Как работает ультразвуковой контроль трубопроводов

Россию буквально опоясывают трубопроводы. Они используются в нефтегазовой, химической и энергетической отраслях. Совершенно естественно, что они постепенно изнашиваются и требуется постоянный надзор за их состоянием. Рассказываем о самом современном способе – ультразвуковом контроле.

Физический принцип

Способ основан на физической способности ультразвуковых волн проникать в твердые материалы с постоянной скоростью и отражаться на границах раздела сред. Работает ультразвуковой контроль трубопроводов следующим образом:

• генерируется импульс ультразвука (обычно 0,5 до 10 МГц);
• импульс ультразвука подается в металл через специальную среду;
• волна проходит сквозь стенку трубы, отражается от противоположной поверхности или от дефекта.

Дальше прибор фиксирует время проникновения ультразвука и анализирует амплитуду его отражения. Компьютер определяет наличие дефекта и даже его размер и глубину.

Основные методы

Классический и самый распространенный сейчас эхо-метод заключается в том, что преобразователь работает поочередно на излучение и прием. Он позволяет контролировать трубу с одной стороны, что особенно важно при наличии теплоизоляции или ограниченном доступе.

Но используют и более сложные технологии:

• теневой (сквозной) метод. Два источника звука расположены на стенки (с двух сторон): один излучает, другой принимает. Дефект фиксируется по ослаблению прошедшего сигнала;
• фазированные решетки. Современная технология, в которой преобразователь состоит из множества (16-256) пьезоэлементов, управляемых независимо. Электронная задержка между элементами позволяет формировать ультразвуковой луч под разными углами и фокусировать его на разных глубинах без механического перемещения прибора;
• дифракционно-временной метод. Использует не отражение, а дифракцию звука на краях трещин. Два преобразователя расположены симметрично относительно сварного шва.

Для магистральных трубопроводов применяются интеллектуальные поршни – дефектоскопы.

Эти устройства работают так:

1. под давлением перекачиваемой среды они двигаются внутри трубы;
2. установленные в кольцах ультразвуковых преобразователей непрерывно сканируют стенку по всей длине трассы;
3. компьютер по собранным данным создает полную карту дефектов, включая коррозионные потери металла с точностью до десятых долей миллиметра.

Ультразвуковой контроль имеет объективные ограничения. Надо учитывать, что требуется хороший акустический контакт между преобразователем и поверхностью трубы. А вот коррозионная окалина, грубая шероховатость или зазор без контактной среды снижают качество контроля.