 |
|
 |
 |
Marek Dobrowolski
|
||||||||||||||||||||||||||||||
 |
| Rys 1. Wystawanie rur odgałęzień o nieobrobionych końcówkach do środka głównej rury |
Jednak nawet prawidłowo przycięte końcówki rur, w końcowej
fazie montażu i pasowania bywają czasem przesunięte w
głąb rurociągu, pochylone lub obrócone; odgałęzienia są
czasem doginane. Jednym słowem po zaspawaniu trudno dokładnie
określić kształt połączenia, a co za tym idzie położenie
krawędzi króćca względem wewnętrznej powierzchni rurociągu.
Kształt krawędzi przenikania robi się bardzo skomplikowany.
Geometrię połączenia i badanie komplikują dodatkowo nakładki,
wzmacniające otwór pod króciec w głównej rurze, o różnych
średnicach i grubościach. Nakładki te często nie przylegają
do rury, zdarza się, że szczelina dochodzi do kilku milimetrów.
Powoduje to istnienie jak gdyby dwu oddzielnych spoin,
jedna nad drugą: połączenie nakładki z króćcem a pod spodem
rury z króćcem. Fenomen ten dobrze widać na załączonych
ilustracjach radiogramów.
Fakt ten utrudniał badanie ultradźwiękowe falami płytowymi,
z względu na powstawanie wskazań w miejscach występowania
obu spoin, znajdujących się przed mierzonym czołem (końcem)
ścianki króćca.
Ze względu na niekonwencjonalne techniki badań zarówno
radiograficznych jak ultradźwiękowych, koniecznym było
przeprowadzenie badań modelowych na makiecie jednego z
badanych węzłów. Było to tym bardziej konieczne, że węzły
te były specjalnie do badań odkopywane i chodziło o możliwie
precyzyjne ustalenie nie tylko parametrów badania, ale
i niezbędnego dostępu, to znaczy wielkości i głębokości
odkrywek.
Badania próbne dały zachęcające wyniki, jednak zwróciły
uwagę na krytyczny wpływ warunków geometrycznych badania,
zarówno radiograficznych jak i ultradźwiękowych.
O żadnym przybliżonym ustawianiu źródła promieniowania
i głowicy ultradźwiękowej nie mogło być mowy; zostało
wykonane specjalne oprzyrządowanie zapewniające dokładną
regulację odległości i kątów badania (przy radiografii
ą 5 mm i ą1-2°).
Odkrywki musiały być dość obszerne, gdyż najbardziej skomplikowane
węzły musiały być prześwietlane z dwu stron, pod ściśle
dobranymi kątami wiązki promieniowania i precyzyjnie ustawionej
błonie.
Przed wykonaniem badań ultradźwiękowych na obiekcie, przeprowadzono
specjalistyczne szkolenie operatorów wykorzystując makietę.
5.1. Wyposażenie
do badań
Źródła promieniowania
W badaniach wykorzystane były źródła promieniowania
gamma Ir 192 o wymiarach 2x3 mm w aparatach gammagraficznych
typu Sentinel S660.
Błony i okładki wzmacniające
Błony radiograficzne stosowane do badań odpowiadają
klasie jakości C5 wg klasyfikacji EN 584-1. Do badań zastosowano
błony Agfa Structurix D7 o wymiarach 30x40 cm. Grubości
ołowianych okładek wzmacniających zawierała się w granicach:
okładka przednia: 0,02 - 0,2 mm, okładka tylna: 0,02 -
0,2 mm.
Defektoskopy ultradźwiękowe
Do badań zastosowano standardowe defektoskopy
ultradźwiękowe spełniające wymagania normy EN 12668-1,
typu Epoch III posiadające możliwość zapamiętywania wyników
badania. Defektoskopy te posiadają aktualny atest wydany
przez producenta.
Głowice ultradźwiękowe
Do pomiarów grubości używana była głowica normalna
o częstotliwości f= 10 MHz firmy Panametrics V202-RM z
linią opóźniającą, którą w razie potrzeby można zdemontować.
Do pomiarów głębokości zamocowania króćców stosowane były
miniaturowe głowice fal poprzecznych, odpowiednio profilowane
w zależności od średnicy zewnętrznej króćca. W wyniku
badań wstępnych postanowiono wybrać głowice firmy Krautkraemer
MWB70-N4, o kącie załamania 70° i częstotliwości f= 4MHz.
Głowice stosowane do badań powinny posiadać atest producenta
potwierdzający ich parametry i wynik kontroli technicznej.
Ponadto, przed każdym badaniem, głowice podlegają kontroli
bieżącej polegającej na sprawdzeniu kąta głowicy, środka
głowicy, a system pomiarowy sprawdzeniu na liniowość oraz
zapas wzmocnienia, zgodnie z zaleceniami normy EN 12668-3.
5.2. Wykonanie badań
Wykonanie badań króćców i odgałęzień rurociągu
przesyłowego przebiegało w trzech etapach:
- badania wstępne, polegające na wykonaniu ultradźwiękowych
pomiarów grubości ścianek elementów wchodzących w skład
węzła,
- badania radiograficzne, polegające na prześwietleniu
węzła i udokumentowaniu na błonie jego konfiguracji,
- badania ultradźwiękowe, polegające na pomiarze głębokości
zamocowania króćca (odgałęzienia) w rurze przewodowej
w wybranych przekrojach.
Badanie ultradźwiękowe były wykonane zgodnie z zaleceniami
ogólnej normy europejskiej EN 583-1 oraz EN 583-2.
Przy wykonywaniu badań radiograficznych posłużono się
ogólną normą europejską EN 444.
Zdecydowano się na kontrolę węzła dwoma, niezależnymi
od siebie metodami, z powodu wagi problemu technicznego,
który ma zostać rozwiązany. Końcowym, interesującym Zleceniodawcę
wynikiem, było określenie maksymalnego wymiaru wystawania
króćca ponad wewnętrzną średnicę rury przewodowej (wymiar
X - por. rys.1 i 4). Potwierdzenie tego wyniku dwiema
metodami: radiograficzną i ultradźwiękową, podwyższa wiarygodność
badań i zmniejsza prawdopodobieństwo błędnych ocen wymiaru
X.
 |
| Rys.2. Przekrój i widok z góry węzła na rurociągu (z nakładką) |
5.2.1. Badania wstępne
Badania te polegały na określeniu grubości ścianek elementów
wchodzących w skład węzła w 8 przekrojach pokazanych na
rys. 2. Pomiar grubości został wykonany przy wykorzystaniu
cyfrowego aparatu ultradźwiękowego Epoch III i głowicy
normalnej V202 z linią opóźniającą. Wynik pomiaru, dla
każdego z elementów węzła, podany został jako wartość
uśredniona z kilku pomiarów wykonanych w danym przekroju.
Wyniki pomiarów grubości króćca gk, rury przewodowej g1
i nakładki g2 dla wszystkich 8 przekrojów węzła są zapamiętane
w pamięci aparatu Epoch III i zamieszczone zostały w protokóle
badań. Dla ilustracji przebiegu tych pomiarów dołączone
zostały przykładowe kopie "zamrożonych" i zapamiętanych
obrazów cyfrowych ekranu defektoskopu przedstawiających
pomiary grubości omawianych elementów dla jednego z przekrojów.
Wyniki badań wstępnych niezbędne są do przeprowadzenia
kolejnych etapów badania węzła.
5.2.2. Badania radiograficzne.
Wykorzystując pomierzone grubości elementów węzła
dobierano parametry ekspozycji radiograficznej węzła,
schemat ideowy której pokazano na rys. 3.
 |
| Rys. 3a. Prześwietlenie z osią wiązki prostopadłą do osi króćca |
 |
| Rys. 3b. Prześwietlenie z
osią wiązki styczną w punkcie przecięcia osi króćca
z zarysem średnicy wewnętrznej rury |
Do udokumentowania geometrii węzła zastosowano niezbyt
rozpowszechnioną w Polsce, lecz dobrze znaną i stosowaną
w świecie (np. przy badaniach korozji pod izolacją) metodą
radiografii tangensowej. Dobór parametrów ekspozycji polega
na optymalnym dobraniu geometrii układu film - obiekt
badany - źródło promieniowania tak aby zminimalizować
nieostrość geometryczną na filmie i czas ekspozycji oraz
uzyskać pożądaną rozróżnialność elementów węzła. Ze względu
na dosyć złożoną geometrię badanego obiektu parametry
i czas ekspozycji dobiera się doświadczalnie przez wykonanie
próbnych prześwietleń
Obróbka fotochemiczna naświetlonych błon wykonywana będzie
bezpośrednio na miejscu w ruchomym Laboratorium firmy
NDTEST, przy użyciu automatycznej wywoływarki typu Agfa
Structurix NDT-M.
Badania każdego węzła zostało udokumentowane radiogramami
wykonanymi z dwóch ekspozycji: pierwszej - gdzie oś symetrii
wiązki jest prostopadła do osi króćca i filmu (por. rys.3a)
oraz drugiej - gdzie oś wiązki jest nachylona pod pewnym
kątem do osi króćca wchodzącego skośnie do gazociągu i
jest jednocześnie styczna do rury przewodowej w punkcie
przecięcia osi króćca z zarysem średnicy wewnętrznej gazociągu
(por. rys. 3b). W niektórych przypadkach drugi radiogram
może dotyczyć tej samej pozycji lecz przy dłuższym czasie
naświetlania, co ma na celu wyeksponowanie określonych
fragmentów węzła (np. zarysu ścianki wewnętrznej rury).
Obydwa filmy służą od oceny geometrii węzła, obliczenia
interesującego Zleceniodawcę maksymalnego wymiaru X -
wystawania króćca ponad wewnętrzną średnicę rury oraz
wytypowania przekrojów węzła do pomiarów głębokości króćca
przewidzianych w trzecim etapie.
Radiogramy posłużyły również do oceny niedopasowania pomiędzy
rurą przewodową i nakładką i pozwolą ocenić wymiar - Dg,
który należy uwzględnić przy pomiarach ultradźwiękowych
wykonywanych w trzecim etapie.
5.2.3. Badania ultradźwiękowe głębokości
króćca.
Po przeanalizowaniu geometrii węzła na radiogramach
i dysponując wynikami wstępnych badań ultradźwiękowych
można przystąpić do trzeciego etapu badania - ultradźwiękowych
pomiarów głębokości króćca przy pomocy fal poprzecznych
wprowadzanych pod kątem do rury króćca. Schemat ilustrujący
sposób wykonania pomiaru pokazano na rys.4.
Do wykonania badań zastosowano aparat ultradźwiękowy Epoch
III z głowicą fal poprzecznych MWB70-N4, o kącie załamania
70° i częstotliwości f= 4MHz. Układ ten powinien zostać
wyskalowany w rzucie poziomym drogi fali ultradźwiękowej.
Umożliwia to odczytanie położenia echa od końca króćca
przy właściwym zlokalizowaniu go na ekranie defektoskopu.
Z monitora aparatu odczytywany jest wymiar a, który wyświetlany
jest również w postaci cyfrowej na monitorze defektoskopu
przy odpowiednim ustawieniu bramki. "Obraz"
tego pomiaru zostaje zapamiętany w pamięci aparatu i dołączony
jako dokumentacja do protokółu badań. Jednocześnie operator
odczytuje pomierzoną w sposób mechaniczny odległość b.
Dysponując pomierzonymi wcześniej grubościami rury g1
i nakładki g2 oraz wyznaczoną z radiogramu przerwą między
nakładką i rurą przewodową (wynikającą z niedopasowania
krzywizny nakładki do rury przewodowej) - Dg można obliczyć
interesująca wielkość x w każdym wybranym przekroju króćca:
 |
| Rys.4. Schemat ultradźwiękowego pomiaru głębokości króćca przy pomocy głowicy fal poprzecznych |
 |
Badania głębokości króćca były wykonane w przekrojach 1, 2, 3, 4 pokazanych na rys. 2. Pozostałe przekroje pomiarowe 5 - 8 zostały wybrane po przeanalizowaniu radiogramów w miejscach, które oceniono jako najbardziej "wystające" ponad zarys średnicy wewnętrznej rury. Wszystkie wyniki pomiarów zostały przedstawione w protokóle badania. Dodatkowo każdy pomiar w przekrojach 1 - 4 badanego węzła został udokumentowany wskazaniami z ekranu defektoskopu ultradźwiękowego zapamiętanymi w czasie pomiaru (Ograniczenie to wynika z możliwości zapamiętywania obrazów ekranu w pamięci defektoskopu).
5.3. Zapisy i dokumentowanie wyników
badań
Wyniki badania, dla każdego węzła oddzielnie,
zostały przedstawione w postaci protokółów, oddzielnych
dla badania ultradźwiękowego i radiograficznego oraz udokumentowane
w postaci radiogramów i zapisów z ekranu defektoskopu
ultradźwiękowego zapamiętanych w czasie pomiaru w wybranych
przekrojach węzła.(Rys.7).
Na rys. 5 podano przykład radiogramu odgałęzienia z nakładką
na którym widać, że króciec wystaje w znaczący sposób
do środka rury. Na radiogramach przedstawionych na rys.6
można zmierzyć wielkość szczeliny między nakładką i rurą
oraz grubość nakładki i ścianki rury.
6. Wnioski
Zastosowanie, w sposób komplementarny, specjalnych
technik radiografii i ultradźwiękowych pozwoliło w sposób
wystarczająco szczegółowy i wiarygodny dokonać oceny kształtu
i zwymiarować połączenia króćców i odgałęzień rur z głównym
rurociągiem gazowym. Ma to kapitalne znaczenie dla dobrego
przygotowania rurociągu do badań eksploatacyjnych tłokami
inteligentnymi. Nadmierne wystawanie króćców i odgałęzień
do środka rury uniemożliwia bowiem przepuszczanie tłoków,
ze względu na niedopuszczalne ryzyko ich uszkodzenia,
a nawet uszkodzenia samego rurociągu.
Badania takie są również przydatne przy normalnej eksploatacji
rurociągów, gdyż tłoki czyszczące rurociąg od wewnątrz
lub rozdzielające, w przypadku naftociągów, różne rodzaje
produktu, mogą zostać zniszczone lub utknąć na wystających
przeszkodach lub w niezabezpieczonych dużych odgałęzieniach.
Przypadki takie wielokrotnie miały miejsce i pomoc badań
nieniszczących w rozwiązywaniu tych problemów eksploatacyjnych
jest niezbędna.
Nasuwa się również przypuszczenie, że podobne do opisanych
operacje kontrolne przeprowadzane w czasie montażu rurociągów
pozwoliły by uniknąć wielu problemów w czasie ich eksploatacji,
gdy wszelkie poprawki są kosztowne, ryzykowne i zakłócają
pracę odbiorców medium.
 |
 |
|
a
|
b
|
|
Rys. 5. Obraz radiograficzny odgałęzienia
z nakładką wystającego do środka rury;
a) typowy radiogram; b) obraz po obróbce cyfrowej |
|
 |
 |
|
a
|
b
|
|
Rys. 6. Radiogramy wykonane w
układach: a) pozwalających zmierzyć grubość nakładki
i rury oraz szerokość szczeliny między nimi; b)
umożliwiających przybliżoną ocenę stanu spoiny odgałęzienia
z rurociągiem, widocznej w kształcie zbliżonym do
elipsy
|
|
 |
 |
|
a) przekrój nr 1
|
b) przekrój nr 2
|
| Rys. 7. Obrazy ekranu aparatu ultradźwiękowego przy pomiarze wielkości X w dwóch przekrojach. | |
 |
 |
 |
|
 |