Повышение эффективности контроля сварных соединений магистрального трубопровода рентгенографическим оборудованием, перемещаемым транспортными системами на основе механизма с промежуточной опорной поверхностью

Нефтегазовая промышленность – базовая отрасль Российской экономики.
По мере развития нефтяной промышленности возросла потребность в
транспорте больших объемов нефти и продуктов. Магистральные
трубопроводы умеют большое значение в транспорте нефти и других
углеводородов в различных климатических условиях. Вопрос экономически
эффективного и экологической безопасного производства транспорта
углеводородов во многом зависит от качества сварных соединений
трубопровода.
Экономический ущерб предприятия от аварий с разливом нефти
включает не только дополнительные затраты на покупку продукта для его
восполнения, но и затраты, связанные с рекультивации загрязненных земель.
Как известно с практической точки зрения, транспорт нефти является
сложнейшей производственной задачей, включающее создание условий для
долгосрочной безаварийной эксплуатации трубопровода. В настоящее время
особое внимание уделяется первичной качественной диагностики, в том числе
кольцевых сварных швов, для предупреждения возможных аварий.
За период с 2000 года основные компании по транспорту углеводородов
ввели в эксплуатация более 40 тысяч километров магистральных
трубопроводов. Что по грубой оценке дает 170 тысяч кольцевых сварных
соединений в год. Для проведения работ необходимо качественное
оборудование, одной из важнейших характеристик которого является
мобильность и автономность, которая в большей степени зависит от веса
конструкции и простоты механизма. Один из современных способов
реализуется на основе каретки орбитального перемещения диагностического
оборудования. Проектирование оборудования с расчетом напряженно-
деформированного состояния позволяет выявить места повышенной и
минимальной напряженности, что позволяет уменьшение веса без потери
надежности и улучшить потребительские качества [1].
1 Обзор литературы
Для выявления тенденций в области дефектоскопии сварных швов
целесообразно ознакомится с существующими методами неразрушающего
контроля и используемых в них типах оборудования, что позволит
целесообразность и применимость использования тех или иных технических
решений.
Техническая диагностика сварных соединения производится в виде
первичного контроля при вводе в эксплуатацию вновь построенных объектов,
а также для эксплуатируемых трубопроводов при ремонте или подтверждение
остаточного срока эксплуатации.
Целью технической диагностики являются повышение экономической
эффективности, промышленной и экологической безопасности. Задачами,
решаемыми для достижения цели, являются:
1. Установление наличия дефектов и несоответствий, а также причин
их появления и определение состояния технологического оборудования;
2. Прогноз касательно будущего технического состояния и
остаточного ресурса трубопровода [2].
1.1 Дефекты сварных соединений
Дефекты сварных соединений различаются в зависимости от
месторасположения и причин возникновения. В зависимости от причин
возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относят
дефекты в структуре и тепловые дефекты, возникающие при процессе
производства и остывания сварного соединения: трещены в зоне термического
воздействия и непосредственно в теле шва, включения шлаковые, изменения
механический характеристик металла шва и околошовной зоны. Ко второй
группе дефектов, которые называют дефектами формирования швов, относят
дефекты, возникновение которых связано в основном с несовершенством
технологии сварки и подготовки, а также некачественным входным
контролем, неисправностью оборудования, низкой квалификацией сваршика.
К дефектам данной группы относят прожоги, непровары, подрезы, наплывы и
не правильные геометрические размеры шва
Дефекты по месту расположения подразделяются на внешние и
внутренние. К внешним относятся: нарушение необходимых размеров, формы
шва, непровар, подрез зоны сплавления, поверхностное окисление, прожог,
наплыв, поверхностные поры, незаваренные кратеры и трещины на
поверхности шва. К внутренним дефектам относятся следующие: внутренние
поры, неметаллические включения, непровар и внутренние трещины. Виды
дефектов приведены на рисунке 1. Дефектами формы и размеров сварных
швов являются их неполномерность, неравномерные ширина и высота,
бугристость, седловины, перетяжки и т.п [3].
Рисунок 1 – Виды дефектов сварных швов: а – ослабление шва, б –
неравномерность ширины, в – наплыв; г – подрез, д – непровар, е – трещины и
поры, ж – внутренние трещины и поры, з – внутренний непровар, шлаковые
включения.
Наплывы – представляют собой отдельно застывшие капли металла на
поверхности трубы или значительно протяженные вдоль шва натекания
жидкого металла на холодную поверхность без сплавления. Чаще всего
наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на
вертикальной плоскости. В местах наплывов часто выявляются выявляться
непровары, трещины.
Подрезы представляют собой продолговатые углубления (канавки),
образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в
результате большого сварочного тока и длинной дуги. Подрезы приводят к
уменьшению сечения сварного шва и повышения концентрации напряжений.
Прожоги – сквозное отверстие, вызванное вытекание части металла из
шва.
Непровар – место несплавления основного металла или несплавление
между собой отдельных слоев сварке. Уменьшаю сечение шва, вызывают
повышенную концентрацию напряжения.
Трещины по своим размерам трещины бывают макро- и
микроскопическими. Могут имень продольное и поперечное расположение
относительно шва, располагаться в шве или околошовной зоне.
Шлаковые включения возникаю при некачественной очистке
поверхностей от оксидов и загрязнений. Являются концентраторами
напряжений и уменьшаю сечение шва.
Неметаллические включения возникают вследствие малого тока
сварки, недоброкачественных электродов, загрязненных кромок и плохой
очистке шва от шлака. При неправильно режиме сварки оксиды остаются в
металле шва в виде неметаллических включений.
Газовые поры возникают в сварных швах при неполном выходе газов в
процессе кристаллизации из металла шва. Поры могут располагаться в шве
отдельными группами или единой пустотой. В некоторых случаях они
выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя
свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, могут иметь
поверхностное, внутреннее или сквозное расположение. Пористость часто
является результатом плохой подготовки свариваемых кромок, применения
электродов с сырым покрытием, влажного флюса, больших скоростей сварки
[4].
1.2 Методы неразрушающего контроля
Под контролем качества сварки подразумеваются проверка условий и
порядока выполнения сварочных работ, а также определение качества
выполненных сварных соединений в соответствии с техническими
требованиями. В сварочном производстве применяют следующие виды
контроля: входной, текущий и выходной сварных швов.
Цель входного контроля – проверка входных параметров
трубопровода и их документацию. Текущий контроль осуществляется в
непосредственно в процессе производства сварочных работ. Приемочный
или выходной контроль, производимый во время во время окончательной
прием шва в работу.
При выходном контроле применяются неразрушающие методы
контроля качества сварных соединений, что позволяет выявить возможные
дефекты как внешние, как и внутреннее и значительно повысить будущую
надежность трубопровода [5].
Все неразрушающие физические методы дефектоскопии согласно
ГОСТ 18353-73 подразделяют на 10 основных видов, но применяются на
практике в основном 6 видов: