла при длительной эксплуатации газопроводов. The results of investigation of the structural state of pipe metal by the acoustic emission method are presented, and a generalized criterion for evaluation and prediction of the changes in the metal structural state in long-term operation of pipelines is proposed. 2007 Article Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии / В.А. Кобзев, Я.С. Марчук, М.П. Андриишин, Е.А. Игуменцев // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2007. — № 4. — С. 3-5. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103333 621.19.16 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техническая диагностика Техническая диагностика |
| spellingShingle |
Техническая диагностика Техническая диагностика Кобзев, В.А. Марчук, Я.С. Андриишин, М.П. Игуменцев, Е.А. Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Представлены результаты исследования структурного состояния металла труб с использованием акустической эмиссии, предложен обобщенный критерий оценки и прогнозирования изменений структурного состояния металла при длительной эксплуатации газопроводов. |
| format |
Article |
| author |
Кобзев, В.А. Марчук, Я.С. Андриишин, М.П. Игуменцев, Е.А. |
| author_facet |
Кобзев, В.А. Марчук, Я.С. Андриишин, М.П. Игуменцев, Е.А. |
| author_sort |
Кобзев, В.А. |
| title |
Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии |
| title_short |
Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии |
| title_full |
Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии |
| title_fullStr |
Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии |
| title_full_unstemmed |
Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии |
| title_sort |
исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Техническая диагностика |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103333 |
| citation_txt |
Исследование металла труб газопроводов после длительной эксплуатации с использованием метода акустической эмиссии / В.А. Кобзев, Я.С. Марчук, М.П. Андриишин, Е.А. Игуменцев // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2007. — № 4. — С. 3-5. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT kobzevva issledovaniemetallatrubgazoprovodovposledlitelʹnojékspluataciisispolʹzovaniemmetodaakustičeskojémissii AT marčukâs issledovaniemetallatrubgazoprovodovposledlitelʹnojékspluataciisispolʹzovaniemmetodaakustičeskojémissii AT andriišinmp issledovaniemetallatrubgazoprovodovposledlitelʹnojékspluataciisispolʹzovaniemmetodaakustičeskojémissii AT igumencevea issledovaniemetallatrubgazoprovodovposledlitelʹnojékspluataciisispolʹzovaniemmetodaakustičeskojémissii |
| first_indexed |
2025-07-07T13:41:23Z |
| last_indexed |
2025-07-07T13:41:23Z |
| _version_ |
1836995768878104576 |
| fulltext |
УДК 621.19.16
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛА ТРУБ ГАЗОПРОВОДОВ ПОСЛЕ
ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
В. А. КОБЗЕВ, Я. С. МАРЧУК, М. П. АНДРИИШИН, Е. А. ИГУМЕНЦЕВ
Представлены результаты исследования структурного состояния металла труб с использованием акустической
эмиссии, предложен обобщенный критерий оценки и прогнозирования изменений структурного состояния металла
при длительной эксплуатации газопроводов.
The results of investigation of the structural state of pipe metal by the acoustic emission method are presented, and a
generalized criterion for evaluation and prediction of the changes in the metal structural state in long-term operation
of pipelines is proposed.
В металле труб газопроводов при длительной эк-
сплуатации под воздействием изменяющихся па-
раметров внешней среды и транспортируемого
продукта происходят медленные процессы изме-
нения металлографической структуры, обуслов-
ленные различного вида воздействиями на металл
труб. Воздействие на металл влажного грунта пос-
ле повреждения изоляционного покрытия приво-
дит к коррозионным повреждениям структуры ме-
талла [1]. При воздействии температуры могут
происходить локальные деформационные процес-
сы за счет линейного расширения [2]. Длительное
воздействие повышенной температуры, даже не
слишком высокой (30…40 °С), может привести к
старению низколегированных низкоуглеродистых
трубных сталей [3, 4].
Еще одним важным источником структурных
изменений металла является длительное влияние
взаимодействия со сталью труб транспортируемо-
го углеводородного продукта, часто содержащего
в своем составе некоторое количество водорода,
сероводорода, воды. Диссоциированный водород
имеет высокую проникающую способность, поэ-
тому, проникая внутрь металла, повышает в нем
внутренние напряжения [5, 6].
Приведенные воздействия на газопроводы,
приводящие к структурным изменениям металла,
в реальных условиях длительной эксплуатации
выглядят намного сложнее, так как являются ре-
зультатом совместного влияния сразу нескольких
видов. Структурные изменения могут влиять на
прочность труб неоднозначно: на начальных ста-
диях их воздействие, как правило, упрочняет ме-
талл, со временем происходит его разупрочнение
с образованием повреждений, которые могут
стать причиной разрушения металла труб. Неод-
нозначность результата структурных изменений и
многообразие причин, их вызывающих, для ди-
агностирования состояния металла трубопроводов
подземной укладки после длительной эксплуа-
тации требуют использования интегральных стук-
турочувствительных физических методов, способ-
ных распознать в металле наличие процессов, свя-
занных с охрупчиванием и разупрочнением. Од-
ним из таких методов является метод акустичес-
кой эмиссии (АЭ) [7], используемый при иссле-
довании металла в режиме прозвучивания [8]. В
настоящей работе оценку качества металла про-
водили с помощью метода АЭ непосредственно
на трубах действующих газопроводов ДК «Укр-
трансгаз».
Перед проведением АЭ-диагностирования в
соответствии с ДСТУ 4227 необходимо проведе-
ние измерения скорости и затухания сигналов АЭ
[9]. Эту операцию проводили с использованием
имитатора АЭ, позволяющего подвергнуть повер-
хность металла упругому механическому воздейс-
твию с крутым передним фронтом (прямоуголь-
ный импульс). Два преобразователя АЭ устанав-
ливали на расстоянии 3…4 м друг от друга на за-
чищенных до уровня Rz 40 участках вдоль оси
трубопровода. На одной линии с этими преобра-
зователями с внешней стороны на расстоянии
0,3 м от одного из преобразователей располагался
имитатор АЭ. Такая схема позволяет проводить
измерение структурочувствительных параметров
скорости и затухания сигналов АЭ. В работе ис-
пользовали систему АЭ ALine DDM. По парамет-
рам АЭ, зарегистрированным преобразователями–
приемниками АЭ, проводили измерение затуха-
ния волн. По параметрам, характеризующим час-
тотную характеристику АЭ волны и скорость на-
растания переднего фронта импульса АЭ, оцени-
вали степень пластичности металла труб. Резуль-
таты АЭ-контроля по всем обследованным учас-
ткам газопроводов сопоставляли с параметрами
© В. А. Кобзев, Я. С. Марчук, М. П. Андриишин, Е. А. Игуменцев, 2007
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2007 3
контрольного образца трубопровода, имеющего
более 30 % общего коррозионного повреждения,
и параметрами контрольного образца трубы ава-
рийного запаса, находящейся на хранении, защи-
щенной от воздействия внешней среды защитным
изоляционным покрытием, которое в процессе
хранения труб поддерживается в удовлетвори-
тельном состоянии.
Затухание АЭ (n, дБ/м) характеризует умень-
шение амплитуды при распространении АЭ-излу-
чения на контрольном участке. В основе измене-
ния параметра затухания АЭ лежат процессы кор-
розии. Как следует из таблицы, металл всех об-
следованных участков трубопроводов по сравне-
нию с контрольными параметрами 16 и 17 нахо-
дится в удовлетворительном состоянии. Наиболь-
шие параметры затухания зарегистрированы на
участке 5. Визуальное обследование этого участка
обнаруживает слабую адгезию изоляционного
покрытия и наличие наибольшего из всех обсле-
дованных участков поверхностного коррозионно-
го повреждения металла. Наиболее близкие зна-
чения параметра затухания АЭ к значению учас-
тка 5 обнаружены на участках 1, 2, 3, 9, 11 и 13.
Скорость распространения излучения АЭ (v, м/с),
является также структурочувствительным пара-
метром, характеризующим состояние металла
трубопровода. При испытании контрольного об-
разца, имеющего более 30 % коррозионного пов-
реждения, зафиксирована самая большая скорость
распространения АЭ, составляющая 5760 м/с (таб-
лица). Наибольшие значения групповой скорости
распространения АЭ излучения были зафиксиро-
ваны при обследовании участков 1 (4900), 2
(5450), 3 (4300), 5 (3870 м/с), что свидетельствует
об относительно низких соотношениях значений
предела прочности и предела текучести, а поэтому
несколько повышенной склонности к хрупкому
разрушению.
Скорость нарастания переднего фронта им-
пульсов АЭ (v1, дБ/с) характеризует функцию пе-
рехода акустической волны из металла в пьезоэ-
лектрический материал, в котором происходит
преобразование акустических колебаний в коле-
бания электрического сигнала. Скорость нараста-
ния АЭ-сигнала пропорциональна жесткости сис-
темы металл–пьезоэлемент [10].
Коэффициенты корреляции спектра АЭ (Kспек)
обследованных участков газопроводов определя-
ли на основе корреляционного анализа усреднен-
ных спектральных характеристик импульсов АЭ
обследованных участков. Для усреднения исполь-
зовали 60…80 спектральных характеристик, по-
лученных при испытании одного объекта. Корре-
ляционный анализ проводили по отношению к ус-
редненной спектральной характеристике конт-
рольного образца (№ 17), имеющего более 30 %
общего коррозионного повреждения. На форми-
рование спектральных характеристик АЭ-сигна-
лов оказывают влияние совокупность факторов
системы, состоящей из металла труб и преобра-
зователя АЭ. Наибольшая корреляция с контроль-
ным образцом № 17 обнаружена для участков 1,
2, 3, 6, 9 и 11 (таблица).
Каждый из приведенных параметров АЭ ха-
рактеризует различные наборы свойств металла,
отражающие изменения структуры в ходе эксплу-
атации. Для осуществления учета большинства ас-
пектов взаимодействия АЭ-излучения с изменя-
ющимися во времени структурными элементами
металла и особенностями его восприятия прием-
ным преобразователем, может быть использована
обобщенная АЭ-характеристика структурных
свойств металла труб по отношению к металлу
со значительными коррозионными повреждения-
ми (в нашем случае образец № 17 с коррозионным
повреждением, превышающим 30 %). Эта харак-
теристика может быть представлена обобщенным
безразмерным структурным АЭ-критерием
YАЭ = log(kv1/nvс.гKспек),
где k — нормировочный безразмерный коэффи-
циент; vс.г — средняя групповая скорость расп-
ространения АЭ-излучения в металле, м/с.
Диаграмма параметров YАЭ для обследованных
участков представлена на рисунке.
Обобщенный структурный критерий YАЭ поз-
воляет учесть влияние на структурные изменения
металла каждого измеряемого параметра АЭ и ус-
траняет некоторое различие, получаемое при ис-
Параметры АЭ, измеренные на контролируемых участках
газопроводов
Номер
участка n, дБ/м vс.г, м/с v1, м/с Кспек YАЭ
1 11,2 4900 1,92 0,957 1,56
2 8,40 5450 0,69 0,804 1,27
3 10,2 4300 0,60 0,870 1,19
4 0,30 1277 4,35 0,099 5,08
5 15,0 3870 1,60 0,017 3,21
6 5,40 3230 0,95 0,893 1,08
7 0,10 1330 8,16 0,095 5,81
8 2,10 2700 3,00 0,018 4,47
9 13,6 3050 0,80 0,668 1,46
10 0,80 1800 5,50 0,028 5,13
11 8,40 3420 1,17 0,829 1,69
12 2,70 1385 14,06 0,023 5,21
13 12,0 3095 1,67 0,007 3,81
14 1,10 1130 1,85 0,030 4,70
15 0,90 1518 3,30 0,021 5,06
16 6,00 3160 4,80 0,048 3,66
17 32,2 5760 0,26 1,000 0,08
4 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2007
пользовании для оценок каждого параметра в от-
дельности.
Отметим, что в качестве эталона может быть
выбран и неповрежденный материал, например,
металл аварийного запаса, однако значения YАЭ
в этом случае для исследуемых участков могут
отличаться в лучшую сторону или за счет разли-
чия исходных структурных параметров, или за
счет небольшого упрочнения металла на началь-
ной стадии старения.
Применение для оценки структурного состо-
яния металла структурного АЭ-критерия позво-
ляет устанавливать допустимое значение [YАЭ],
характеризующее максимально возможное пов-
реждение структуры металла при эксплуатации.
Достижение этого значения означает, что даль-
нейшая эксплуатация невозможна. Если известна
функция изменения критерия YАЭ во времени (в
ходе эксплуатации газопровода измерения АЭ-па-
раметров проводили несколько раз и по зависи-
мости значений YАЭ от времени определяли
функциональную зависимость), то она может
стать основой прогнозирования ресурса до дос-
тижения значений [YАЭ].
Выводы
На основании анализа структурочувствительных
АЭ-параметров затухания АЭ, средней групповой
скорости распространения АЭ в металле, средней
скорости нарастания переднего фронта АЭ-им-
пульса и коэффициента корреляции частотной ха-
рактеристики системы металл–преобразователь
АЭ по отношению к выбранному эталону для про-
ведения оценки влияния структур-
ных изменений металла при дли-
тельной эксплуатации газопрово-
дов предложен обобщенный
структурный АЭ критерий YАЭ.
В результате проведения АЭ-
контроля металла труб участков
газопроводов обнаружено, что
металл всех обследованных учас-
тков находится в удовлетвори-
тельном состоянии. На участках
1–3, 6, 9 и 11 измеренные пара-
метры АЭ и критерий YАЭ свиде-
тельствуют о наличии в металле
труб начальных процессов охруп-
чивания. При дальнейшей эксплу-
атации на этих участках должны
периодически проводиться рабо-
ты по диагностированию металла
труб.
Предложенный обобщенный
структурный АЭ-критерий YАЭ может быть ис-
пользован для диагностирования предельного
структурного состояния металла по отношению
к установленному допустимому значению [YАЭ].
1. Технічна експлуатація систем захисту від підземної ко-
розії магістральних газопроводів / В. В. Разгонюк, Ю. П.
Гужов, Ю. О. Кузьменко, В. А. Шишківський. — Київ:
Росток, 2000. — 277 с.
2. Фридман Я. Б. Механические свойства материалов. Ч. I.
Деформация и разрушение. — М.: Машиностроение,
1974. — 472 с.
3. Бабич В. К., Гуль Ю. П., Долженков И. Е. Деформацион-
ное старение стали. — М.: Металургия, 1972. — 320 с.
4. Деформационное старение металла труб из стали конт-
ролируемой прокатки / С. Е. Семенов, А. А. Рыбаков,
Л. В. Гончаренко и др. // Техн. диагностика и неразруш.
контроль. — 2005. — № 4. — С. 39–43.
5. Гиренко В. С., Рабкина М. Д., Гиренко С. В. Физико-ме-
ханические изменения в сталях при эксплуатации в во-
дородосодержащих средах // Там же. — 2003. — № 4. —
С. 18–23.
6. Обоснование методов обследования и выбор мест шур-
фовки магистральных газопроводов / Б. Е. Патон, А. Я.
Недосека, С. К. Фомичев, М. А. Яременко // Там же. —
1999. № 1. — С. 3–12.
7. Комаровский А. А. Диагностика разрушений // Там же.
— 2003. — № 1. — С. 14–16.
8. Оценка поврежденности металла действующих газопро-
водов методом АЭ-сканирования / А. А. Лебедев, А. Я.
Недосека, Н. Г. Чаусов, С. А. Недосека // Там же. —
2001. — № 1. — С. 8–12.
9. ДСТУ 4227–2003. Настанови щодо проведення акустико-
емісійного діагностування об’єктів підвищеної небезпе-
ки.
10. Грешников В. А., Дробот Ю. М. Акустическая эмиссия.
Применение для испытаний материалов и изделий. —
М.: Из-во стандартов, 1976. — 272 с.
ДК «Укртрансгаз», Киев
Украинская инж.-педагогическая академия, Харьков
ОАО «УкрНИИхиммаш», Харьков
Поступила в редакцию
08.08.2006
Диаграмма обобщенного структурного АЭ-критерия YАЭ, рассчитанного для обс-
ледуемых участков газопроводов по отношению к эталону (участок № 17) с общим
коррозионным повреждением более 30 %
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2007 5
|