Современные трубопроводы – максимально надежные инженерные системы. Сегменты труб изготовлены из прочной стали, запорная арматура – укомплектована уплотнителями, препятствующими протечками, сварные швы – устойчивы к статическим и динамическим воздействиям.
Впрочем, даже самая надежная система нуждается в контроле. Всегда сохраняется риск критических воздействий, провоцирующих разрушение, опасность естественного старения материала. Для определения фактического состояния применяются различные методики. Например, востребованные способы неразрушающего контроля – ультразвуковое и рентгеновское исследование. В чем разница между ними? Как определить способ, на 100% соответствующий ситуации?
Рентгеновский контроль: понятие и проблематика
Основные принципы радиографического контроля закреплены в ГОСТ ISO 17636-1-2017 и ГОСТ ISO 17636-2-1017. Первый документ разработан для аналоговой методики, когда чувствительным элементом является пленка, второй – для цифровой, с электронным чувствительным элементом.
Способ строится на проникающей способности рентгеновских лучей. При прохождении через металлическую структуру они частично поглощаются, выраженность поглощения определяется плотностью, толщиной материала. Внутренние дефекты выглядят на снимке как светлые пятна.
Технология характеризуется высокой точностью, однако, актуальны некоторые ограничения. Например, четкость изображения и, следовательно, точность диагностики могут снизиться из-за следующего:
- Высокая плотность рабочей среды. Это особенно актуально для нефтепродуктов, например, мазута или дизеля. Они поглощают часть излучения, его мощности не хватает для обнаружения структурных повреждений.
- Неравномерность заполнения трубы. На изображении формируется перепад оптической плотности, который неверно может быть истолкован специалистом, занимающимся анализом.
- Расположение и размеры дефектов. Если внутренние дефекты располагаются параллельно лучам, либо их выраженность минимальна, раскрытие трещин и пор составляет около 0.1 миллиметра, их фиксация затруднена или невозможна.
Следует учитывать и другие факторы. Рентгенографическое исследование предполагает привлечение квалифицированных специалистов, использование дорогого оборудования. Нельзя забывать о безопасности. Гамма-лучи представляют угрозу для человека, необходимо строго ограничивать доступ в зону проведения исследований, использовать защитные экраны и другие элементы.
Развитие метода
Модификацией аналоговой рентгенографии, где в качестве чувствительного элемента используется пленка, является компьютерная технология. Излучение в таком случае воспринимается плоскопанельным цифровым детектором. Схема решает ряд ограничений, характерных для аналоговых исследований, характеризуется следующими преимуществами:
- Экономия времени. Чувствительность электронного детектора в несколько раз выше, так что даже при минимальном периоде экспозиции удастся получить изображение высокого качества, с детальной прорисовкой структурных дефектов. Время экономится и за счет мгновенного получения результата – не требуется везти пленку в лабораторию для проявки.
- Точность. За счет высокой разрешающей способности удается зафиксировать миниатюрные дефекты, которые оказались бы незаметными на пленке. Чувствительность цифровой рентгенографии максимально приближена к ультразвуку.
- Возможность долговременного хранения результатов. Снимки находятся в электронном формате. В отличие от пленочных аналогов они не подвержены старению, могут храниться в архиве неограниченное время.
Ультразвуковой контроль: понятие и проблематика
Ультразвуковой контроль строится на проникающей способности высокочастотных звуковых колебаний. Они проникают вглубь материала, поглощаются, рассеиваются или отражаются при взаимодействии с пустотами, трещинами, включениями посторонних примесей, шлаков и другими дефектами. Его преимущества выглядят следующим образом:
- Высокая точность, в особенности – при идентификации плоских трещин, даже очень маленьких.
- Скорость. Длительная экспозиция, проявка снимка не требуются, результаты отображаются и могут интерпретироваться в режиме реального времени.
- Безопасность. Ультразвук, в отличие от гамма-излучения, не представляет опасности для людей. Не нужно ограничивать зону проведения работы, использовать защитные экраны и другие приспособления.
- Сохранение данных в цифровой форме. Как и в случае с компьютеризированной рентгенографией, это упрощает ведение архива.
Для УЗК, впрочем, актуальны и некоторые ограничения. Например, он несовместим с аустенитными сталями. Их характерная особенность – зернистая структура, рассеивающая высокочастотную волну, снижающая ее исходную проникающую способность, не дающая получить четкое представление о характере и выраженности дефектов.
Второй момент – погода. Поверхность труб, влажная из-за дождя или тумана, холод – все это ограничивающие факторы. В сильный мороз ультразвук использовать не получится, при легких отрицательных значениях – потребуются вспомогательные составы, повышающие проводимость исследуемой среды.
Развитие метода
Модифицированная версия обычного УЗК – TOFD. Такой способ подходит для уверенной фиксации не только трещин, но и объемных дефектов, пустот или инородных включений. Перемещение датчика по контролируемой зоне не требуется, что упрощает подготовку. Достаточно выполнить стандартные манипуляции, убрать окалину, грязь, масляные пятна.
Недостаток есть, впрочем, и у этой технологичной методики. Ее реализация требует двустороннего доступа, что невозможно в некоторых ситуациях.
Сравнение
Ультразвук и рентгенография – методы, базирующиеся на совершенно разных принципах. У каждого есть как сильные, так и слабые стороны. При определении оптимального способа нужно учитывать ряд моментов:
- Погода. В холодное время год предпочтителен радиографический контроль. Применение ультразвука или невозможно, или сильно ограничено, требует сложной подготовки, не позволяет получить достаточно точные результаты.
- Материал. Ультразвук не совместим с трубами, изготовленными из аустенита и других сталей, характеризующихся крупнозернистой структурой. Рентген в этом отношении более универсален, подобные ограничения для него не актуальны.
- Скорость. Ультразвуковое исследование однозначно является более быстрым, в сравнении с рентгеном. Даже описанная выше компьютерная технология требует подготовки и времени для получения результатов. В случае с аналоговой – временные потери увеличиваются из-за проявки пленок. Ультразвук гораздо быстрее, вдобавок допускает возможность автоматизации.
Подведение итогов
Подбор технологии определяется требованиями, действующими в конкретной отрасли, текущим состоянием трубопровода и другими критериями. Для особо ответственных систем рекомендована комбинированная схема, предполагающая использование как рентгена, так и ультразвукового оборудования. Это актуально для трубопроводов атомных станций, космических аппаратов, самолетов.
Такое сочетание поможет обнаружить все дефекты. Рентген с максимальной точностью зафиксирует объемные повреждения, полости и крупные включения посторонних части, ультразвук – плоскостные, трещин, даже если таковые имеют минимальную выраженность.