способ акустико-эмиссионного контроля и диагностирования резервуаров для хранения сжиженных газов

Формула изобретения

Способ акустико-эмиссионного контроля и диагностирования резервуаров для хранения сжиженных газов, заключающийся в том, что на резервуаре устанавливают первичные преобразователи, нагружают резервуар, регистрируют сигналы акустической эмиссии, по которым судят о техническом состоянии резервуара, отличающийся тем, что предварительно проводят исследования акустических свойств резервуара, определяют скорость распространения волн напряжения, степень затухания, тип колебаний, размещают первичные преобразователи, используя полученные данные, регистрируют время прихода первого ложного импульса акустической эмиссии, причем регистрация сигналов акустической эмиссии осуществляется до момента прихода на первичный преобразователь первого ложного импульса акустической эмиссии, обрабатывают сигналы акустической эмиссии, при этом на время обработки блокируют аппаратуру, регистрирующую сигналы акустической эмиссии, а регистрация возобновляется после полного затухания колебаний, вызванных импульсом акустической эмиссии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неразрушающему контролю и диагностике и может быть использовано для контроля и диагностики технического состояния цилиндрических горизонтальных резервуаров для хранения сжиженного газа в процессе эксплуатации по сигналам акустической эмиссии (АЭ).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ акустико-эмиссионного контроля и диагностики сосудов, работающих под давлением, заключающийся в том, что на объекте контроля размещают первичные преобразователи, нагружают объект контроля, регистрируют сигналы АЭ, по которым судят о техническом состоянии объекта контроля (Грешников В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия. - М.: Изд-во cтандартов, 1976, с.173).

Недостатком данного способа является недостаточная достоверность и точность обнаружения дефектов при контроле технического состояния резервуаров для хранения сжиженного газа методом АЭ, что обусловлено регистрацией помех, вызванных переотражением от стенок и элементов конструкции резервуара импульсов АЭ, распространяющихся по среде нагружения.

Предлагаемое техническое решение ставит своей задачей повышение достоверности и точности обнаружения дефектов при контроле и диагностике технического состояния резервуаров для хранения сжиженного газа.

Цилиндрические горизонтальные резервуары для хранения сжиженных газов бывают надземной и подземной установки объемом от 10 до 200 м³. Подземные цилиндрические горизонтальные резервуары, предназначенные для хранения и регазификации сжиженного газа при групповом снабжении многоквартирных жилых домов и отдельных промышленных и коммунально-бытовых предприятий, выпускаются геометрической емкостью 2,5 м³; 5 м³; 10 м³. Резервуары состоят из цилиндрического корпуса (обечайки) 1, двух сферических днищ 2 и горловины 3, на которой монтируется головка управления (не показана). (Преображенский Н.И. Сжиженные углеводородные газы. - Л.: Недра, 1975, с.279).

Задача решается за счет того, что в отличие от прототипа предварительно проводят исследования акустических свойств резервуара, определяют скорость распространения волн напряжения, степень затухания, тип колебаний, размещают первичные преобразователи, используя полученные данные, регистрируют время прихода первого ложного импульса АЭ, причем регистрация сигналов АЭ осуществляется до момента прихода на первичный преобразователь первого ложного импульса АЭ, обрабатывают сигналы АЭ, при этом на время обработки блокируют аппаратуру, регистрирующую сигналы АЭ, а регистрация возобновляется после полного затухания колебаний, вызванных импульсом АЭ.

Предварительные исследования акустических свойств резервуара проводят с целью определения скорости распространения ультразвука, степени затухания, типов колебаний, времени возникновения помехи, времени полного затухания колебаний, уровня шумов, необходимые для реализации способа.

На фиг.1 приведен график затухания волн в стенке стального резервуара надземной и подземной установки. Степень затухания 10 дБ/м.

На фиг.2 и 3 приведены соответственно сигналы АЭ при распространении волн в стенке надземного стального резервуара (V=50 м³, t=22 мм) и подземного резервуара (V=4,5 м³) в поперечном сечении обечайки (по окружности).

На фиг.4 - эскиз и развертка подземного цилиндрического горизонтального резервуара для хранения сжиженного газа с расположенными на них первичными преобразователями для исследования акустических свойств объекта контроля.

Контроль и техническое диагностирование состояния резервуаров осуществляются следующим образом.

Для исследования акустических свойств объекта контроля первичные преобразователи размещают, как показано на фиг.4. Первичный преобразователь 4 установлен стационарно и является измерительным каналом, регистрирующим сигналы (типы колебаний) от эталонного источника АЭ. Первичный преобразователь 5 является синхронизирующим каналом и перемещается согласованно с эталонным источником АЭ, от одной позиции к другой через 0,5 м. В качестве эталонного источника АЭ использовался калибратор Су-Нильсена (не показан).

По результатам исследований рассчитывают (определяют):

скорость распространения волн напряжения V=S/t (S - расстояние от стационарного первичного преобразователя до эталонного источника АЭ, t - время прихода импульса АЭ),

степень затухания =20 log(A₁/A₂)/L (A₁ и А₂ - амплитуды сигналов АЭ в токе 1 и 2, L - расстояние между точками) (фиг.1),

время появления первого ложного сигнала (отражение от противоположной стенки резервуара и распространяющийся по воде) (фиг.2 и 3),

время полного затухания колебаний в резервуаре (фиг.2 и 3),

уровень шумов,

выбирают схему локации (линейная, зонная, треугольная, прямоугольная) и расстояние между первичными преобразователями АЭ (ПАЭ) исходя из степени затухания волн напряжения и конструктивных особенностей резервуара.

По результатам предварительных исследований (анализ осциллограмм фиг.2 и 3) интервал между моментом возникновения импульса АЭ и помехой составляет 1600 мкс, минимальная величина между импульсом АЭ и ложным сигналом составляет 400 мкс (время появления помехи) для надземного резервуара и соответственно 800 и 500 мкс для подземного резервуара, время полного затухания 7500 мкс.

Результаты предварительных исследований сведены в таблицу.

Для технического диагностирования резервуаров первичные преобразователи размещают на поверхности резервуара в соответствии с выбранной схемой локации.

В программный модуль акустико-эмиссионной аппаратуры (ПЭВМ) закладывают данные предварительных исследований: скорость распространения, интервал измерения сигнала АЭ, время блокировки, порог срабатывания (определяется уровнем шумов), схему локации и расстояние между преобразователями АЭ.

Нагружают объект контроля посредством гидравлических или пневматических испытаний. Рабочее тело (вода или газ) подают через узел наполнения резервуара сжиженным газом головки управления посредством гидронасоса или компрессора.

Регистрация начинается с нажатия кнопки “Пуск” на компьютере акустико-эмиссионной аппаратуры. При превышении сигналом АЭ уровня порога срабатывания начинается измерение (оцифровка) сигнала АЭ и отсчет времени регистрации до появления первой помехи (момент появления которой определен, как уже было сказано выше, предварительно), после чего аппаратура блокируется до полного затухания колебаний. Результаты измерений заносятся в память компьютера. Затем процесс повторяется.

Обработка результатов измерений сигналов АЭ с помощью специальной программы на компьютере в соответствии с критериями РД-03-131-97. По сигналам АЭ с первичных преобразователей судят о наличии протечек через запорную аппаратуру и дефектов резервуара, судят о месте нахождения дефекта и степени его опасности.

На фиг.5 представлена структурная схема устройства, позволяющего реализовать данный способ, на фиг.6 принципиальная схема блока обработки сигнала, на фиг.7 временные диаграммы работы блока обработки сигнала.

Способ заключается в том, что устройство для акустико-эмиссионного контроля и диагностирования резервуаров для хранения сжиженного газа содержит (фиг.5) преобразователи АЭ 1, блоки предварительных усилителей 2, блоки обработки сигнала 3, блок таймирования и управления 4, блок измерения вспомогательных параметров 5, крейтконтроллер 6, ПЭВМ 7.

Способ осуществляется следующим образом. Сигнал с преобразователя АЭ 1 после усиления в блоке предварительного усиления 2 поступает на пороговое устройство 1 (фиг.6) и пиковый детектор 2 блока обработки сигнала 3 (фиг.5). При превышении сигналом АЭ порогового уровня пороговое устройство 1 (фиг.6) запускает одновибратор 5 времени измерения сигналов и регистратор 4. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3 измеряет сигналы АЭ, преобразованные пиковым детектором 2. Результаты измерений хранятся в регистраторе 4 и в последующем передаются в память ПЭВМ. По окончании времени измерения (определяется временем появления первой помехи) запускается (по заднему фронту импульса с одновибратора 5 (фиг.7) одновибратор 6 времени блокировки аппаратуры, который отключает пороговое устройство 1, пиковый детектор 2, АЦП 3 на время полного затухания колебаний в резервуаре. После чего процесс повторяется.

Пороговый уровень на пороговом устройстве 1, время измерения на одновибраторе 5 и время блокировки на одновибраторе 6 устанавливаются, как было сказано выше, предварительно, программно на ПЭВМ по результатам испытаний акустических свойств резервуара.

Примером акустико-эмиссионной аппаратуры, позволяющей реализовать предлагаемый алгоритм испытаний, может служить “Малахит АС-6А” (разработчик РНЦ “Курчатовский институт”).

Оценка степени опасности дефектов проводилась с использованием интегрального критерия в соответствии с РД 03-131-97 “Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов”.

Для выполнения работ, обработки и анализа результатов разработаны методика и технологическая инструкция акустико-эмиссионного контроля резервуаров для хранения сжиженного газа, согласованные с органами Госстандарта и Госгортехнадзора РФ. К настоящему времени проведены испытания более 40 резервуаров.

Проведение предварительных исследований акустических свойств объекта контроля и типов колебаний, возникающих в объекте контроля, позволяет измерять только истинные сигналы АЭ и блокировать ложные (помехи). Таким образом, предлагаемый способ акустико-эмиссионного контроля резервуаров для хранения сжиженного газа позволяет повысить достоверность и надежность измерений, повысить точность локализации дефектов.