Неразрушающая диагностика трубопроводов: выбираем оптимальный метод
Современные технологии и материалы позволяют существенно продлить срок службы нефте- и газопроводов. Однако, как говорится, «доверяй, но проверяй». Даже в самой прочной трубе рано или поздно появятся повреждения. И здесь главная задача ― вовремя их выявить. Благо, что сейчас есть оборудование, которое позволит «заглянуть внутрь трубы», не разрезая её. Речь идёт о неразрушающих методах диагностики трубопроводов.
Износ трубопровода: определяем факторы риска
При диагностике трубопроводов нужно учесть множество факторов риска. Некоторые повреждения не получится разглядеть невооруженным глазом. В частности, речь идёт о стресс-коррозионных продольных дефектах.
«Труба в процессе эксплуатации подвергается циклическим нагрузкам, когда металл сопротивляется внутреннему давлению. В результате на наружной поверхности образуются продольные трещины, имеющие разную величину раскрыва: от микронов до долей миллиметра. Кроме этого, происходит насыщение металла трубы газами вроде сернистого водорода, всё это тоже приводит к повышенному трещинообразованию», ― объясняет технический директор ООО «НТЦ НК «УРАН» Александр Цыпуштанов.
Ещё одно уязвимое место ― сварные швы. Они также имеют склонность разрушаться в условиях повышенного давления из-за влияния агрессивных газов.
Как отмечает начальник лаборатории неразрушающего контроля ООО «Сафротех» Евгений Вершинин, спрос на услуги по диагностике будет только расти. Это связано с увеличением количества опасных производственных объектов (строительством новых ОПО), освоением новых месторождений, модернизацией и ремонтом старых объектов.
«Основными факторами, влияющими на спрос на оборудование и услуги по неразрушающему контролю трубопроводов в нефтегазовой отрасли, являются увеличение количества ОПО и повышение уровня выработки или добычи (повышение КПД), а также износ действующих предприятий. Например, в тех случаях, когда требуется нарастить скорость-мощность, а при неизменном диаметре трубы это приводит к увеличению давления.
А где больше давление, там и большая опасность для жизни и здоровья людей и риски для экологии. Экономический аспект также очень важен: ремонт, ликвидация аварий, восстановление ОПО влекут за собой куда большие вложения, нежели затраты на их предупреждение ― техническую диагностику. Соответственно, своевременная диагностика ― это эффективный способ сохранить жизни, сберечь природу и сократить расходы», ― отмечает Евгений Вершинин.
Диагностика трубопроводов: разнообразие методов и подходов
Существуют несколько методов для выявления критических дефектов. Чем они отличаются и какой лучше выбрать? По словам Евгения Вершинина, важно учитывать, на каком этапе жизненного цикла объекта проводится контроль, где находится объект (на поверхности или под землей), какие дефекты и с какой долей вероятности будут выявляться.
«Вне зависимости от любых отличных факторов неотъемлемой частью диагностики является визуальный и измерительный контроль (ВИК), который проводят в самом начале строительства (входной контроль материалов: труб, соединительных деталей), непосредственно при строительстве (контроль сварных швов), в процессе эксплуатации (периодический контроль состояния металла труб и сварных швов) и на завершающем этапе исследования дефектованных и вырезанных участков (удалённых из эксплуатации).
На опасных, производственных объектах применяют классические физические методы неразрушающего контроля: рентгенографический (РК), ультразвуковой (УЗК) и контроль проникающими веществами (ПВК)», ― поясняет эксперт.
Заглянуть вглубь металла можно только с помощью ультразвука и рентгена. При этом, по словам Евгения Вершинина, эти методы не взаимозаменяемые, но взаимодополняющие.
«УЗК более применим для поиска и обнаружения плоскостных дефектов (трещин, непроваров ― самых опасных дефектов), РК ― для поиска и обнаружения объёмных дефектов (пор, шлаковых включений) в сварных соединениях. Оба метода применимы как при строительстве, так и при эксплуатации.
Ультразвуковой контроль, в частности, ультразвуковая толщинометрия (УЗТ), применяется при контроле остаточной толщины изделий в процессе эксплуатации, в том числе резервуаров, трубопроводов, оборудования, работающего с агрессивной средой. На особенно ответственных и особо опасных участках трубопроводов применяют совокупность методов, каждый из которых ориентирован на поиск и обнаружение тех дефектов, на который этот метод в заданных условиях рассчитан. Совокупность методов и их вариантов дают более полную картину наличия дефектов и, как следствие, надёжности объекта контроля», ― отмечает г-н Вершинин.
В свою очередь, Александр Цыпуштанов выделяет внутритрубную диагностику и контроль наружных поверхностей. В первом случае используются специальные сканеры, которые двигаются внутри трубы.
«Состоят они из трёх частей. Первые две работают на основе метода рассеяния магнитного потока и обеспечивают выявление дефектов, нарушения сплошности типа продольной и поперечной ориентации. Третья часть сканера обеспечивает контроль остаточной толщины стенки. Он осуществляется на основе ультразвука, и в обычном „мокром” варианте используется контактная среда в виде воды или масла.
Также возможен вариант с использованием сухого ультразвука или электромагнитного акустического преобразования, сокращённо ЭМАП. Главный недостаток этих способов в том, что достоверность при выявлении дефектов оставляет желать лучшего.
Что касается наружной диагностики, то здесь нужно учитывать, что труба снаружи закрыта полимерным покрытием толщиной до 15–20 мм. И для того, чтобы посмотреть, что там творится, необходимо вскрыть защитное покрытие, а потом снова его нанести. Это очень трудоёмкая процедура, особенно в полевых условиях. Это затратно и по времени, и по финансовым ресурсам», ― рассуждает Александр Цыпуштанов.
Экономим время с цифровым радиографическим контролем
Конечно, прогресс не стоит на месте. Развитие приборостроения и программного обеспечения дало толчок к реализации новых возможностей классических методов НК. Так, широкое распространение получил цифровой радиографический контроль (ЦРК), отмечает Евгений Вершинин. Его особенность в том, что здесь не используется радиографическая плёнка, вместо неё применяется плоскопанельный цифровой детектор (ППД).
«ЦРК позволяет сократить время на проведение контроля за счёт снижения времени экспозиции (чувствительность ППД кратно выше рентгеновской пленки), уменьшает временные затраты на проявку плёнки, а также ЦР позволяет увидеть результат на месте проведения контроля.
Ранее для получения результатов требовалось провести контроль («просветить» шов), привезти плёнку с объекта, проявить её и посмотреть полученный результат (получился ли снимок, удовлетворительное ли качество, плотность, контрастность и т. д.).
ЦР же позволяет сэкономить время на логистику от объекта до лаборатории и проявку, тем самым косвенно повышая производительность за счёт отсутствия повторного выезда и контроля одного и того же объекта-сварного стыка. Благодаря сокращению времени экспозиции, уменьшается продолжительность работы рентгеновского аппарата, что продлевает срок его службы.
ЦРК даёт возможность не только моментального получения снимка, но и позволяет создать электронную библиотеку снимков сварных соединений, делиться результатами по интернету с коллегами при возникающих спорных моментах, заменяет архив плёнок, который может сгореть, пропасть и просто состариться. Важным фактором при РК и ЦРК является его опасность для жизни и здоровья дефектоскопистов в связи с высоким уровнем радиации в зоне проведения контроля. И ЦРК в этом случае тоже помогает снижением времени экспозиции, а значит и снижением амбиентной дозы облучения персонала», ― перечисляет эксперт.
При очень большой разрешающей способности РК в некоторых случаях позволяет определять даже коррозионную составляющую (язвенную коррозию) и измерять остаточную толщину объекта контроля, что раньше было под силу только УЗК.
Впрочем, новый подход имеет и свои ограничения, продолжает руководитель лаборатории «Сафротех». В первую очередь это цена. Плоскопанельный детектор (ППД для ЦРК) стоит порядка 4–4,5 млн руб., что сопоставимо со стоимостью 40–50 пачек плёнки. Такого объёма достаточно для контроля 12 тыс. стыков небольшого диаметра.
«Кроме этого, ППД за счёт своих размеров и отсутствия гибкости, по сравнению с плёнкой, имеет свои ограничения: например, соединения „переход-переход” или „переход-фланец” уже не поддадутся контролю. Хотя некоторые производители уже рекламируют наличие гибких детекторов», ― добавляет Евгений Вершинин.
Новые варианты ультразвукового контроля
Новые технологии применяются и в области ультразвукового контроля. В частности, речь идёт о таких вариантах метода, как фазированные решётки (ФР) и метод TOFD.
«Они позволяют получить больше информации об объекте контроля, по сравнению с классическими импульсными дефектоскопами или дефектоскопами, работающими на „бегающем” луче. УЗК-TOFD позволяет определить практически любые дефекты, в том числе объёмные, их размеры и положение. ФР дает возможность проводить контроль всего сечения шва без поперечного перемещения датчика (снижает требования к величине зоны зачистки) и, как вариант, применим даже при одностороннем контроле соединительных деталей трубопровода, что практически невозможно в классическом варианте», ― говорит г-н Вершинин.
Впрочем, у новых технологий тоже есть свои ограничения. Так, вариант метода TOFD из-за требования к обязательному двустороннему доступу к сварному соединению неприменим для контроля соединительных деталей трубопроводов. TOFD также ограничен при обнаружении поперечных дефектов шва.
«Также он не сможет определить характер дефекта (плоскостной, округлый ― трещина или пора), что крайне важно для оценки качества: соответствует / не соответствует нормам. ФР имеют свои недостатки ― это неравномерная чувствительность по полю сканирования: один и тот же дефект будет иметь различную амплитуду при различном расстоянии от датчика; из-за сложностей реализации самой физики звука при этом варианте снижается определение характеристик дефектов, в первую очередь отражательная способность.
Поэтому на данный момент ФР и TOFD как в отдельности, так и совокупности, являются методами больше индикаторными, чем оценочными. Для поиска дефектов ― идеальный вариант. Наконец, ФР и TOFD стоят дороже классических вариантов: от 1,5 млн руб. ― за отечественный прибор и от 2,5 до 6–7 млн руб. ― за иностранный образец. Также здесь необходима специальная подготовка персонала», ― добавляет Евгений Вершинин.
МРТ для металла ― новый подход для диагностики трубопроводов
В «НТЦ НК «УРАН» сейчас работают над новым направлением в области неразрушающего контроля, в основе которого лежит магнитно-резонансный метод.
«Есть всем известная медицинская процедура и связанное с ней оборудование ― МРТ. Это похожая технология, только среды разные: не живой организм, а металл. С её помощью можно осуществлять контроль трубопроводов как снаружи, так и изнутри, причём хорошо выявляются именно стресс-коррозионные трещины.
Отличительной особенностью оборудования является возможность проводить контроль нарушения сплошности указанного металлопроката на значительном удалении датчика от его поверхности. Это позволяет проводить контроль труб и штанг без предварительной мойки, без вскрытия защитного покрытия для труб и удаления пластиковых центраторов на штангах», ― рассказывает Александр Цыпуштанов.
Испытания на фрагменте газотранспортной трубы диаметром 1200 мм, покрытом полимерным покрытием толщиной 12 мм, дали положительный результат. Однако в «НТЦ НК «УРАН» отмечают, что направление это новое, чрезвычайно перспективное, поэтому его развитие требует времени. Работа продолжается. При этом если говорить о контроле металлопроката в заводских условиях, то запуск оборудования уже идёт на одном из предприятий в Самаре.
Всё, что нужно, произведём в России?
В свете последних событий нельзя не задаться вопросом, как на рынке диагностики сказались санкции и уход западных производителей. Есть ли технологии, которые стали недоступными для российских компаний?
По словам Александра Цыпуштанова, серьёзной зависимости от западных производителей не существовало и до 2022 года.
«Начнём с того, что физические основы измерения одинаковые что у западных, что у отечественных производителей. Вообще, в Европе в принципе меньше трубопроводов, поэтому и дефектоскопы там встречаются реже. Могу сказать, что это оборудование было и остаётся доступным в России. Если говорить о локализации, то по металлу, комплектующим общего назначения нет никаких проблем. Да, есть некая доля высокоинтеллектуальных электронных приборов. Но их можно получить через „серый” импорт. Ну и программное обеспечение ― отечественное», ― говорит технический директор «НТЦ НК «УРАН».
Евгений Вершинин отмечает, что для проведения диагностики трубопроводов всегда использовали как импортное, так и отечественное оборудование в зависимости от финансовых возможностей организации.
Но исключения всё же были. Рентгеновские трубки постоянного потенциала с высоким напряжением на аноде (выше 250 кВ) ― только иностранного производства: ICM, ERESSCO. Приборы УЗК на ФР и TOFD ― также: Olympus, HARFANG VEO, Sonotron NDT.
«После введения санкций импортного оборудования стало крайне мало, но всё же оно имеется на рынке приборов. Правда, и цена на него изменилась не в меньшую сторону. Ранее импортное оборудование применяли в соотношении 50 на 50%, сейчас же ― 20 на 80%. Что примечательно, до 2022 года продукции из Китая практически не было, сейчас же начали появляться приборы для РК и УЗК (SIUI, Raycraft).
Исключением является рентгеновская плёнка: 95% всей продукции по сей день поставляют из-за рубежа (из Франции, Бельгии, Японии, Чехии). При этом продукцию для проведения всех методов контроля с довольно высоким качеством производили и производят в России: рентгеновские трубки ― РПД, „Арсенал”, „Арина”, „Март”, СБК; УЗ-дефектоскопы ― фирм „АЛТЭК”, „АЛТЭС”, „Кропус”, „АКС”, „ЛУЧ”, „НОВОТЕСТ”», ― перечисляет г-н Вершинин.
Важно, что тот же цифровой радиографический контроль ― это полностью отечественная разработка, и всё производство локализовано в России.
«Таким образом, критических проблем после введения санкций с производством не обнаружено. Если полагаться на отечественного производителя, то достоверность, скорость контроля и надёжность оборудования будет на уровне передовых стран», ― резюмирует Евгений Вершинин.
Александр Цыпуштанов, технический директор ООО «НТЦ НК «УРАН»
«После того как западные компании вынужденно ушли с нашего рынка, освободились сегменты, которые они до этого занимали. И сейчас российские компании свободно туда заходят. То есть для нас последние события однозначно стали плюсом. Мало того, мы решаем задачи в части импортозамещения расходных узлов и ЗИП для западного оборудования. Спрос достаточно большой, заказчикам деваться некуда, надо обеспечивать производственный процесс. А покупать новое оборудование, в том числе отечественное, сразу в большом количестве невозможно».
Евгений Вершинин, начальник лаборатории неразрушающего контроля ООО «Сафротех»
«Выбор того или иного метода зависит от того, с какими дефектами приходится иметь дело и с какой чувствительностью будет производиться поиск (минимальный размер дефекта). А также таких факторов, как наличие продукта в трубе (рентгенографический контроль невозможен при трубе, заполненной продуктом), доступности объекта для контроля (для рентгена необходим двусторонний доступ) и контроля пригодности. Так, использование ультразвука неприменимо на таких деталях, как переход, и ограничено на других соединительных деталях трубопровода: отвод, тройник, фланец-контроль с одной стороны».
Текст: Андрей Халбашкеев
