О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре

Рассмотрены вопросы применения на основе метода акустической эмиссии (АЭ) непрерывного мониторинга трубопроводов горячего промперегрева пара в процессе эксплуатации с прогнозированием разрушающей нагрузки. Проанализированы возможности внедрения АЭ метода для непрерывного мониторинга паропроводов эне...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Патон, Б.Е., Лобанов, Л.М., Недосека, А.Я., Недосека, С.А., Яременко, М.А., Гладышев, Ю.И., Бешун, В.М., Бычков, А.В., Гайдукевич, А.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103584
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре / Б.Е. Патон, Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А. Яременко, Ю.И. Гладышев, В.М. Бешун, А.В. Бычков, А.М. Гайдукевич// Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 3. — С. 7-14. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-103584
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1035842016-06-21T03:02:49Z О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре Патон, Б.Е. Лобанов, Л.М. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Яременко, М.А. Гладышев, Ю.И. Бешун, В.М. Бычков, А.В. Гайдукевич, А.М. Научно-технический раздел Рассмотрены вопросы применения на основе метода акустической эмиссии (АЭ) непрерывного мониторинга трубопроводов горячего промперегрева пара в процессе эксплуатации с прогнозированием разрушающей нагрузки. Проанализированы возможности внедрения АЭ метода для непрерывного мониторинга паропроводов энергоблока № 1 Киевской ТЭЦ-6. Исследованы акустические свойства материала паропроводов. Проведены предварительные АЭ высокотемпературные исследования материала паропроводов. Выполнены монтаж и испытания системы непрерывного АЭ мониторинга, запуск ее в режим опытной эксплуатации, коррекция настроек на основе полученных результатов измерений. Показано, что прогнозируемая системой непрерывного АЭ мониторинга разрушающая нагрузка определяется с достаточной для практики точностью. Представлена схема контроля и особенности практического применения системы. The paper deals with the issues of application on the basis of acoustic emission method (AE) of continuous monitoring of hot reheat steam piping during operation with breaking load prediction. Capabilities of introduction of AE method for continuous monitoring of steam piping of a power unit of Kiev TPP have been analyzed. Acoustic properties of steam piping material have been studied. Preliminary high-temperature AE studies of steam piping material have been conducted. Mounting and testing of continuous AE monitoring system, its commissioning in test operation mode, and correction of settings based on obtained measurement results have been performed. It is shown that breaking load predicted by continuous AE monitoring system is determined with accuracy sufficient for practical purposes. Schematic of monitoring and features of practical application of the system are presented. 2014 Article О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре / Б.Е. Патон, Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А. Яременко, Ю.И. Гладышев, В.М. Бешун, А.В. Бычков, А.М. Гайдукевич// Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 3. — С. 7-14. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103584 621.19.40 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	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Патон, Б.Е. Лобанов, Л.М. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Яременко, М.А. Гладышев, Ю.И. Бешун, В.М. Бычков, А.В. Гайдукевич, А.М. О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Рассмотрены вопросы применения на основе метода акустической эмиссии (АЭ) непрерывного мониторинга трубопроводов горячего промперегрева пара в процессе эксплуатации с прогнозированием разрушающей нагрузки. Проанализированы возможности внедрения АЭ метода для непрерывного мониторинга паропроводов энергоблока № 1 Киевской ТЭЦ-6. Исследованы акустические свойства материала паропроводов. Проведены предварительные АЭ высокотемпературные исследования материала паропроводов. Выполнены монтаж и испытания системы непрерывного АЭ мониторинга, запуск ее в режим опытной эксплуатации, коррекция настроек на основе полученных результатов измерений. Показано, что прогнозируемая системой непрерывного АЭ мониторинга разрушающая нагрузка определяется с достаточной для практики точностью. Представлена схема контроля и особенности практического применения системы.
format	Article
author	Патон, Б.Е. Лобанов, Л.М. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Яременко, М.А. Гладышев, Ю.И. Бешун, В.М. Бычков, А.В. Гайдукевич, А.М.
author_facet	Патон, Б.Е. Лобанов, Л.М. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Яременко, М.А. Гладышев, Ю.И. Бешун, В.М. Бычков, А.В. Гайдукевич, А.М.
author_sort	Патон, Б.Е.
title	О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре
title_short	О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре
title_full	О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре
title_fullStr	О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре
title_full_unstemmed	О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре
title_sort	о применении аэ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103584
citation_txt	О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре / Б.Е. Патон, Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А. Яременко, Ю.И. Гладышев, В.М. Бешун, А.В. Бычков, А.М. Гайдукевич// Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 3. — С. 7-14. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT patonbe oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature AT lobanovlm oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature AT nedosekaaâ oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature AT nedosekasa oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature AT âremenkoma oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature AT gladyševûi oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature AT bešunvm oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature AT byčkovav oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature AT gajdukevičam oprimeneniiaétehnologiiprinepreryvnommonitoringetruboprovodovénergetičeskihkompleksovrabotaûŝihprivysokojtemperature
first_indexed	2025-07-07T14:06:00Z
last_indexed	2025-07-07T14:06:00Z
_version_	1836997321239298048
fulltext	7ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2014 УДК 621.19.40 О ПРИмЕНЕНИИ АЭ ТЕхНОЛОгИИ ПРИ НЕПРЕРЫВНОм мОНИТОРИНгЕ ТРУБОПРОВОДОВ ЭНЕРгЕТИчЕСКИх КОмПЛЕКСОВ, РАБОТАЮщИх ПРИ ВЫСОКОй ТЕмПЕРАТУРЕ Б. Е. ПАТОН, Л. М. ЛОБАНОВ, А. Я. НЕДОСЕКА, С. А. НЕДОСЕКА, М. А. ЯРЕМЕНКО ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Ю. И. ГЛАДЫШЕВ, В. М. БЕШУН, А. В. БЫЧКОВ, А. М. ГАЙДУКЕВИЧ СВП «Киевские ТЭЦ» ПАО «Киевэнерго». 01001, г. Киев, пл. И. Франко, 5. E-mail: kanf@kievenergo.com.ua Рассмотрены вопросы применения на основе метода акустической эмиссии (АЭ) непрерывного мониторинга трубо- проводов горячего промперегрева пара в процессе эксплуатации с прогнозированием разрушающей нагрузки. Про- анализированы возможности внедрения АЭ метода для непрерывного мониторинга паропроводов энергоблока № 1 Киевской ТЭЦ-6. Исследованы акустические свойства материала паропроводов. Проведены предварительные АЭ вы- сокотемпературные исследования материала паропроводов. Выполнены монтаж и испытания системы непрерывного АЭ мониторинга, запуск ее в режим опытной эксплуатации, коррекция настроек на основе полученных результатов измерений. Показано, что прогнозируемая системой непрерывного АЭ мониторинга разрушающая нагрузка определя- ется с достаточной для практики точностью. Представлена схема контроля и особенности практического применения системы. Библиогр. 21, табл. 1, рис. 6. К л ю ч е в ы е с л о в а : акустическая эмиссия, непрерывный мониторинг, трубопровод, высокие температуры, прогноз, энергоблок, разрушающая нагрузка Трубопроводы, работающие в условиях высо- ких температур, являются промышленными объ- ектами повышенной опасности. В процессе экс- плуатации металл, из которого они изготовлены, накапливает повреждения, которые вызваны, в частности, нарушением эксплуатационных ре- жимов, изменяющимися нагрузками, коррозион- ными и химическими процессами и рядом дру- гих факторов. Как правило, прямой зависимости между сроком эксплуатации трубопровода и сте- пенью его поврежденности не существует, доста- точно трудно также разделить поврежденность, вызванную действием каждого из определяющих факторов. В связи с этим наиболее перспективной представляется интегральная оценка поврежденно- сти материала, без детализации факторов, вызвав- ших повреждения, главной задачей которой являет- ся предотвращение аварий. Независимо от причин возникновения аварий, их последствия могут быть весьма серьезными, поэтому для обеспечения на- дежной эксплуатации конструкций становится ак- туальным непрерывный контроль работоспособ- ности и ее прогнозирование на период времени, необходимый для предотвращения опасности. Это во многом объясняется тем, что расчеты несущей способности конструкций и конструк- тивных элементов, обеспечивающие достаточную эксплуатационную их надежность, затруднены по ряду причин, важнейшими из которых являются: − недостаточная изученность, неполнота либо недостоверность исходных данных для выполне- ния расчетов; − сложность, а чаще невозможность оператив- ного получения в процессе эксплуатации данных о текущем состоянии конструкций, особенно при сложном нагружении; − опасность, а иногда и невозможность прове- дения экспериментов с целью определения несу- щей способности; − недоступность в некоторых случаях объектов с целью проведения надежного неразрушающего контроля. Вследствие этого в любой, даже прошедшей те- кущие испытания, конструкции существуют про- блемные области, обоснование эксплуатационной на дежности которых, особенно после длительной эксплуатационной наработки, является достаточно сложным, а иногда просто невозможным. Эффективным средством для решения задачи обеспечения эксплуатационной на дежности кон- струкций является создание информационно-из- мерительных систем, позволяющих оценить ее еще на стадии испытаний в условиях предстоя- щей эксплуатации, а также контролировать рабо- тоспособность этой конструкции непосредствен- но в процессе работы. Современное развитие средств вычислитель- ной техники, радиоэлектроники, прикладной ма- © Б. Е. Патон, Л. м. Лобанов, А. Я. Недосека, С. А. Недосека, м. А. Яременко, Ю. И. гладышев, В. м. Бешун, А. В. Бычков, А. м. гайдукевич, 2014 8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2014 тематики, техники испытаний, науки о прочности материалов и механики сплошной среды позволя- ют на достаточно высоком уровне решить задачу непрерывного контроля работоспособности кон- струкций в процессе эксплуатации. Для работы информационно-измерительных систем необходимо регулярное получение опера- тивных данных, прежде всего о состоянии узлов конструкции и различного рода дефектов, которые накапливаются при эксплуатации. При наличии данных о конструкции и соответствующей обра- ботки этой информации можно оценивать ее несу- щую способность оперативно, в реальном режиме времени. Это, в частности, дает возможность полу- чить большие технические и экономические выгоды в тех областях техники, где из-за незнания истинных эксплуатационных нагрузок, истинного состояния материала конструкции, изменяющегося в процессе ее эксплуатации, могут возникнуть существенные ошибки при назначении рабочих параметров. В настоящее время достаточно широко при- меняются автоматические системы управления на основе наблюдения за ходом технологических процессов, связанных с переработкой, получени- ем или использованием в энергетических циклах тех или иных продуктов. В то же время контро- лю состояния конструкций, используемых для осуществления этих процессов, уделяется значи- тельно меньше внимания. Как правило, оценка работоспособности конструкции проводится при регламентированной остановке процесса произ- водства, с выполнением ряда технологических операций по обеспечению технической возмож- ности контроля. чаще всего провести 100%-ный контроль конструкции не удается из-за чрезвы- чайно большого объема и стоимости работ, свя- занных с его выполнением. Как правило, для контроля выбираются лишь отдельные участки, которые не всегда соответствуют наиболее повре- жденным местам конструкции. Для решения задачи контроля конструкций может быть с успехом использован метод АЭ, возникающей в материалах при критическом сочетании некоторых факторов воздействия, при- водящим к появлению или развитию дефектов. Особенностью метода является возможность кон- тролировать состояние материала на больших расстояниях от мест размещения датчиков, вы- полнять малым числом датчиков контроль круп- ных промышленных объектов, в том числе слож- ной геометрии и на участках, доступ к которым затруднен (подземных, покрытых изоляцией). Рас- смотрим, как можно применить и какие получить результаты с использованием метода АЭ при не- прерывном контроле высокотемпературных узлов тепловых станций. Как известно, разрушение материалов энер- гетических установок, работающих в услови- ях ползучести при высоких температурах, ха- рактеризуется возникновением и развитием на границах зерен сначала микротрещин, затем по- степенным превращением их в поры с после- дующим слиянием пор и образованием маги- стральной трещины, приводящей к разрушению материала [1–8]. На рис. 1 представлен график накопления пор в процессе эксплуатации стали 12х1мФ, доста- точно широко применяемой в системах трубопро- водов тепловых станций. Из графика видно, что чем больше приближа- ется время эксплуатации к критическому (tk), тем большее количество образуется в металле пор, которые, соединяясь, в конечном счете образу- ют магистральную трещину. Изменение рабочей температуры в рассмотренных авторами пределах [2] незначительно влияет на механизм порообра- зования. В то же время величина относительно- го изменения удлинения стали 12х1мФ зависит от температуры и чем выше рабочая температура, тем выше относительное удлинение. Рис. 1. Повреждаемость порами при ползучести (а: 1 – 550; 2 – 573; 3 – 600; 4 – 625 °С) и ползучесть стали 12х1мФ (б: 1 – 550; 2 – 625 °С) [2] 9ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2014 Испытание материалов с применением мето- да АЭ показало, что образование и слияние пор в процессе разрушения материала при высоких тем- пературах происходит также дискретно, как и при нормальных. На рис. 2 представлен график испы- тания стали 15х1м1Ф при температуре 560 °С. график демонстрирует явно выраженный дискрет- ный характер развития процесса разрушения ма- териала при этой температуре. Исследования раз- рушения материалов при растяжении в диапазоне температур 350…915 °С показали те же результаты. Следовательно, методика АЭ контроля может быть использована и при оценке состояния материа- лов, работающих при высоких температурах [9–12]. На графике рис. 2: P – растягивающая образец на- грузка (синяя кривая); А – амплитуда АЭ сигналов, возникающих при разрушении материала (зеленая) и Rt – АЭ параметр «райс тайм», характеризующий «жесткость» процесса разрушения (розовая). Из гра- фика видно, что с ростом наг рузки интенсивность разрушения материала и его жесткость изменяют- ся в широких пределах. Это свидетельствует о явно выраженном дискретном характере разрушения и о влиянии на него постоянно изменяющегося упроч- нения материала [13]. Изложенные выше рассуждения в полной мере относятся к материалам труб и, в частности, паро- проводов, работающих в условиях высоких тем- ператур, например, на предприятиях теплоэнер- гетического комплекса. Проводимые в последнее время исследования показали возможность и эф- фективность применения метода АЭ в условиях высоких температур, в том числе промышленного применения на действующих трубопроводах те- пловых станций. Первичным в цепи этапов обеспечения надеж- ности конструкций и оборудования в процессе эксплуатации должен служить их непрерывный мониторинг, получение непрерывного потока ин- формации об их состоянии. С учетом позитивных результатов предварительно проведенных иссле- дований и уже имеющегося опыта промышлен- ного применения и существующей методики кон- троля [14–16], было принято решение о создании системы непрерывного АЭ мониторинга трубо- провода горячего промперегрева пара киевской станции ТЭЦ-6. Система была установлена на трубопроводе с диаметром труб 630 мм и толщиной стенки 25 мм. материал труб – сталь 15х1м1Ф. Всего установ- лено 16 АЭ датчиков (на двух нитках трубопрово- да длиной по 120 м каждая). Учитывая высокую температуру, при которой ра- ботает трубопровод, датчики устанавливали на вол- новодах длиной 500 мм (рис. 3). Расстояние между АЭ датчиками составляет 20 м. Кроме того, датчика- ми 15 и 16 выполняется контроль соединительного трубопровода диаметром 370 мм и с толщиной стен- ки 17 мм, выполненный из стали 12х1мФ. В соответствии с техническими требовани- ями и представленными в техническом задании схемами выполнены монтаж системы непрерыв- ного мониторинга, ее подключение к энерго- снабжению и компьютерной сети предприятия. Выполнены необходимые подготовительные ме- роприятия для запуска в опытную эксплуатацию. Выполнено под ключение аппаратурного и управ- ляющего блоков в общую сеть контроля; система непрерывного мониторинга была запущена в ре- жим опытной эксплуатации. Основными задачами при прохождении систе- мой непрерывного мониторинга периода опытной эксплуатации является установление оптималь- ных настроечных параметров, режимов эксплуа- тации системы, особенностей, связанных с рабо- той системы на данном объекте, а также устранение выявленных неполадок. Контроль в период опыт- ной эксплуатации является периодически-непре- рывным. Это означает, что система периодически должна запускаться в режиме непрерывного мо- ниторинга и периодически проводят разовые ис- пытания объектов контроля. Контроль, как непрерывный, так и периодиче- ский, выполнялся, в частности, на рабочих режи- Рис. 2. Испытание на растяжение образца из стали 15х1м1Ф при температуре 560 °С 10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2014 мах трубопровода при давлении пара в трубе, рав- ном 22 ат, температуре пара 542 °С. В процессе испытаний системой мониторинга автоматически определяли места повышенной опасности и вы- полняли прогноз разрушающей нагрузки [17, 18]. Работы по запуску смонтированной системы в эксплуатацию начали с прозвучивания подкон- трольных участков трубопроводов импульсными сигналами от специального генератора для того, чтобы убедиться в необходимой чувствительности системы и наличии акустической связи между со- седними датчиками АЭ. Предварительные тесты показали высокую чувствительность системы, что сделало возможным сформировать так назы- ваемые локационные антенны из групп датчиков, установленных на смежных участках трубопро- водов, обеспечивающих нужный акустический контакт. Таким образом, сформированы три аку- стические антенны, в которые входят следующие датчики (номера каналов по схеме подключения к АЭ прибору): антенна 1 – номера с 1 по 7; 2 – с 8 по 14; 3 – 15 и 16. Учитывая конфигурацию расположения дат- чиков, для всех трех антенн выбран линейный режим локации. Для поступающей информации, идентифицируемой как события АЭ, предусмо- трен кластерный анализ, позволяющий объеди- нять события по координатному и ряду других признаков. Применение такого подхода для ре- альных конструкций, особенно при сложной гео- метрии объектов и в условиях наличия помех, яв- ляется очень эффективным [19, 20]. При наличии существенного разброса в определенных коорди- натах событий, с высокой вероятностью принад- лежащих к одному и тому же процессу в материале, объединение их в кластер позволяет наиболее точно указать место возникновения их источника. Особенно это важно для тех участков трубопро- вода, доступ к которым по техническим причинам невозможен. Необходимо учи- тывать, что оборудование промышлен- ных предприятий является источником акустических и электромагнитных по- мех, которые могут влиять на качество передаваемой при мониторинге инфор- мации. Дополнительными источниками помех могут послужить проводимые ря- дом с объектами контроля ремонтные, монтажные, сварочные и другие виды работ. Для решения этих вопросов были созданы специальные программы, по- зволяющие максимально снизить влия- ние шумового фона на работу основного алгоритма, используемого при контроле. Испытания начаты в холодный сезон, при рабочих параметрах работы трубо- проводов и продолжены после их разгрузки. Уже предварительные данные показали высокую инфор- мативность метода, но и определенные проблемы в настройке системы в условиях высоких технологи- ческих шумов. Сначала происходило тестирование и установ- ка аппаратных режимов, т. е. таких, которые непо- средственно влияют на получение информации и не могут быть изменены во время компьютерной повторной обработки полученных данных. Пре- жде всего были протестированы режимы работы с различными коэффициентами усиления и уста- новлено, что оптимальные данные АЕ получены при работе в логарифмическом режиме усилите- лей, в котором они предварительно и настроены работать. Следующие тесты касались уровня и типа порогов амплитудной дискриминации. Учи- тывая данные первичных испытаний и высокий уровень шумов самого объекта контроля, уста- новлено, что оптимальными настройками поро- гов являются плавающие, т. е. порог автомати- чески меняется вслед за общим уровнем шума, зафиксированным конкретным датчиком. Опти- мальный плавающий порог должен незначитель- но превышать текущий уровень шума на датчике. Коррекция величины порога происходит каждые 30 с. При таких настройках была обеспечена нуж- ная чувствительность измерений, но поток инфор- мации с учетом значительных шумов поступал слишком высокий, поэтому возник вопрос дополни- тельной фильтрации данных, который был решен на основе дополнительных тестов на объекте и анализа данных испытаний образцов из материалов – анало- гов в условиях высоких температур [3–5]. В частно- Рис. 3. Установка АЭ датчиков (а) на трубопроводе: датчик 1 в специаль- ном коробе, установленом на приваренном к трубопроводу волноводе 2; соединительный кабель в гибкой изоляции 3 (б), в жестком коробе 4 (в) 11ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2014 сти, рассмотрена эффективность фильтрации по та- ким параметрам сигналов АЭ как амплитуда и время нарастания (райс тайм) [19]. Предварительными результатами по использо- ванию фильтрации показано следующее: – применение фильтрации по амплитуде при- водит к снижению количества событий АЭ, кото- рые попадают в сложившиеся кластеры. Соответ- ственно уровни предупреждений снижаются; – при применении фильтрации по амплиту- де отбраковывается часть событий АЭ, соответ- ствующих истинным источникам АЭ в материале трубопроводов; – при подъеме нижней границы фильтра по ам- плитуде выше 60…65 дБ события АЭ отбраковы- ваются почти полностью, при установке ее ниже 55 дБ фильтр не является эффективным; – в настройках мониторинга эффективно может быть использован фильтр по параметру «райс тайм»; – фильтрация по данному параметру приво- дит к снижению уровня предупреждений, при этом активные источники АЭ формируют кла- стеры и могут быть четко выделены из общего шумового фона; – аналогичным образом были проанализирова- ны возможность и эффективность фильтрации по длительности, частоте, скорости сигналов АЭ и выбраны оптимальные полосы фильтрации, обе- спечивающие достаточность информации для по- иска опасных мест и генерирования соответству- ющих предупреждений. Поскольку после перехода к штатной эксплуатации предполагается использо- вать прогнозирование разрушающей нагрузки по Рис. 4. АЭ активность трубопровода в рабочем состоянии через 1 ч от начала контроля при первоначальных настройках систе- мы (а), без использования фильтров (б) Рис. 5. Состояние АЭ активности двух ниток трубопровода в рабочем состоянии через 13 ч 13 мин (антенна 1) (а) и 6 ч 22 мин (антенна 2) (б) от начала контроля (сверху в таблице представлены величины прогнозируемой предельной нагрузки) 12 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2014 данным АЭ, на полученных данных выполнены проверки задействованных в системе алгоритмов прогнозирования. При этом прогноз и предупре- ждение об опасности происходит согласно приве- денным таблицам. Расчет прогнозной разрушаю- щей нагрузки выполняется автоматически. Действия персонала в соответствии с показате- лями индикатора опасности во время непрерывно- го мониторинга регламентируются таблицей. Тестовые испытания смонтированной системы проводили в стандартном режиме непрерывного мониторинга и в виде разовых испытаний. Стан- дартный режим предусматривает автоматическое сохранение файлов продолжительностью 30 мин с последующим началом записи нового файла. Такой режим, с одной стороны, позволяет лег- ко находить на жестком диске управляющего ком- пьютера данные за нужное время и гарантиро- вать надежность хранения информации, меньше нагружать процессор компьютера и оперативную память. С другой стороны, система является до- статочно надежной для получения и хранения в едином файле значительных объемов информа- ции. Одним из показателей надежности системы является обеспеченность запаса мощности ком- пьютера для обработки и хранения больших, чем при стандартных испытаниях, объемов данных. Поэтому было проведено несколько тестов, самый длительный из которых предусматривал непре- рывный анализ информации и запись ее в единый файл в течение суток, и еще нескольких файлов продолжительностью более 10 ч. На рис. 4 представлены некоторые элементы окна программы, выполняющей мониторинг, по- сле 1 ч контроля трубопровода в рабочем состо- янии при первоначальных, стандартных настрой- ках системы. Представленные на схеме столбики отражают места концентрации АЭ событий в ка- ждом контролируемом кластере. Цифры на флаж- ках показывают количество АЭ событий в класте- ре, цвет флажков указывает на степень опасности протекающего в кластере процесса разрушения. Над схемой кластеров в окне прогнозирования в специальной таблице для трех антенн, контроли- рующих всю систему трубопроводов, представле- на цветом опасность ситуации на определенном участке трубопровода в данный момент времени. Показаны координаты наиболее опасных мест на всем трубопроводе общей длиной 240 м (по ан- теннам 1, 2) и прогнозируемые разрушающие давления в этих местах трубопровода. Антенна 3 контролирует участок трубопровода из стали 12х1мФ длиной 20 м диаметром 377 мм с толщи- ной стенки 17 мм. В нижней части экранов приведены мгновен- ные значения непрерывной эмиссии, регистри- руемой каждым контролирующим АЭ датчиком. Интенсивность эмиссии ранжирована высотой столбца и цветом. Рис. 6. Схема трубопровода гПП с местами повышенной АЭ активности (цифрами указаны номера АЭ датчиков, крести- ками – технологические отметки) Действия персонала при различных показаниях индикатора опасности Уровень предупреждения Цвет индикатора Действия персонала 1 Зеленый Штатный режим. Продолжить эксплуатацию. 2 Желтый Внимание. При появлении прогнозируемого разрушающего уровня давления и превышении его над рабочим более чем в два раза – про- должить эксплуатацию. 3 Оранжевый Оценить прогнозируемый разрушающий уровень давления по пока- заниям индикатора. При превышении прогнозируемого уровня над рабочим менее чем в два раза повысить внимание. При уменьшении прогнозируемого давления до 1,3 от рабочего – остановить эксплуата- цию. Провести дополнительную проверку проблемного узла. 4 Красный пульсирующий Остановить эксплуатацию. После появления прерывистого звукового сигнала немедленно снизить нагрузку. Примечание. Данные таблицы получены для аппаратуры с техническими характеристиками ЕмА 3.9 13ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2014 Отметим, что данные на рис. 4 были получе- ны до оптимизации настроек, в связи с чем пред- ставленная информация, включая показания ин- дикаторов и результаты прогноза разрушения, рассматривалась как первоначальный этап для дальнейшей калибровки системы. Полученные результаты важны самим наличием АЭ данных и принципиальной возможностью обеспечить инди- кацию опасности, прогноз разрушения, чтобы за- тем на этой основе выполнить необходимую кор- рекцию настроек системы таким образом, чтобы результаты соответствовали физическому состоя- нию контролируемого материала. На рис. 5 схематически приведена часть тру- бопровода, контролируемая антенной 1 и 2 (нит- ка № 1 и 2 длиной по 120 м). Показаны датчики, начиная от 1 до 14. Ниже показана условная шка- ла расстояний от 0 до 100 м на каждом участке. Представленные на рис. 5 данные получены после детального исследования влияния помех и техно- логических шумов на результаты мониторинга. На основании данных мониторинга и высокотемпера- турных испытаний образцов были получены данные о наиболее эффективных способах фильтрации по параметрам получаемых событий АЭ, затем к уже полученным данным применены соответствующие фильтры. Проведена также необходимая коррекция настроек прогноза разрушения. Представленные на рис. 5 данные являются весьма показательными, поскольку запись АЭ с соответствующим анализом и прогнозом разру- шения велась достаточно длительное время, что послужило дополнительной проверкой работоспо- собности системы в целом при достаточно боль- ших потоках вводной информации, а также пра- вильности выбранных настроек. Как видим, АЭ активность материала при его деформировании имеет различные значения в разных точках трубопроводов. Система монито- ринга выбирает наиболее слабые места и автома- тически, в реальном времени рассчитывает про- гнозную разрушающую нагрузку. Наибольшая АЭ активность соответствует участку между 8 и 12 датчиками. Первая и вто- рая антенны показывают координаты 63 и 51 м с наибольшей АЭ активностью. В то же время про- гнозируемые разрушающие нагрузки в несколько раз превышают рабочие нагрузки, что свидетель- ствует о возможности дальнейшей эксплуатации трубопровода этих ниток (цвет желтый). Антен- на 3 контролирует участок трубопровода, нахо- дящийся в худших условиях по сравнению с 1 и 2 участками. В этом случае на участке трубы на расстоянии примерно 10 м от ее начала прогно- зируемая разрушающая нагрузка примерно в два раза превышает рабочую, в то время как участ- ки 1 и 2 показывают, что разрушающая нагруз- ка превышает рабочую примерно в четыре раза (цвет зоны 3 оранжевый). Для повышения надежности в принятии ре- шения о необходимости остановки и вывода из эксплуатации конструкций по данным контро- ля установлены коэффициенты запаса по про- гнозируемой разрушающей нагрузке. При этом чем большая разница между прогнозируемой и рабочей нагрузкой, тем меньший коэффициент запаса устанавливает система. С уменьшением отношения Pраб./Рпрог. коэффициент запаса авто- матически увеличивается. На рис. 6 представлена схема контролируемых ниток трубопровода с отмеченными местами по- вышенной АЭ активности. Зелеными квадратами указаны участки, в которых ранее предприятие проводило плановый неразрушающий контроль и дефекты обнаружены не были (темно-зеленый – 2013 г., светло-зеленый – 2009 г.). Желтыми и оранжевыми эллипсами разной интенсивности показаны участки повышенной акустической ак- тивности, для которых системой сгенерированы предупреждения 1 и 2 уровня в соответствии с таблицей. Отметим, что в числе обнаруженных потенци- ально опасных участков есть такие, доступ к ко- торым затруднен и проведение контроля другими методами требует серьезных затрат времени. Это еще раз подтверждает правильность выбора мето- да АЭ для непрерывного мониторинга трубопро- водов промперегрева. Дополнительная эффективность работы си- стемы мониторинга достигается также наличи- ем удаленного доступа посредством сети Интер- нет. Имеется накопленный положительный опыт [16] авторского надзора специалистами ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ по результатам непре- рывного АЭ мониторинга, создания интегрирую- щих информационных систем, объединяющих ре- зультаты мониторинга разных объектов на одном экране и проводящих их совместный анализ. Сегодня имеются все необходимые аппаратур- ные, программные и организационные средства для оснащения оборудования энергетической от- расли системами непрерывного АЭ мониторинга, а их использование является [15] источником обе- спечения безопасной эксплуатации и повышения рентабельности работы предприятий [21]. Выводы Разработана и внедрена в опытную эксплу- атацию система непрерывного АЭ мониторин- га паропроводов горячего промперегрева пара энергоблока № 1 киевской ТЭЦ-6. Исследованы акустические свойства материала паропроводов. Проведены предварительные АЭ высокотемпера- турные исследования материала паропроводов. 14 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2014 Разработанная методика позволяет на осно- ве данных АЭ в реальных условиях эксплуатации конструкций в любой момент времени и независи- мо от объема наработки и колебаний температуры определять разрушающую нагрузку материала кон- струкции. Прогнозируемая системой непрерывного АЭ мониторинга разрушающая нагрузка определя- ется с достаточной для практики точностью. С целью обеспечения запаса по времени при принятии решения о состоянии контролируемого объекта, для прогнозируемой разрушающей на- грузки установлены коэффициенты запаса, опре- деляемые системой мониторинга автоматически в зависимости от степени опасности развивающих- ся в материале деструктивных процессов. Представлены схема контроля и особенности практического применения системы мониторинга. Примененные методика и технология позволяют определять координаты участков объекта контро- ля с минимальным значением разрушающей на- грузки. Удаленный доступ позволяет посредством сети Интернет выполнять авторский надзор за ра- ботой системы. 1. Березина Т. Г. Исследование закономерностей развития разрушения при пол зучести теплоустойчивых сталей // Пробл. прочности. – 1985. – № 8. – С. 48–52. 2. Березина Т. Г., Бугай Н. В., Трунин И. И. Диагностиро- вание и прогнозирование долговечности металла тепло- энергетических установок. – Киев: Техніка, 1991. – 120 с. 3. Исследование АЭ характеристик стали 12х18Н10Т при температуре 560 °С. Сообщение 1. методика и некото- рые результаты / А. Я. Недосека, С. А. Недосека, А. А. грузд и др. // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 2011. – № 1. – С. 13–19. 4. Исследование АЭ характеристик материалов при высо- ких температурах. Сообщение 1. методика / Л. м. Ло- банов, А. Я. Недосека, С. А. Недосека и др. // Там же. – 2009. – № 1. – С. 5–10. 5. Исследование АЭ характеристик материалов при высо- ких температурах. Сообщение 2 / Л. м. Лобанов, А. Я. Недосека, С. А. Недосека и др. // Там же. – 2009. – № 4. – С. 5–13. 6. Куманин В. И., Ковалева Л. А., Алексеев С. В. Долговеч- ность металла в условиях ползучести. – м.: металлур- гия, 1988. – 202 с. 7. Минц И. И., Березина Т. Г., Ходыкина Л. Е. Исследование тонкой структуры и процесса образования пор в стали 12х1мФ при ползучести // Физ. металлов и металлове- дение. – 1974. – 37, вып. 4. – С. 823–876. 8. Тайра С., Отани Р. Теория высокотемпературной проч- ности материалов. – м.: металлургия, 1986. – 279 с. 9. Модель накопления повреждений в металлических мате- риалах при статическом растяжении / А. А. Лебедев, Н. г. чаусов, С. А. Недосека, И. О. Богинич // Пробл. проч- ности. – 1995. – № 7. – C. 31–40. 10. Недосека С. А. Объектный подход к решению задач меха- ники несплошной среды и прогнозированию состояния материалов // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 1998. – № 1. – С. 13–21. 11. Недосека С. А. Прогноз разрушения по данным акусти- ческой эмиссии // Там же. – 2007. – № 2. – С. 3–9. 12. Недосека С. А., Недосека А. Я. Комплексная оценка по- врежденности и остаточного ресурса металлов с эксплуа- тационной наработкой // Там же. – 2010. – № 1. – С. 9–16. 13. Мортон К. Смит. Основы физики металлов. – м.: ме- таллургиздат, 1962. – 456 с. 14. Акустическая эмиссия и ресурс конструкций: Теория, методы, технологии, средства, применение / Б. Е. Патон, Л. м. Лобанов, А. Я. Недосека и др. – Киев: Индпром, 2012. – 312 с. 15. Недосека А. Я., Недосека С. А., Яременко М. А. Непре- рывный мониторинг магистральных газопроводов и га- зокомпрессорных станций методом акустической эмис- сии // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 2011. – № 4. – С. 3–13. 16. Опыт ИЭС им. Е. О. Патона в области акустико-эмисси- онного контроля / Б. Е. Патон, Л. м. Лобанов, А. Я. Недо- сека и др. // Там же. – 2012. – № 1. – С. 7–22. 17. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностики сварных конструкций / Под ред. Б. Е. Патона. – Киев: Индпром, 2008. – 812 с. 18. Структура, повреждаемость и свойства гибов паропро- водов после длительной эксплуатации / П. И. минц, Т. г. Березина, Л. Е. ходыкина и др. // Теплоэнергетика. – 1981. – № 10. – С. 49–51. 19. Недосека С. А., Недосека А. Я., Овсиенко М. А. Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их коорди- нат // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 2011. – № 2. – С. 5–14. 20. Недосека С. А., Овсиенко М. А. Особенности обработки данных акустической эмиссии для сложных и множе- ственных локационных антенн // Там же. – 2012. – № 2. – С. 7–12. 21. ТУ 14-3-460: 2009/ТУ 27.2-05757883-207:2009. Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопро- водов. The paper deals with the issues of application on the basis of acoustic emission method (AE) of continuous monitoring of hot reheat steam piping during operation with breaking load prediction. Capabilities of introduction of AE method for continuous monitoring of steam piping of a power unit of Kiev TPP have been analyzed. Acoustic properties of steam piping material have been studied. Preliminary high-temperature AE studies of steam piping material have been conducted. Mounting and testing of continuous AE monitoring system, its commissioning in test operation mode, and correction of settings based on obtained measurement results have been performed. It is shown that breaking load predicted by continuous AE monitoring system is determined with accuracy sufficient for practical purposes. Schematic of monitoring and features of practical application of the system are presented. 21 References, 1 Table, 6 Figures. K e y w o r d s : acoustic emission, continuous piping monitoring, breaking load prediction Поступила в редакцию 04.06.2014

О применении АЭ технологии при непрерывном мониторинге трубопроводов энергетических комплексов, работающих при высокой температуре

Institution

Ähnliche Einträge