DD240949A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE WALLSTICK CYLINDRICAL HOLLOWING BODY - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der Wandstaerke zylindrischer Hohlkoerper, insbesondere zur Kontrolle der Abmessung und zur Ermittlung des korrosiven Abtrages der inneren Oberflaeche von Rohrleitungen, z. B. von langzeitbeanspruchten Frischdampfleitungen in Kraftwerken, unter Verwendung geeigneter elastischer Wellen. Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemaess in dem zylindrischen Hohlkoerper zirkular umlaufende elastische Wellen in einem Frequenzbereich mit der Wellenlaenge entsprechend der Groessenordnung des Aussenradius des Hohlkoerpers angeregt und die maximale Verstaerkungen der angeregten Wellen sowie die dazugehoerigen Frequenzen und Ordnungszahlen der Resonanz ermittelt werden, daraus mit Hilfe der errechneten Dispersionsrelationen das Radienverhaeltnis aRi R des Hohlkoerpers bestimmt und die Wandstaerke d(1a) D 2 errechnet wird (dabei bedeuten: R1Innenraum, RAussenradius, DDurchmesser). Zur Realisierung ist erfindungsgemaess im interessierenden Messbereich des Hohlkoerpers eine aus Sender und Empfaenger bestehende Baugruppe angeordnet, wobei der Sender mit einem verstimmbaren Generator sowie einem Frequenzmesser und der Empfaenger mit einem Sichtgeraet verbunden ist. Fig. 1The invention relates to a method and an arrangement for determining the Wandstaerke cylindrical hollow body, in particular for controlling the dimension and for determining the corrosive removal of the inner surface of pipelines, z. As of long-term stressed live steam lines in power plants, using suitable elastic waves. This is achieved by the fact that according to the invention in the cylindrical hollow body circularly circulating elastic waves in a frequency range with the wavelength excited according to the order of magnitude of the outer radius of the hollow body and the maximum amplifications of the excited waves and the associated frequencies and atomic numbers of the resonance are determined, from them with the help of the calculated dispersion relations, the radii ratio aRi R of the hollow body is determined and the wall thickness d (1a) D 2 is calculated (where: interior space, radius, diameter). For the realization according to the invention, an assembly consisting of transmitter and receiver is arranged in the measuring range of interest of the hollow body, the transmitter being connected to a tunable generator and a frequency meter and the receiver to a viewing device. Fig. 1
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der Wandstärke zylindrischer Hohlkörper, insbesondere zum Zwecke der Kontrolle der Abmessungen sowie der Ermittlung des korrosiven Abtrages der inneren Oberfläche an Rohrleitungen, z. B. von langzeitbeanspruchten Frischdampfleitungen in Kraftwerken.The invention relates to a method and an arrangement for determining the wall thickness of cylindrical hollow body, in particular for the purpose of controlling the dimensions and the determination of the corrosive removal of the inner surface of pipelines, z. B. of long-term stressed live steam lines in power plants.
Entsprechend dem Anwendungsgebiet der Erfindung wird im weiteren davon ausgegangen, daß infolge der Unzulänglichkeit des Meßobjektes eine Anwendung mechanischer Meßverfahren angeschlossen ist (geschlossene Rohrleitungssysteme). Es ist bekannt, daß in solchen Fällen eine Wandstärkebestimmung mit Ultraschallmethoden möglich ist. Hierbei kann entweder das Impulsechoverfahren (Laufzeitmessung) oder das Resonanzverfahren angewendet werden. Beiden Verfahren ist gemeinsam, daß damit nur eine lokale (punktförmige) Erfassung der Wandstärke möglich ist, während z.B. zur Beurteilung des Betriebszustandes einer Frischdampfleitung in Kraftwerken die in einem Rohrquerschnitt vorhandene mittlere Wandstärke von Interesse ist.According to the field of application of the invention is further assumed that due to the inadequacy of the object to be measured, an application of mechanical measuring method is connected (closed piping systems). It is known that in such cases a wall thickness determination with ultrasound methods is possible. Here, either the pulse echo method (transit time measurement) or the resonance method can be used. Both methods have in common that only a local (punctiform) detection of the wall thickness is possible, while e.g. for assessing the operating state of a live steam line in power plants, the average wall thickness present in a pipe cross section is of interest.
Bei oben genannten Ultraschallverfahren sind zur Lösung dieser Aufgabe mehrfache Messungen über den Umfang erforderlich. Dies setzt z. B. bei Frischdampfleitungen in Kraftwerken eine vollständige Entfernung der Isolierung über den Röhrumfang voraus.In the above-mentioned ultrasonic methods, multiple measurements over the circumference are required to solve this problem. This is z. B. in live steam lines in power plants, a complete removal of the insulation on the Röhrumfang ahead.
Weiterhin ist die Wandstärkenbestimmung mit Hilfe magnetischer Verfahren bekannt, wobei zwischen dem Tastspulen- und dem Durchlaufspulenverfahren unterschieden wird. Neben der als Nachteil zu nennenden geringeren Genauigkeit dieser Methoden haben die Verfahren unter Verwendung von Tastspulen die gleichen Nachteile wie die o.g. Ultraschallverfahren. Bei Verwendung von Durchlaufspulen wird zwar eine gewünschte mittlere Wandstärke ermittelt, jedoch ist dieses Verfahren wegen der Verwendung der Ringspulenanordnung für geschlossene Rohrleitungssysteme nicht anwendbar.Furthermore, the determination of the wall thickness by means of magnetic methods is known, wherein a distinction is made between the pulse coil and the continuous coil method. In addition to the lower accuracy of these methods, which are to be considered as a disadvantage, the methods using probe coils have the same disadvantages as the above-mentioned. Ultrasonic methods. Although a desired average wall thickness is determined using continuous coils, this method is inapplicable because of the use of the annular coil assembly for closed piping systems.
Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Anordnung zur Wandstärkenbestimmung zylindrischer Hohkörper zum Zwecke der Abmessungskontrolle und der Ermittlung des korrosiven Abtrages der inneren Oberfläche an Rohrleitungen, insbesondere langzeitbeanspruchter Frischdampfleitungen in Kraftwerken zu entwickeln.The aim of the invention is to develop a method and an arrangement for determining the wall thickness of cylindrical hollow bodies for the purpose of dimensional control and the determination of the corrosive removal of the inner surface of pipelines, in particular long-termbeanspruchter steam lines in power plants.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe geeigneter elastischer Wellen eine Wandstärkenbestimmung zu erreiche. Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß in dem zylindrischen Hohlkörper zirkulär umlaufende elastische Wellen in einem Frequenzbereich mit derWellenlänge entsprechend der Größenordnung des Außenradius des Hohlkörpers angeregt und die maximale Verstärkung der angeregten Wellen sowie die dazugehörigen Frequenzen und Ordnungszahlen der ResonanzThe invention is based, to achieve a wall thickness determination with the help of suitable elastic waves the task. This is achieved by virtue of the invention in the cylindrical hollow body circularly circulating elastic waves in a frequency range with the wavelength corresponding to the order of the outer radius of the hollow body excited and the maximum amplification of the excited waves and the associated frequencies and atomic numbers of the resonance
R R
ermittelt werden, daraus mit Hilfe der errechneten Dispersionsrelationen das Radiusverhältnis α =— des Hohlkörpersbe determined, therefrom with the aid of the calculated dispersion relations, the radius ratio α = - of the hollow body
- D : R - D : R
bestimmt und die Wandstärke d = (1 — α)γ errechnet wird (dabei bedeuten: Ri = Innenradius, R = Außenradius,determined and the wall thickness d = (1 - α) γ is calculated (where: Ri = inner radius, R = outer radius,
D = Durchmesser). Zur Realisierung ist erfindungsgemäß im interessierenden Meßbereich des Hohlkörpers eine aus Sender und Empfänger bestehende Baugruppe angeordnet, wobei der Sender mit einem verstimmbaren Generator sowie einem Frequenzmesser und der Empfänger mit einem Sichtgerät verbunden ist.D = diameter). To realize according to the invention in the measuring range of interest of the hollow body consisting of transmitter and receiver assembly is arranged, wherein the transmitter is connected to a tunable generator and a frequency meter and the receiver with a viewing device.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows:
Fig. 1: die Prinzipskizze der Meßanordnung, wobei die Wandstärkenbestimmung an einer im eingebauten Zustand befindlichen Frischdampfleitung erläutert wird.Fig. 1: the schematic diagram of the measuring arrangement, wherein the wall thickness determination is explained on a live steam line in the installed state.
Fig. 2: das Diagramm für die Dispersationsrelationen des longitudinalen Grundastes derzirkulär umlaufenden Wellen in Rohren Fig. 3: das Diagramm der Abhängigkeit der Radienverhältnisse α vom Quotienten aus Phasengeschwindigkeit c undFig. 2: the diagram for the dispersion relations of the longitudinal base load of circularly circulating waves in tubes Fig. 3: the diagram of the dependence of the radii ratios α on the quotient of phase velocity c and
Rayleighgeschwindigkeit Cr Fig.4: das Diagramm für die Abhängigkeit der Hilfsgröße gi der Resonanzfrequenzpaaren und den Radienverhältnissen α.Rayleigh speed Cr Figure 4: the diagram for the dependence of the auxiliary variable gi of the resonant frequency pairs and the radii ratios α.
Die Frischdampfleitung 1 (Fig. 1) aus dem Werkstoff 12 Ch 1 MF mit der Isolierung 2, die im Neuzustand einen Außendurchmesser D = 240 mm sowie eine Wandstärke d = 32,0 mm aufwies, ist bereits über eine bestimmte Betriebszeit belastet worden. Es istzu ermitteln um wieviel die Wandstärke durch Korrosionsabtrag geschwächt worden ist. Für die Ermittlung der Wandstärke ist im interessierenden Meßbereich eine geringfügige lokale Entfernung eines Isolierungsteiles 3 erforderlich, damit die Baugruppe 4 auf die Oberfläche der Frischdampfleitung angeordnet werden kann. Die Baugruppe 4 enthält den Sender 5 und den Empfänger 6, die sich innerhalb der Baugruppe 4 in unmittelbarer Nähe in axialer Richtung verschoben befindet. Der Sender 5 ist dabei mit dem verstimmbaren Generator 7 sowie dem Frequenzmesser 8 und dem Empfänger 6 mit dem Sichtgerät 9, z. B. einem Oszillografen, verbundenThe main steam line 1 (FIG. 1) made of the material 12 Ch 1 MF with the insulation 2, which when new was an outer diameter D = 240 mm and a wall thickness d = 32.0 mm, has already been charged over a certain operating time. It is to be determined by how much the wall thickness has been weakened by corrosion erosion. For the determination of the wall thickness, a slight local removal of an insulating part 3 is required in the measuring range of interest, so that the assembly 4 can be arranged on the surface of the live steam line. The assembly 4 contains the transmitter 5 and the receiver 6, which is located within the assembly 4 in the immediate vicinity in the axial direction. The transmitter 5 is connected to the tunable generator 7 and the frequency meter 8 and the receiver 6 with the viewer 9, z. As an oscilloscope connected
Die Wirkungsweise ist folgende: The mode of action is the following:
Die geometrische Bedingung für die Anwendung der erfindungsgemäßen Wandstärkenbestimmung sind gegeben, da die Wellenlänge λ die gleiche Größenordnung wie der Außenradius R der Frieschdampfleitung 1 aufweist. Sender 5 und Empfänger 6 sind im direkten Kontakt mit der Frischdampfleitung gebracht. Der Frequenzbereich f für die Verstimmung des Generators 7 wird zwischen 5 und 40 kHz festgelegt und über den Sender 5 werden in der Frischdampfleitung zirkulär umlaufende elastische Wellen angeregt. Am Sicherheitsgerät 9 wird der Resonanzpeak, d. h. die maximale Verstärkung der angeregten Wellen, ermittelt.The geometric condition for the application of the wall thickness determination according to the invention are given because the wavelength λ has the same order of magnitude as the outer radius R of the Frieschdampfleitung 1. Transmitter 5 and receiver 6 are brought into direct contact with the live steam line. The frequency range f for the detuning of the generator 7 is set between 5 and 40 kHz and via the transmitter 5 in the live steam line circularly circulating elastic waves are excited. At the security device 9, the resonance peak, i. H. the maximum amplification of the excited waves, determined.
Diese Verstärkung ergibt sich, wenn die Gleichung X = ^-S. (1) erfüllt ist, wobei η die Ordnung der ResonanzfrequenzThis gain results when the equation X = ^ -S. (1) is satisfied, where η is the order of the resonance frequency
bedeutet.means.
Die berechneten Abhängigkeiten der Phasengeschwindigkeit von Wellenlänge (Dispersionsrelation) für zirkulär umlaufende elastische Wellen werden im genannten Frequenzbereich empfindlich von dem Verhältnis Innenradius Ri zu Außenradius R beeinflußt. Durch Messungen der Resonanzfrequenz fn sowie einer geeigneten Ermittlung der zugehörigen Ordnung η der Resonanz kann mit Hilfe der errechneten Dispersionsrelationen das Radienverhältnis α = r'/r bestimmt werden. Nach Messung des Durchmessers D errechnet sich die Wandstärke d zuThe calculated dependencies of the phase velocity of wavelength (dispersion relation) for circularly circulating elastic waves are sensitively influenced by the ratio of inner radius Ri to outer radius R in said frequency range. By measurements of the resonance frequency f n and a suitable determination of the associated order η of the resonance, the radius ratio α = r '/ r can be determined with the aid of the calculated dispersion relations. After measuring the diameter D, the wall thickness d is calculated to
Für diese Verstärkungen werden am Frequenzmesser 8 die Frequenzen fn angezeigt. In Form einer Meßreihe werden die Frequenzen fn ermittelt:For these gains, the frequencies f n are displayed on the frequency meter 8. The frequencies f n are determined in the form of a series of measurements:
fn Ordnungszahl ηf n ordinal number η
8766 48766 4
12 964 5 ' >12 964 5 '>
17 536 617 536 6
22275 722275 7
27138 827138 8
32056 9 32056 9
36988 10 Tabelle 136988 10 Table 1
Bei Kenntnis der in Tabelle 1 angegebenen Resonanzfrequenzen sowie der zugehörigen Ordnung η der Resonanz ist eine direkte Bestimmung des Radienverhältnisses α = r'/r aus der berechneten Dispersionsrelation möglich (Fig. 2). Hierzu müssen die Normierungsgrößen Rohrumfang U und Rayleighgeschwindigkeit CR des Werkstoffes bekannt sein. In diesem Fall genügt eine einzige Frequenzmessung. Daraus ergibt sich, daß die Phasengeschwindigkeit c des longitudiualen Grundastes der hier verwendeten zirkulär umlaufenden elastischen Wellen gerade im Bereich kleiner Ordnungen der Resonanz (und mithin kleiner Frequenzen) empfindlich von α = r'/r abhängt (Fig.2). Dies ist in einer umgezeichneten Darstellung (Fig.3) deutlich erkennbar (hier wurde über c/cr für einige ausgewählte Ordnungen η dargestellt).With knowledge of the resonant frequencies given in Table 1 as well as the associated order η of the resonance, a direct determination of the radii ratio α = r '/ r from the calculated dispersion relation is possible (FIG. 2). For this purpose, the normalization sizes tube circumference U and Rayleighgeschwindigkeit C R of the material must be known. In this case, a single frequency measurement is sufficient. It follows that the phase velocity c of the longitudinal base branch of the circularly circulating elastic waves used here depends sensitively on α = r '/ r, especially in the region of small orders of resonance (and thus small frequencies) (FIG. 2). This is clearly recognizable in a redrawn representation (FIG. 3) (in this case, it was shown over c / cr for a few selected orders η).
Die in Tabelle 1 aufgeführten Ordnungszahlen η der Resonanz werden in der Regel jedoch nicht direkt gemessen, so daß nachträglich mit Hifle geeigneter Verfahren eine Zuordnung der Resonanzfrequenzen fn und der Ordnungszahlen η erfolgen muß. Bekannt ist aber, daß die einzelnen fn lückenlos aufeinanderfolgende Resonanzen sind, d. h. die Ordnungszahlen sind in der Reihenfolge natürlicher Zahlen geordnet. Zur Ermittlung dieser Zuordnung kann mit Vorteil der Umstand ansgenutzt werden, daß die Phasengeschwindigkeit für η = 1 Null ist, d.h. die kleinstmögliche Frequenz minimal die Ordnung η = 2 haben kannHowever, the ordinal numbers η of the resonance listed in Table 1 are generally not measured directly, so that an assignment of the resonant frequencies f n and the ordinal numbers η must be carried out subsequently by means of suitable methods. However, it is known that the individual f n are completely consecutive resonances, ie the ordinal numbers are ordered in the order of natural numbers. To determine this assignment can be used advantage of the fact that the phase velocity for η = 1 is zero, ie the smallest possible frequency can have a minimum order η = 2
(Fig. 2). Bei Vorliegen mehrerer gemessener Resonanzfrequenzen (Anzahl N) können die Frequenzen zu M=: (^) Paaren(Figure 2). If several measured resonance frequencies (number N) are present, the frequencies can become M =: (^) pairs
geordnet werden. Fürjedes Paarf„, fm kann eine Hilfsgröße g= = i = 1,2... M, gebildet werden.be ordered. For every pair ", fm can be an auxiliary sizeg = = i = 1,2 ... M, are formed.
ι C (m) η · fm,ι C (m) η · fm,
Die Größe g, kann einerseits mittels der gemessenen Frequenz und einer zunächst willkürlichen Zuordnung der OrdnungszahlenThe size g, on the one hand by means of the measured frequency and an initially arbitrary assignment of ordinal numbers
errechnet werden, zum anderen ergibt sich g; = aus den berechneten Dispersionsrelationen (Fig. 3), wobei dieon the other hand, g results; = from the calculated dispersion relations (FIG. 3), the
c (Ct, m)c (Ct, m)
gleiche willkürlich getroffene Zuordnung der Ordnungszahlen zu verwenden ist.same arbitrarily taken assignment of ordinal numbers is to be used.
Bei der gesuchten korrekten Zuordnung besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Hilfsgröße gi für jedes Resonanzfrequenzpaar und dem Radienverhältnis α, wie für einige mögliche Kombinationeen n; m dargestellt ist (Fig.4).In the correct assignment sought, there is a clear relationship between the auxiliary variable gi for each resonant frequency pair and the radii ratio α, as for some possible combinations n; m is shown (Figure 4).
Da das Radienverhältnis für ein gegebenes Rohr konstant ist, muß sich mithin aus jeder Hilfsgröße g; das gleiche Radienverhältnis α ergeben.Since the radii ratio is constant for a given tube, therefore, every auxiliary variable g; give the same radii ratio α.
In einem Rechnerprogramm wird dementsprechend unter Verwendung der analytisch approxinierten Abhängigkeiten α von C/R aus denen sich die benötigten Hiifsgrößen g, errechnen lassen, die Zuordnung der Ordnungszahlen η zu den Resonanzfrequenzen, beginnend mitderRodnungszahl η = 2fürdie niedrigste Frequenz, solange schrittweise verändert, bis die sich aus der Hilfsgröße gi ergebenden Radienverhältnisse alle gleich sind. Die Zuordnung, für welche dies der Fall ist, ist die korrekte und das zugehörige Radienverhältriis ist das gesuchte Radienverhältnis.Accordingly, in a computer program, using the analytically approximated dependencies α of C / R from which the required auxiliary quantities g, can be calculated, the assignment of the atomic numbers η to the resonant frequencies, starting with the number of cycles η = 2 for the lowest frequency, is changed stepwise until the Radial ratios resulting from the auxiliary variable gi are all the same. The assignment, for which this is the case, is the correct one and the associated radius ratio is the desired radii ratio.
Bei dieser Vorgehensweise werden minimal 3 aufeinanderfolgende Resonanzfrequenzen benötigt (die Kenntnis der Normierungsgröße M und Cr ist zur Bestimmung des Radienverhältnisses nicht erforderlich). Die Verwendung von mehr als 3 Resonanzfrequenzen erhöht die Genauigkeit der Bestimmung der Radienverhältnisse α.In this approach, a minimum of 3 consecutive resonant frequencies are needed (knowledge of the normalization size M and Cr is not required to determine the radii ratio). The use of more than 3 resonance frequencies increases the accuracy of determining the radii ratios α.
Für die in Tabelle 1 dargestellten Resonanzfrequenzen wurde unter Verwendung der berechneten Dispersionsrelation ein mittleres Radienverhältnis von α = H\/n = 0,7397 ermittelt. Bei einem Außendurchmesser D = 240 mm beträgt damit die mittlereFor the resonance frequencies shown in Table 1, an average radii ratio of α = H / n = 0.7397 was determined using the calculated dispersion relation. With an outer diameter D = 240 mm, this is the mean
Wandstärke d = (1 —α)·=·= 31,2 mm. Bei einer Ausgangswandstärke von dD = 32,0mm wurden somit 0,8mm korrosiverWall thickness d = (1-α) · = · = 31.2 mm. At an initial wall thickness of d D = 32.0 mm 0.8 mm were thus more corrosive
Abtrag ermittelt.Removal determined.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:The invention achieves the following advantages:
1. Das erfindungsgemäße Verfahren und deren Anordnung ist in Verbindung mit der bekannten Umfangsbestimmung von Rohrleitungen mittels zirkulär umlaufenden elastischen Wellen besonders vorteilhaft anwendbar.1. The inventive method and its arrangement is particularly advantageous in connection with the known peripheral determination of pipes by means of circular circumferential elastic waves applicable.
2. Durch die Erfindung ist die Ermittlung der Wandstärke auch an Rohrleitungen der Chemieindustrie sowie der pneumatischen und hydraulischen Förderung möglich.2. By the invention, the determination of the wall thickness is also possible on pipes of the chemical industry and the pneumatic and hydraulic promotion.
3. Durch Anwendung der Erfindung ist nur eine lokale Entfernung der Isolierung an der Rohrleitung notwendig.3. By applying the invention, only a local removal of the insulation on the pipeline is necessary.
4. Durch die Erfindung ist eine nachträgliche „Nullmessung" der Wandstärke bei bereits montierten und isolierten Rohrleitungen möglich.4. The invention allows a subsequent "zero measurement" of the wall thickness in already installed and insulated piping.
Claims (4)
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Family Applications (1)
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