Способ определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования

Авторы патента:

Ярославкина Екатерина Евгеньевна (RU)

Владельцы патента RU 2781414:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а более конкретно к определению толщины отложений. Способ определения толщины отложений на внутренних стенках трубопроводов и технологического оборудования заключается в том, что на локальном участке объекта исследования возбуждают свободные колебания и регистрируют колебания. При этом регистрируют колебания как на данном участке, так и на участке образца той же толщины и с теми же акустическими характеристиками без отложений и с отложениями известной толщины. Сравнивая полученные данные, делают вывод о толщине отложений. Достигается повышение точности определения отложений. 2 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в области добычи и транспортировки нефте- газо- продуктопроводов, в области нефтехимических производств, на тепловых энергоустановках.

Проблема отложений является актуальной. Отложения на внутренних стенках трубопроводов приводят к уменьшению сечения трубопроводов, что приводит к выводу оборудования из оптимального режима работы. Отложения на дне резервуаров приводят к уменьшению полезного объема резервуаров. Также отложения снижают эффективность работы насосов и другого технологического оборудования, а также являются причинами их поломок.

Для планирования и своевременного проведения очистных мероприятий необходима информация о текущей толщине слоя отложений на стенках трубопровода и другого технологического оборудования.

Известен способ определения толщины отложений по характеру затухания акустической энергии (RU, патент 2257510 С1). Согласно известному способу к внешней поверхности трубопровода подводят акустическую энергию и определяют характер затухания колебаний как для трубопровода с отложениями, так и для участков трубопровода с отложениями известной толщины. Сравнивая эти данные, судят о толщине отложений.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не учитывает влияния других физических процессов и явлений (температуры и пр.) на затухание акустических колебаний, что приводит к снижению его точности.

Известен способ определения толщины отложений (который берется за прототип) основанный на детектировании колебаний участка конструкции (RU, патент 2521149 С2). Согласно известному способу нагревают участок конструкции и детектируют колебания на нагретом участке. Далее детектируют колебания на не нагретом участке конструкции. Определяют резонансную частоту обоих случаев, и, сравнивая их, делают вывод о толщине отложений.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не учитывает влияния нагрева на резонансную частоту, что приводит к погрешности измерений, а также нагрев имеет ограничения в применении на определенных конструкциях.

Технический результат настоящего изобретения состоит в повышении точности определения толщины отложений на внутренней поверхности трубопроводов и технологического оборудования.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования посредством измерительного устройства, при котором на локальном участке объекта исследования детектируют свободные колебания и определяют резонансную частоту, полученный результат сравнивают с результатами калибровки измерительного устройства, при этом предварительно ультразвуковым способом измеряют толщину стенки объекта исследования для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруют измерительное устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости резонансных колебаний от толщины отложений.

Для решения поставленной задачи на локальном участке объекта исследования возбуждаются и регистрируются свободные колебания и определяется резонансная частота, полученный результат сравнивают с резонансной частотой аналогичного объекта – образца, имеющего отложения определенной толщины. Перед проведением измерений ультразвуковым способом измеряется толщина стенки трубопровода для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруется измерительное устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости резонансных колебаний от толщины отложений.

Проведенные экспериментальные исследования и компьютерное моделирование показали прямую обратно пропорциональную зависимость между частотой свободных колебаний локального участка стенки трубопровода или любого другого технологического оборудования от толщины отложений на его внутренней стенке [1].

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показаны: 1 – объект исследования, 2 – отложения, 3 – пьезоэлектрический преобразователь, 4 – возбудитель колебаний, 5 – приемник колебаний, 6 – корпус датчика, 7 – центральный процессор, 8 – дисплей, 9 – корпус измерительного устройства. На фиг. 2 показан график зависимости частоты собственных колебаний полученные в результате экспериментальных исследований.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Для исключения погрешностей, обусловленных утонением стенки объекта исследования (1) в результате коррозионного износа и наличием в стенке внутренних дефектов, проводится ультразвуковая толщинометрия с использованием пьезоэлектрического преобразователя (3). Далее, для уточнения зависимости частоты колебаний локального участка объекта исследования от толщины отложений, проводится калибровка измерительного устройства. Датчик (6) ставится на образец той же толщины и с теми же акустическими характеристиками, что и объект исследования. Возбудитель колебаний (4) возбуждает свободные колебания на локальном участке образца. Свободные колебания регистрируются приемником колебаний (5) и передаются на центральный процессор (7). Далее, на образец наносятся отложения той же породы, что и на объекте исследования и снимаются показания. Показания снимаются с не менее 5 различных толщин отложений. Центральный процессор (7), анализируя спектры полученных сигналов, устанавливает зависимость между частотой свободных колебаний локального участка образца и толщиной отложений.

Процесс контроля осуществляется аналогичным образом. Возбудитель колебаний (4) возбуждает свободные колебания на локальном участке объекта исследования (1), которые регистрируются приемником колебаний (5). Центральный процессор (7), используя установленную при калибровке измерительного устройства зависимость, выдает на дисплей (8) результаты измерений толщины отложений (2).

Пример выполнения способа для измерения толщины парафиновых отложений в насосно-компрессорной трубе Ø89х6,5 мм:

а) предварительно проводят измерение толщины стенки объекта исследования пьезоэлектрическим преобразователем. В случае обнаружения дефектов, выбирают другой участок для контроля. Измеренная фактическая толщина определяет выбор толщины образца для следующего этапа калибровки;

б) на образце датчиком возбуждают свободные колебания, которые регистрируют приемником колебаний и обрабатывают центральным процессором;

в) далее, на образец наносят парафиновые отложения толщиной 2 мм и повторяют операцию «б»;

г) повторяют операции «б» и «в» с толщинами парафиновых отложений 4, 6, 8, 10 и 12 мм;

д) на основании полученных измерений находят математическую зависимость частоты колебаний стенки трубопровода от толщины отложений (фиг. 2);

г) на объекте исследования возбуждают свободные колебания, регистрируют их приемником колебаний и обрабатывают центральным процессором;

е) полученные результаты частоты колебаний стенки объекта исследования сравнивают с результатами, полученными при калибровке измерительного устройства и делают вывод о толщине отложений. Например, при частоте собственных колебаний объекта исследования 1975 Гц, толщина отложений составляет 7 мм.

Аналогично процесс контроля осуществляется на технологическом оборудовании – технологической обвязке насоса, фильтра и т.п. Также данный способ осуществим для измерения толщины отложений, отличных от парафиновых – солевых, силикатных и др.

Измерения могут проводиться как разовый контроль толщины отложений, так и в режиме непрерывного мониторинга с передачей информации на центральный пункт. Измерения могут проводиться как на магистральных трубопроводах, так и на технологических трубопроводах и технологическом оборудовании.

Источники:

1. Ярославкина Е.Е., Суслов А.В. Теоретико-экспериментальное исследование зависимости собственных частот колебаний пластины от толщины отложений // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». (Том. 29. № 2 – 2021) – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2021. – С. 88-98.

Способ определения толщины отложений на внутренней стенке трубопроводов и технологического оборудования посредством измерительного устройства, при котором на локальном участке объекта исследования детектируют свободные колебания и определяют резонансную частоту, отличающийся тем, что полученный результат сравнивают с результатами калибровки измерительного устройства, при этом предварительно ультразвуковым способом измеряют толщину стенки объекта исследования для исключения погрешности из-за коррозионного износа и наличия внутренних дефектов и калибруют измерительное устройство на образце той же толщины и с теми же акустическими свойствами, что и объект исследования, с отложениями той же природы, но различной толщины, для уточнения математической зависимости резонансных колебаний от толщины отложений.

Использование: для обнаружения коррозии в трубе или контейнере. Сущность изобретения заключается в том, что измерение толщины стенки трубы или контейнера выполняют одним или несколькими ультразвуковыми эхо-импульсными устройствами, причем осуществляют следующие стадии: (i) прием сигналов, указывающих данные развертки типа А, из одного или нескольких ультразвуковых эхо-импульсных устройств, причем данные развертки типа А содержат несколько спектров развертки типа А; (ii) определение, какие из спектров развертки типа А имеют искаженную форму сигнала, из-за которой невозможно получить надежный результат измерения толщины стенки; (iii) анализ спектров развертки типа А, идентифицированных на стадии (ii) как имеющие искаженную форму сигнала, для определения одной или нескольких спектральных характеристик развертки типа А каждого спектра, вызывающих искажение; (iv) определение исправления для применения к данным на основании одной или нескольких спектральных характеристик развертки типа А, определенных на стадии (iii); (v) корректировка по меньшей мере одного сигнала, имеющего искаженную форму, для решения характеристик формы сигнала на основании определенного исправления для получения измененных спектров развертки типа А; (vi) определение результатов измерения толщины стенки на основании измененных спектров развертки типа А; и (vii) определение степени, в которой стенка корродирована, на основании результатов измерения толщины, определенных на стадии (vi), и дополнительных результатов измерения толщины, определенных по спектрам развертки типа А, причем стадия (ii) включает в себя определение, являются или не являются одна или несколько спектральных характеристик спектров развертки типа А выбросами, и значение определяют как выброс, если (Yi-Ymedian)>3IQR, где Yi - указанное значение, Ymedian - медианное значение группы значений, и IQR - интерквартильный размах группы значений.

Резонансный способ ультразвуковой толщинометрии // 2779755

Использование: для ультразвуковой толщинометрии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют возбуждение затухающих колебаний в контролируемом объекте коротким ударом импактора по поверхности контролируемого объекта в точку возбуждения, являющуюся геометрическим центром грани возбуждения, и регистрируют сигналы акустических резонансных колебаний, на основе которых вычисляют амплитудно-частотную характеристику контролируемого объекта, по которой измеряют значение частоты ƒmax, соответствующей максимуму амплитуды амплитудно-частотной характеристики, и по формуле Н=С/2ƒmax, где С - это скорость распространения акустической волны в материале контролируемого объекта, определяют значение толщины Н контролируемого объекта, при этом регистрацию сигналов резонансных колебаний осуществляют посредством приема сигнала основного резонансного колебания в основной точке регистрации, расположенной в геометрическом центре грани, противоположной грани возбуждения, и сигналов дополнительных резонансных колебаний в дополнительных точках регистрации, расположенных в геометрических центрах остальных четырех граней контролируемого объекта, причем расстояние от точки возбуждения до точки приема сигнала основного резонансного колебания является измеряемой толщиной Н контролируемого объекта, сигнал основного резонансного колебания инвертируют по фазе, далее суммируют его с сигналами дополнительных резонансных колебаний, по полученному сигналу суммарного резонансного колебания определяют амплитудно-частотную характеристику контролируемого объекта.

Способ определения толщины изделия при одностороннем доступе // 2707199

Использование: для ультразвуковой толщинометрии, дефектоскопии материалов и изделий. Сущность изобретения заключается в том, что на ультразвуковом эхо-импульсном толщиномере устанавливают скорость распространения ультразвуковых колебаний, соответствующих материалу измеряемого изделия, на внешней поверхности материала измеряемого изделия устанавливают ультразвуковой преобразователь, затем считывают и фиксируют величину толщины стенки изделия с ультразвукового прибора, фиксируют положение в пространстве начальной поверхности материала изделия, затем для каждой измеряемой точки поверхности материала изделия, на которую устанавливают ультразвуковой преобразователь, фиксируют и измеряют величину условной толщины стенки изделия (d1y) на условной скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале изделия (Су), затем стачивают поверхность стенки изделия, уменьшая его геометрическую толщину на величину, близкую к половине длины волны ультразвуковых колебаний на частоте преобразователя, в каждой измеряемой точке поверхности материала изделия измеряют изменение геометрической толщины стенки изделия и фиксируют эту величину (Δd), затем в каждой измеряемой точке поверхности материала изделия устанавливают ультразвуковой преобразователь, измеряют и фиксируют условную толщину стенки изделия (d2y) на условной скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале изделия (Су), рассчитывают геометрическую толщину стенки изделия и истинную скорость распространения ультразвуковых колебаний для каждой точки поверхности материала изделия.

Способ контроля коррозии стенок теплоизолированного оборудования и трубопроводов (варианты) // 2691125

Изобретение относится к нефтегазоперерабатывающей, химической и другим отраслям промышленности, использующим теплоизолированное ёмкостное оборудование, например сепараторы, реакторные колонны и трубопроводы, проходящие регулярную техническую диагностику. Способ включает обустройство стационарных окон-люков в теплоизоляции для доступа к поверхности, обработку мест контрольных точек до требуемой чистоты, проведение первичных и вторичных измерений толщины стенок в контрольных точках переносными датчиками (преобразователями) ультразвукового контроля, определение по результатам измерений толщины стенок остаточного коррозионного ресурса оборудования и трубопроводов.

Прибор неразрушающего контроля пароперегревательных труб из аустенитной стали с определением их полного и остаточного ресурса // 2690047

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Прибор содержит процессорный блок (ПБ) 10 с узлом определения полного и остаточного ресурса (УОР) 17 и с клеммными разъемами (КР) 11, 12 для подключения выносного ферритометрического наконечника (ВФН) 20 и выносного ультразвукового толщиномера (ВУЗТ) 30, клавиатуру 40 для ввода необходимых дополнительных величин, а также данных необходимых измерений штатными измерительными средствами электростанции и дисплей 50 для визуализации выходных данных.

Способ определения толщины стенки трубопровода в зоне дефекта типа "потеря металла" на основе статистической стабилизации параметров сигнала по данным ультразвуковой секции wm // 2687846

Использование: для ультразвукового неразрушающего контроля материалов. Сущность изобретения заключается в том, что пьезоэлектрические преобразователи располагаются по всей окружности трубопровода на ультразвуковой секции внутритрубного инспекционного прибора, причем акустические оси пьезоэлектрических преобразователей расположены нормально к оси трубопровода, при этом используя особенности распространения ультразвукового импульса в жидких и твердых средах, а также его отражения от границы раздела сред, измеряют толщину стенки секции трубопровода с помощью определения локальной толщины стенки секции трубопровода, для чего выбирают данные, представляющие изменение толщины стенки секции трубопровода, из которых выбирают наиболее часто встречаемое значение толщины стенки секции трубопровода, определяют диапазон значений изменений толщины стенки секции трубопровода с наибольшей частотой, далее находят интервалы, предшествующий и следующий за диапазоном значений изменений толщины стенки секции трубопровода с наибольшей частотой; и определяют диапазон, а полученное значение сравнивают со значением, полученным на предыдущей итерации, при этом если значения отличаются, повторяют определение значения диапазона изменений толщины стенки секции трубопровода с наибольшей частотой, и если значения совпадают, то считают локальную толщину стенки секции трубопровода определенной.

Устройство и способ борьбы с образованием отложений // 2675573

Изобретения могут быть использованы в системах (100) водяного охлаждения с открытой циркуляцией воды для борьбы с образованием отложений. Устройство включает основную часть (1) и вспомогательную часть (2), внутри которых перемещается вода (5), при этом вспомогательная часть (2) выполнена в виде обходной линии.

Резонансный способ ультразвуковой толщинометрии // 2664785

Использование: для толщинометрии образцов материалов и изделий. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности контролируемого объекта в точке регистрации устанавливают приемный преобразователь, в основной точке возбуждения по поверхности контролируемого объекта импактором осуществляют короткий удар, приемным преобразователем в точке регистрации принимают и регистрируют сигнал акустических колебаний, измеряют и регистрируют основную резонансную амплитудно-частотную характеристику контролируемого объекта, а по значению частоты ƒmax, соответствующей максимуму значения амплитуды резонансной амплитудно-частотной характеристики в соответствии с формулой H=C|2ƒmax, определяют значение толщины Н контролируемого объекта, при этом точку регистрации и основную точку возбуждения располагают на противоположных гранях, образующих измеряемую толщину контролируемого изделия, ориентируя линию, соединяющую точку регистрации и основную точку возбуждения таким образом, чтобы она была перпендикулярна граням объекта и проходила через центр грани расположения точки регистрации, не изменяя положения точки регистрации, N раз перемещают точку возбуждения в N дополнительных позиций, каждая следующая из которых отстоит от любой из предыдущих позиций на расстояние не меньшее 0,2 Н, в каждой дополнительной точке возбуждения ударяют импактором по поверхности контролируемого объекта, приемным преобразователем принимают и регистрируют сигнал акустических колебаний, измеряют и регистрируют N дополнительных резонансных амплитудно-частотных характеристик, все зарегистрированные резонансные амплитудно-частотные характеристики перемножают между собой, а значение N выбирают из условия N≥1.

Способ обнаружения коррозионных повреждений на труднодоступных поверхностях изделий // 2653122

Использование: для обнаружения коррозионных повреждений на внутренней стороне корытообразных стрингеров панелей центроплана и средней части крыла самолетов Ан-12 при их ремонте в заводских условиях с помощью ультразвукового толщиномера УДТ-40. Сущность изобретения заключается в том, что очищают внешнюю поверхность проверяемых участков изделий от загрязнений и наносят контактную смазку, на внешнюю поверхность изделия устанавливают преобразователь ультразвукового толщиномера, перемещают преобразователь ультразвукового толщиномера по заданной траектории, получают отображение профиля сечения стенки изделия, одновременно с получением отображения профиля сечения стенки изделия оценивают размеры участка, где наблюдается уменьшение показаний и плавность изменения показаний толщиномера от номинального до минимального значения и дальнейшего возрастания текущих показаний до номинального значения при неизменном показании индикатора минимального значения в ходе перемещения преобразователя толщиномера, по меньшей мере, в двух направлениях относительно места расположения дефектов сплошности и при плавных изменениях показаний на участке, площадь которого больше площади применяемого преобразователя, делают вывод о наличии коррозионного повреждения, а при скачкообразных изменениях показаний толщиномера на участке поверхности площадью, равной или меньшей площади преобразователя, делают вывод о наличии точечных дефектов или допустимых площадных дефектов.

Способ разведки ледовой обстановки с использованием телеуправляемых беспилотных летательных аппаратов // 2631966

Изобретение относится к способу разведки ледовой обстановки. Для разведки ледовой обстановки используют два беспилотных летательных аппарата, один из которых производит определение характеристик ледовой обстановки по курсу движения каравана судов, а со второго, который является ретранслятором, осуществляют передачу на обеспечивающее судно по радиоканалу связи полученных данных о ледовой обстановке.