RU2704146C1

RU2704146C1 - Method of acoustic emission monitoring of vessels operating under pressure

Info

Publication number: RU2704146C1
Application number: RU2019101026A
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Бехер; Артём Антонович Попков
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2019-10-24

Abstract

FIELD: diagnostics of pipelines.

SUBSTANCE: use: for diagnostics of vessels and pipelines operating under pressure, by acoustic emission method. Summary of invention consists in the fact that preliminary study of acoustic properties of the monitoring object is carried out, then primary converters are installed, efficiency of acoustic emission equipment is checked and channels are calibrated, acoustic emission signals are recorded, determining the coordinates of developing defects and determining their degree of danger, initially loading the controlled object to 5 % of the test pressure, detecting acoustic emission, dividing it into signals of equal duration, for each signal, determining maximum amplitude, span, number of zero line crossings and number of local amplitude maxima, recording signals with noise and/or interference, recording them in database, then continuing loading to test pressure, parameters of each signal are compared with parameters from the database and in case of similarity, the signal is considered to be non-informative.

EFFECT: technical result is enabling expansion of technological control capabilities of structural elements subjected to interference effects, including electromagnetic ones.

1 cl, 2 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики сосудов и трубопроводов, работающих под давлением, методом акустической эмиссии.The invention relates to the field of technical diagnostics and non-destructive testing and can be used for the diagnosis of vessels and pipelines operating under pressure by acoustic emission.

Известен способ (см. патент RU №2226272 от 09.08.1999) диагностирования сосудов, работающих под давлением, заключающийся в том, что предварительно проводят исследование акустических свойств резервуара, определяют скорость распространения волн напряжений, степень затухания, тип колебаний, размещают на объекте контроля первичные преобразователи, используя полученные данные, нагружают объект контроля, регистрируя сигналы акустической эмиссии 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 регистрацию возобновляют после полного затухания колебаний, вызванных импульсами акустической эмиссии, о техническом состоянии объекта контроля судят по сигналам акустической эмиссии.A known method (see patent RU No. 2226272 from 08/09/1999) for diagnosing vessels operating under pressure, which consists in preliminarily conducting a study of the acoustic properties of the reservoir, determining the propagation velocity of the stress waves, the degree of attenuation, the type of oscillation, and placing primary the transducers, using the data obtained, load the test object by recording acoustic emission signals until the first false acoustic emission pulse arrives at the primary transducer, processing vayut acoustic emission signals, wherein the processing time to block the apparatus, the recording of acoustic emission signals and the recording is resumed after the complete damping of oscillations caused by the pulses of acoustic emission, of the technical state of the control object is judged by the acoustic emission signals.

Недостатком данного способа является недостаточная точность и достоверность обнаружения дефектов при контроле технического состояния резервуаров, работающих под давлением, что обусловлено невозможностью обнаружения и оценки параметров сквозных дефектов, излучающих непрерывный шум, так как после принятия первого акустико-эмиссионного сигнала аппаратура блокируется до полного затухания колебаний.The disadvantage of this method is the lack of accuracy and reliability of defect detection when monitoring the technical condition of pressure tanks, due to the inability to detect and evaluate the parameters of through defects emitting continuous noise, since after the first acoustic emission signal is received, the equipment is blocked until the oscillations are completely damped.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ (см. патент RU №2431139 от 10.10.2011) акустико-эмиссионного контроля сосудов, работающих под давлением, заключающийся в том, что проводят предварительное исследование акустических свойств объекта контроля, затем устанавливают первичные преобразователи, проверяют работоспособность акустико-эмиссионной аппаратуры и проводят калибровку каналов, далее объект контроля нагружают до испытательного давления и одновременно регистрируют сигналы акустической эмиссии, превышающие установленные пороги, определяют параметры этих сигналов, по которым определяют координаты развивающихся дефектов и судят об их степени опасности, при этом в процессе нагружения резервуара дополнительно через равные интервалы времени измеряют среднеквадратическое значение амплитуды сигналов со всех первичных преобразователей, по которым для каждого последующего интервала времени устанавливают пороги и определяют площадь сквозных дефектов.Closest to the proposed solution is a method (see patent RU No. 2431139 of 10.10.2011) of acoustic emission monitoring of vessels operating under pressure, which consists in conducting a preliminary study of the acoustic properties of the test object, then installing the primary transducers, checking the performance of the acoustic -emission equipment and calibrate the channels, then the control object is loaded to the test pressure and at the same time acoustic emission signals exceeding those established e thresholds, determine the parameters of these signals, according to which the coordinates of developing defects are determined and their degree of danger is judged, while in the process of loading the tank, the mean-square value of the signal amplitude from all primary transducers is additionally measured at equal time intervals, according to which, for each subsequent time interval, thresholds and determine the area of through defects.

Недостатком способа, принятого за прототип, является невозможность контроля в том случае, если в процессе контроля возникают сигналы от источников шумов и помех, в том числе электромагнитных, амплитуды которых выше порогового уровня.The disadvantage of the method adopted for the prototype is the inability to control if during the control process there are signals from sources of noise and interference, including electromagnetic ones, whose amplitudes are above the threshold level.

Техническая задача - расширение технологических возможностей акустико-эмиссионного контроля элементов конструкции, подверженных в процессе эксплуатации воздействиям помех, в том числе электромагнитных, амплитуды которых могут быть значительно выше, чем амплитуды сигналов от источников акустической эмиссии.The technical task is to expand the technological capabilities of acoustic emission monitoring of structural elements that are exposed to interference during operation, including electromagnetic ones, the amplitudes of which can be significantly higher than the amplitudes of signals from acoustic emission sources.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе акустико-эмиссионного контроля сосудов, работающих под давлением, заключающемся в том, что проводят предварительное исследование акустических свойств объекта контроля, затем устанавливают первичные преобразователи, проверяют работоспособность акустико-эмиссионной аппаратуры и проводят калибровку каналов, регистрируют сигналы акустической эмиссии, определяют координаты развивающихся дефектов и судят об их степени опасности, сначала нагружают контролируемый объект до 5% от испытательного давления, непрерывно регистрируют акустическую эмиссию, разбивают ее на сигналы одинаковой длительности, для каждого сигнала определяют параметры: максимальную амплитуду, размах, количество пересечений нулевой линии и количество локальных максимумов амплитуды, определяют и отмечают сигналы с шумами и/или помехами, после чего фиксируют параметры отмеченных сигналов в базе данных, затем продолжают нагружение до испытательного давления, сравнивают параметры каждого сигнала с параметрами из базы данных и в случае подобия считают сигнал не информативным.The problem is solved due to the fact that in the method of acoustic emission monitoring of vessels operating under pressure, which consists in the fact that they conduct a preliminary study of the acoustic properties of the test object, then establish primary transducers, check the operability of acoustic emission equipment and conduct calibration of channels, register acoustic emission signals, determine the coordinates of developing defects and judge their degree of danger, first load the controlled object to 5% of the total test pressure, the acoustic emission is continuously recorded, it is divided into signals of the same duration, for each signal the parameters are determined: maximum amplitude, amplitude, number of zero line crossings and the number of local amplitude maxima, signals with noise and / or noise are detected and marked, and then recorded parameters of the marked signals in the database, then continue loading to the test pressure, compare the parameters of each signal with the parameters from the database and in case of similarity melting signal is not informative.

Предложенный способ реализуется следующим образом. Проводят предварительное определение акустических свойств материала контролируемого объекта: скорость ультразвуковых волн и коэффициент затухания. После этого на поверхность объекта устанавливают преобразователи акустической эмиссии. Производят воздействие имитатором Су-Нильсена в непосредственной близости от преобразователей с целью определения работоспособности каждого канала и акустико-эмиссионной аппаратуры в целом. Производят нагружение до 5% от испытательного давления, и одновременно регистрируют непрерывную акустическую эмиссию с помощью акустико-эмиссионной системы с частотой дискретизации не менее 2 МГц. Информацию, зарегистрированную в процессе непрерывной регистрации акустической эмиссии, разбивают на сигналы длительностью n микросекунд. Для каждого сигнала в автоматическом режиме определяют параметры: максимальная амплитуда, размах, количество пересечений нулевой линии и количество локальных максимумов амплитуды. После этого обнаруживают сигналы, содержащие шумы и/или помехи и фиксируют их параметры в базе данных. Затем продолжают нагружение до испытательного давления. В процессе нагружения сравнивают параметры сигналов с уже имеющимися в базе, и в случае их подобия считают сигнал не информативным. После этого по информативным сигналам определяют координаты источников с использованием алгоритмов плоскостной или линейной локации, а также степень опасности источников.The proposed method is implemented as follows. A preliminary determination of the acoustic properties of the material of the controlled object is carried out: the speed of ultrasonic waves and the attenuation coefficient. After that, acoustic emission transducers are installed on the surface of the object. They produce an impact by the Su-Nielsen simulator in the immediate vicinity of the transducers in order to determine the operability of each channel and acoustic emission equipment as a whole. Up to 5% of the test pressure is loaded, and continuous acoustic emission is recorded simultaneously using an acoustic emission system with a sampling frequency of at least 2 MHz. The information recorded during the continuous recording of acoustic emission is broken down into signals of duration n microseconds. For each signal in the automatic mode, the parameters are determined: the maximum amplitude, range, the number of intersections of the zero line and the number of local amplitude maxima. After that, signals containing noise and / or interference are detected and their parameters are recorded in the database. Then continue loading to the test pressure. In the process of loading, the parameters of the signals are compared with those already available in the database, and in case of their similarity, the signal is considered not informative. After that, the coordinates of sources are determined by informative signals using algorithms of planar or linear location, as well as the degree of danger of sources.

Предложенный способ был экспериментально опробован в процессе контроля технологического трубопровода для транспортировки жидкого пропилена. Преобразователи акустической эмиссии устанавливались на участок трубы из стали 09Г2С диаметром 32 мм и толщиной стенки 2 мм длиной 18 метров. На участке трубопровода располагались два фланцевых соединения с условным проходом 25 мм. В качестве рабочего тела использовался азот. Испытания проводились при величине испытательного давления 22 кгс/см². В процессе нагружения до 5% от испытательного давления (до 1,1 кгс/см²⁾, было выявлено два преобладающих источника шумов и/или помех -электромагнитные помехи и шум от поступления испытательной среды в трубопровод. Всего было выявлено 12 сигналов, содержащих шум и/или помехи. Параметры сигналов приведены в таблице 1. Из отмеченных, пяти сигналов №№1, 4, 8, 11 и 12 (см. табл. 1) соответствовали электромагнитным помехам, которые отличались редкими и непродолжительными во времени высокоамплитудными импульсами. Форма сигнала от электромагнитной помехи приведена на фиг. 1. Остальные семь сигналов: №№2, 3, 5, 6, 7, 9 и 10 (см. табл. 1) соответствовали шумам, возникающим в процессе нагружения, которые отличались высокой частотой и одинаковым уровнем амплитуды. Форма сигнала от шумов нагружения приведена на фиг. 2. Параметры сигналов: максимальная амплитуда, размах, количество пересечений нулевой линии, количество локальных максимумов амплитуды были занесены в базу данных. После этого продолжалось нагружение до испытательного давления. Сигналы, параметры которых подобны параметрам, занесенным в базу данных, считаются неинформативными и не использовались для определения координат источников и степени их опасности.The proposed method was experimentally tested in the process of controlling a process pipeline for transporting liquid propylene. Acoustic emission transducers were installed on a pipe section made of 09G2S steel with a diameter of 32 mm and a wall thickness of 2 mm with a length of 18 meters. Two flange connections with a conditional passage of 25 mm were located on the pipeline section. Nitrogen was used as a working fluid. The tests were carried out at a test pressure of 22 kgf / cm ² . In the process of loading up to 5% of the test pressure (up to 1.1 kgf / cm ²⁾ , two predominant sources of noise and / or interference were detected - electromagnetic interference and noise from the test medium entering the pipeline. In total, 12 signals containing noise and / or interference were detected. The parameters of the signals are shown in Table 1. Of the five, five signals No. 1, 4, 8, 11, and 12 (see Table 1) corresponded to electromagnetic interference, which differed in rare and short-time high-amplitude pulses. The waveform from electromagnetic interference is shown in FIG. 1. The remaining seven signals: Nos. 2, 3, 5, 6, 7, 9, and 10 (see Table 1) corresponded to noise arising during loading, which were distinguished by a high frequency and the same amplitude level. The waveform of the loading noise is shown in FIG. 2. Signal parameters: maximum amplitude, range, number of zero-line intersections, number of local amplitude maxima were entered into the database. After this, loading to the test pressure continued. Signals whose parameters are similar to those entered in the database are considered uninformative and were not used to determine the coordinates of the sources and the degree of their danger.

В процессе нагружения при давлении 5,5 кгс/см² были зарегистрированы сигналы акустической эмиссии с параметрами, отличными от параметров, зафиксированных в базе данных (см. табл. 2). Координаты источника акустической эмиссии были определены с использованием алгоритмов линейной локации по разностям прихода сигналов на два преобразователя, расположенных с разных сторон от источника по формуле х=0,5⋅с⋅t, где с - скорость распространения акустической волны в контролируемом объекте, м/с; t - разность времен прихода сигнала акустической эмиссии на датчики, с. Координаты источника акустической эмиссии и визуальный контроль области излучения акустической эмиссии показал, что источником сигналов являлось фланцевое соединение, через которое происходила утечка рабочего тела.During loading at a pressure of 5.5 kgf / cm ² , acoustic emission signals were recorded with parameters different from those recorded in the database (see table 2). The coordinates of the acoustic emission source were determined using linear location algorithms according to the differences in the arrival of signals to two transducers located on different sides of the source using the formula x = 0.5⋅с⋅t, where c is the acoustic wave propagation velocity in the controlled object, m / from; t is the difference in the times of arrival of the acoustic emission signal to the sensors, s. The coordinates of the acoustic emission source and visual inspection of the acoustic emission region showed that the signal source was a flange connection through which the working fluid leaked.

Применение способа, использованного в качестве прототипа, позволило обнаружить описанный дефект при давлении 12 кгс/см^2,, когда амплитуда сигнала от утечки превысила величину шумов от нагружения.The application of the method used as a prototype, allowed to detect the described defect at a pressure of 12 kgf / cm ² , when the amplitude of the signal from the leak exceeded the value of noise from loading.

Таким образом, применение предложенного способа позволяет обнаруживать источники акустической эмиссии при меньших величинах нагрузки, что снижает вероятность разрушения контролируемого объекта в процессе пневматических испытаний.Thus, the application of the proposed method allows to detect sources of acoustic emission at lower load values, which reduces the likelihood of destruction of the controlled object in the process of pneumatic tests.

Claims

The method of acoustic emission monitoring of vessels operating under pressure, which consists in conducting a preliminary study of the acoustic properties of the test object, then installing the primary transducers, checking the operability of the acoustic emission equipment and calibrating the channels, recording acoustic emission signals, determining the coordinates of developing defects and judge their degree of danger, characterized in that they first load the controlled object to 5% of the test pressure, continuously о register acoustic emission, divide it into signals of the same duration, for each signal determine the parameters: maximum amplitude, range, number of zero line crossings and the number of local amplitude maxima, determine signals with noise and / or noise, and then record the parameters of the marked signals in the database, then continue loading to the test pressure, compare the parameters of each signal with the parameters from the database and in case of similarity consider the signal uninformative.