книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи
..pdfных, полученных по каналам телемеханики, так и на основе кон трольных измерений с применением образцовых средств измере ний давления, подачи, мощности, частоты вращения ротора насо са, плотности и вязкости перекачиваемой жидкости.
Измеряемые параметры и средства измерения:
давление на входе и выходе насосного агрегата измеряется штатными первичными преобразователями давления с точностью 0,6 % при использовании АСУ или образцовыми манометрами класса 0,25 или 0,4;
подача определяется по узлу учета, по объемам резервуаров с помощью переносных ультразвуковых расходомеров или другими способами;
мощность, потребляемая насосом, измеряется при помощи штатных первичных преобразователей мощности с точностью не ниже 0,6 %. При установившихся режимах для грубой оценки допускается определять мощность по счетчику потребляемой электроэнергии или вольтметру и амперметру;
частота вращения ротора замеряется датчиком частоты вра щения с точностью 0,5 %;
плотность и вязкость перекачиваемой жидкости определяются по узлам учета или в химлаборатории.
Замер параметров проводится только при установившемся (стационарном) режиме перекачки.
Контроль стационарности режима осуществляется по подаче (при возможности непосредственного измерения) или по давле нию на входе или выходе насосного агрегата. Колебания контро лируемого параметра не должны превышать ±3% от среднего значения.
Параметры измеряются при бескавитационном режиме работы насосного агрегата (контролируются при измерении вибрации и по давлению на входе в насос).
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ
Неработоспособность арматуры определяется крите риями отказов и предельных состояний.
Критериями отказов являются потеря герметичности по от ношению к внешней среде; пропуск среды в затворе сверх допус тимого; отсутствие рабочих перемещений запорного органа (за клинивание подвижных частей) при открытии и закрытии арма туры; увеличение времени срабатывания сверх допустимого; вы ход из строя электропривода.
Критериями предельных состояний являются разрушение или потеря плотности основного материала и сварных швов, измене ние геометрических размеров сопряженных деталей (из-за износа или коррозионного разрушения).
При достижении назначенного срока службы запорная арма тура подвергается переосвидетельствованию с целью определения ее технического состояния и возможности продления сроков экс плуатации.
Показатели надежности, критерии отказов и предельных со стояний указываются в паспортах на арматуру.
Диагностический контроль задвижки совмещают по срокам с капитальным ремонтом, а также осуществляют при выявлении чрезмерных напряжений на патрубках или возникновении пре дельных состояний.
Арматура подвергается испытаниям на прочность и плотность материалов и сварных швов, герметичность по отношению к внешней среде, герметичность затвора и работоспособность в со ответствии с требованиями ГОСТ 5762.
Испытание на прочность и плотность материала задвижки в сборе проводится при открытом затворе и заглушенных патруб ках давлением рар (р„р + 1,5рн, где рш- номинальное давление). Испытания на прочность и плотность проводятся при постоян ном давлении в течение времени, необходимого для осмотра за движки. Пропуск среды и потение сквозь металл и сварные швы не допускаются.
Испытание арматуры на герметичность по отношению к внешней среде проводится давлением 1,1 р„ в течение времени, необходимого для осмотра уплотнений и соединений. Проверяет ся герметичность верхнего уплотнения крышка-шпиндель при ослабленных креплениях сальникового уплотнения и полностью поднятом шпинделе задвижки. Проверяется герметичность саль никового уплотнения и прокладки между крышкой и корпу сом. Протечки среды не допускаются. Метод контроля визуаль ный.
|
|
|
Таблица 7.6 |
Испытание затвора на герметичность |
|
|
|
Номинальный раз |
Номинальное давление |
Параметр испытания затвора |
|
мер (условный про |
|||
ход) Dn, мм |
ри, МПа |
|
на герметичность |
|
|
|
|
й 80 |
а 0,1 |
Вода - |
давлением 1,1 рв или воз |
;> юо |
£5,0 |
дух - давлением 0,6±0,05 МПа |
|
£ 200 |
а 6,3 |
Вода - |
давлением 1,1 рп |
* 250 |
а 0,1 |
Минимальная продолжительность испытаний на герметичность затвора
Номинальный размер |
Минимальная продолжительность испытаний, с |
|
Dn, мм |
Уплотнение «металл по металлу» |
Неметаллическое |
|
уплотнение |
|
|
|
|
Dn £ 50 |
15 |
15 |
65 £ Д, £ 200 |
30 |
15 |
250 £ Д, <; 400 |
60 |
30 |
Dn <. 500 |
120 |
60 |
Испытание арматуры на герметичность затвора проводится в соответствии с табл. 7.6 и требованиями ГОСТ 9544.
Испытания на герметичность затвора проводятся после за крытия запорного органа способом, предусмотренным в техниче ских условиях на конкретный вид арматуры.
Минимальная продолжительность испытания на герметич ность затвора приведена в табл. 7.7.
Максимально допустимые значения протечек в затворе по классам герметичности указаны в табл. 7.8.
Для определения технического состояния корпуса и сварных швов задвижки применяются акустико-эмиссионный (АЭ), ульт развуковой (УЗК) и другие методы неразрушающего контроля.
Испытание на работоспособность арматуры осуществляется включением электропривода на определенное число циклов «от крыто - закрыто». Подвижные детали должны перемещаться без рывков, заеданий и заклинивания. Проверяется ручное управле ние задвижкой вращением штурвала в обе стороны. В закрытом состоянии задвижка подвергается перепаду давления, которое устанавливается согласно инструкции по эксплуатации заводаизготовителя. Также проверяются плавный ход движения затвора задвижки, работа электропривода с дистанционным и местным управлением, путевые выключатели на отключение электродви гателя при достижении запорным органом арматуры крайних положений, настраиваются моментные выключатели - на отк-
Таблица 7.8
Максимально допустимые протечки (в смэ/мин) в затворе при различных испытательных средах
Испытательная среда
Вода
Воздух
Класс герметичности |
|
|
|
|||
А |
В |
|
|
С |
D |
|
Нет видимых протечек |
0,0006 Da |
|
оЪ |
00^Оо |
о |
|
Истечение отсутствует |
0,018 Dn |
о |
Р—► |
о ООО |
в |
лючение электродвигателя при достижении электроприводом арматуры предельного значения крутящего момента при заеда нии запорного органа или подвижных частей арматуры. При этом контролируются время действия и сила тока электроприво да, которые должны находиться в пределах номинальных зна чений.
При нормальной работе запорно-регулирующего органа кру тящий момент Мкр не должен отклоняться от номинального бо лее чем на 10 %.
7.3. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЕФЕКТОСКОПИИ МАТЕРИАЛА ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
Дефектоскопия - это область знаний, охватывающая теорию, методы и технические средства определения дефектов в материале контролируемых объектов, в частности в материале деталей машин и элементов металлоконструкций.
Дефектоскопия является составной частью диагностики тех нического состояния оборудования и его составных частей. Рабо ты, связанные с выявлением дефектов в материале элементов оборудования, совмещаются с ремонтами и техническим обслу живанием или выполняются самостоятельно в период техниче ского осмотра. Для выявления скрытых дефектов в конструкци онных материалах используются различные методы неразру шающего контроля (дефектоскопии).
Известно, что дефекты в металле являются причиной измене ния его физических характеристик: плотности, электропроводно сти, магнитной проницаемости, упругих и других свойств. Ис следование этих характеристик и обнаружение с их помощью дефектов составляет физическую сущность методов неразру шающего контроля. Эти методы основаны на использовании проникающих излучений рентгеновских и гамма-лучей, магнит ных и электромагнитных полей, колебаний, оптических спектров, явлений капиллярности и других.
Согласно ГОСТ 18353 методы неразрушающего контроля классифицируют по видам: акустические, магнитные, оптические, проникающими веществами, радиационные, радиоволновые, теп ловые, электрические, электромагнитные. Каждый вид представ ляет собой условную группу методов, объединенных общностью физических характеристик.
Выбор вида дефектоскопии зависит от материала, конструк ции и размеров деталей, характера выявляемых дефектов и усло вий дефектоскопии (в мастерских или на машине). Основными качественными показателями методов дефектоскопии являются чувствительность, разрешающая способность, достоверность ре зультатов. Чувствительность - наименьшие размеры выявляе мых дефектов; разрешающая способность - наименьшее расстоя ние между двумя соседними минимальными выявляемыми де
фектами, измеряется в единицах длины |
или числом линий на |
1 мм (мм-1). Достоверность результатов - |
вероятность пропуска |
дефектов или браковки годных деталей. |
|
Акустические методы основаны на регистрации параметров упругих колебаний, возбужденных в исследуемом объекте. Эти методы широко применяются для контроля толщины деталей, сплошности (трещин, пористости, раковин и т.п.) и физико механических свойств (зернистости, межкристаллитной корро зии, глубины закаленного слоя и др.) материала. Контроль вы полняется на основании анализа характера распространения зву ковых волн в материале детали (амплитуды, фазы, скорости, угла преломления, резонансных явлений). Метод пригоден для дета лей, материал которых способен упруго сопротивляться дефор мациям сдвига (металлы, фарфор, оргстекло, некоторые пласт массы).
В зависимости от частоты акустические волны подразделяют на инфракрасные - с частотой до 20 Гц, звуковые (от 20 до 2x104 Гц), ультразвуковые (от 2104 до 109 Гц) и гиперзвуковые (свыше 109 Гц). Ультразвуковые дефектоскопы работают с часто той ультразвуковых колебаний (УЗК) от 0,5 до 10 МГц.
Упругие волны характеризуются следующими параметрами: длиной, частотой, скоростью распространения, амплитудой вол ны, акустическим давлением, смещением, скоростью и ускорени ем частиц среды, энергией волны.
Для обнаружения различных дефектов применяют различные сэсемы прозвучиванИя. В зависимости от назначения, метода ди агностирования, объекта и дефектов применяют различные пье зоэлектрические Преобразователи (датчики излучения и приема ультразвуковых волн). Пьезоэлектрические датчики различаются формой, направленностью ультразвуковой волны.
Для наглядности и большей информативности результатов звукового анализа Дефектов в материале применяют методы ультразвуковой Интроскопии, основанные на преобразовании полЛ акустических сигналов в оптическое изображение на экране дисплея (интегральные методы получения изображений, скани рование фокусирующими преобразователями, стробоскопические
эффекты, методы вычислительной томографии, топографические методы и др.).
Акустические методы подразделяют на активные, основанные на излучении и приеме волн (теневой, резонансный, эхо импульсный, велосимметрический методы), и пассивные, осно ванные на приеме колебаний волн исследуемого объекта (аку стической эмиссии, виброшумодиагностические методы).
На ремонтных предприятиях нефтегазовой отрасли широко применяют ультразвуковую дефектоскопию. Сущность ее заклю чается в способности ультразвуковых колебаний приникать вглубь материала контролируемого изделия и отражаться от де фектов, являющихся нарушением сплошности материала.
Ультразвуковыми колебаниями принято называть упругие механические колебания с частотой более 20 кГц. Для излучения
иприема ультразвуковых колебаний обычно используют пьезо электрические преобразователи-пластинки, изготовленные из мо нокристаллов кварца, сульфата лития и других материалов.
При внесении пьезоэлемента в электрическое поле в нем воз никают упругие деформации, величина и направление которых зависят от параметров электрического поля. Указанный процесс является строго обратимым, т.е. если на пьезоэлемент действует переменное напряжение, изменяющееся по определенному зако ну, то и возникающее электрическое напряжение подчиняется этому же закону. Подобное явление называется пьезоэлектри ческим эффектом.
Ультразвуковые колебания распространяются в виде узких направленных пучков. Они могут отражаться, преломляться и фокусироваться. При падении на границу раздела двух фаз, об ладающих различным акустическим сопротивлением, в том числе нарушенной сплошности материала (трещин, раковин, расслое ний и др.), часть ультразвуковых колебаний отражается, причем угол падения равен углу отражения, а остальная часть УЗК Про ходит во вторую среду, преломляясь в ней. Направленность УЗК
испособность их отражаться от границы раздела двух сред ис пользуются для выявления в материалах трещин, расслоений, пор, газовых и шлаковых включений и измерения толщины де талей.
Ультразвуковая дефектоскопия осуществляется тремя основ ными методами: теневым, резонансным и эхо-методом.
Теневой метод основан на появлении за дефектом «звуковой тени» при прохождении ультразвука через деталь, помещенную между излучателем колебаний и приемным устройством. На рис. 7.8 изображена схема дефектоскопа, работающего по прин ципу теневого метода. Высокочастотные электрические колоба-
а |
6 |
Рис. 7.8. Схема ультразвукового дефектоскопа, работающего по теневому ме тоду:
а ~ без дефекта; б - с дефектом; 1 - генератор; 2 - преобразователь пьезоэлек трический; 3 ~ контролируемая деталь; 4 - ультразвуковые колебания; 5 ~ пре образователь приемный пьезоэлектрический; 6 ~ дефект; 7 - прибор регистри
рующий
ния, вырабатываемые генератором 1, подаются на пьезоэлектри ческий преобразователь 2, в котором преобразуются в механиче ские колебания ультразвуковой частоты. При плотном соприкос новении преобразователя 2 с поверхностью контролируемой де тали 3 колебания (волны) 4 распространяются вглубь материала детали, достигают при отсутствии дефекта приемного пьезоэлек трического преобразователя 5 и регистрируются прибором 7. Ес ли на пути ультразвуковых колебаний встречается дефект б, то они отражаются от него и не попадают на приемный преобразо ватель 5, т.е. за дефектом образуется «звуковая тень». При этом на регистрирующем приборе 7 отсутствуют показания, что сви детельствует о наличии дефекта.
Применяются также временной теневой и зеркально-теневой методы.
Временной теневой метод основан на запаздывании импульса, вызванного огибанием дефекта.
Зеркально-теневой метод основан на ослаблении сигнала, от раженного от противоположной поверхности изделия (донный эффект).
Резонансный метод основан на возникновении стоячих волн в материале контролируемой детали при совпадении частоты коле
баний, создаваемых в детали внешним источником, с частотой собственных колебаний детали. Резонансным методом выявляют коррозионные раковины, расслоения в металле и другие повреж дения.
Наибольшее применение для контроля материала деталей по лучил импульсный эхо-метод, основанный на принципе посылки в материал контролируемой детали ультразвуковых колебаний и приеме отраженных волн.
На рис. 7.9 приведена блок-схема импульсного эхо-дефек- тоскопа. Импульсы электромагнитных колебаний определен ной частоты, вырабатываемые импульсным генератором б, по ступают на пьезоэлектрический преобразователь 3 искательной головки, который под их действием деформируется и излучает упругие механические колебания ультразвуковой частоты. При соприкосновении пьезоэлектрического преобразователя 3 с по верхностью контролируемой детали 1 через слой контактной смазки ультразвуковые колебания распространяются внутрь ма териала детали и, достигнув противоположной стороны детали или дефекта 5, отражаются от них. Отраженные импульсы по ступают на приемный пьезоэлектрический преобразователь 2, находящийся в той же искательной головке, где вновь преобра зуются в электрические сигналы, которые, пройдя через усили-
Начальный Импульс, отраженный
Рис. 7.9. Схема ультразвукового эхо-дефектоскопа:
1 - контролируемая деталь; 2 - приемный преобразователь пьезоэлектрический; 3 ~ преобразователь пьезоэлектрический; 4 - усилитель; 5 ~ трубка электронно
лучевая; о - генератор импульсный; 7 - генератор основной развертки; 8 - де
фект
тель 4, поступают на электронно-лучевую трубку 5. Одновремен но с пуском импульсного генератора 6 включается генератор ос новной развертки 7, который предназначен для получения на экране электронно-лучевой трубки горизонтальной развертки луча во времени.
Таким образом, на экране электронно-лучевой трубки фикси руются колебания основной развертки, слившиеся в одну сплошную горизонтальную линию, и пики эхо-сигналов - от по верхности входа в исследуемый материал (начальный импульс), от дефекта и от противоположной поверхности детали (донный импульс). Расстояния 1\ и /2, на которых расположены импульс дефекта и донный импульс по отношению к начальному импуль су соответствуют глубине залегания дефекта и толщине изделия. По амплитуде эхо-сигнала, отраженного от дефекта, судят о раз мере дефекта.
Окончательное заключение о координатах, форме и размерах дефекта, например, трещины, дается после его прозвучивания по нормали к поверхностям детали и под различными углами к ним (рис. 7.10). Амплитуда эхо-сигнала будет наибольшей, когда им пульсы ультразвуковых колебаний направлены по нормали к поверхности дефекта (поз. а). По мере увеличения угла а между нормалью к поверхности дефекта и направлением импульсов ультразвуковых колебаний амплитуда эхо-сигнала уменьшается (поз. Ь) и примет нулевое значение, когда направление импуль сов и трещины совпадут (поз. с). Если отражающая поверхность дефекта достаточно велика, то по форме огибающей эхо-сигнала, наблюдаемого на экране электронно-лучевой трубки, можно су дить о расположении трещины в материале.
Рис. 7.10. Влияние направления импульсов ультразвуковых колебаний на величину эхо-сигнала от дефекта
Искательные головки (рис. 7.11) разделяют на три типа: пря мые, наклонные и раздельно-совмещенные. Первые предназначе ны для ввода в изделие продольных звуковых волн, перпендику лярных к поверхности изделия, вторые - для ввода в изделие комбинаций УЗК с преобладанием (в зависимости от поставлен ной цели) поверхностных, продольных или поперечных волн и третьи - для ввода пучка продольных волн под определенным углом к плоскости, перпендикулярной к поверхности детали.
Тип волны зависит от угла ввода, который может изменяться. Применение таких головок дает возможность обнаруживать не только внутренние дефекты, но и наружные, например, усталост ные трещины различного характера.
Основным элементом всех искательных головок служит пье зопластина. Ее толщина равна половине длины волны излучае мых ультразвуковых колебаний.
Перед выполнением дефектоскопии поверхности детали, по которым производится контроль, должны быть очищены от за грязнений. Чтобы обеспечить надежный акустический контакт искательной головки с поверхностью детали без воздушных про межутков, на поверхность детали, контактирующую с искатель ной головкой, наносят слой масла. Чем больше криволинейность поверхности и выше температура, тем более вязкие масла следу ет применять в качестве контактной жидкости.
Дефектоскопию цилиндрических и конических, наружных и внутренних резьб бурильных и эксплуатационных труб и
Рис. 7.11. Схемы ультразвуковых преобразователей искательных головок:
а ~ прямая; б - наклонная; в - раздельно-совмещенная; 1 - корпус; 2 - демп фер; J ~ пьезопластина; 4 ~ защитное донышко (протектор); 5 - призма; 6 - токопровод; 7 - акустический экран