Контроль пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів акустичними методами

Abstract

Наведено результати аналізу проблеми підвищення надійності та безпеки експлуатації магістральних трубопроводів і доведено, що традиційні методи, які грунтуються на точковому контролі чи із застосуванням інспекційних снарядів є недостатньо ефективними та малодостовірними, а теоретичні засади та методи, що використовують ультразвукові спрямовані хвилі недостатньо розвинуті. Для розвитку теорії поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль та методів неруйнівного контролю фізико-механічних параметрів магістральних трубопроводів розроблено ряд математичних моделей, що описують поширення цих хвиль та забезпечують теоретичне обґрунтування для вперше запропонованих методів контролю величини напружено-деформованого стану, наявності дефектів та значення пружних констант стінок трубопроводів модами спрямованих кільцевих хвиль. Розробленими математичними моделями є моделі опису поширення горизонтально-поляризованих та мод типу Лемба ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінках магістральних трубопроводів, модель поширення мод цих хвиль в частотній області та модель опису процесу генерування ультразвукової спрямованої кільцевої хвилі чутливим елементом. Вперше розроблено метод неперервного контролю товщини стінок магістральних трубопроводів в натурних умовах їх експлуатації об’ємними ультразвуковими хвилями. Для розроблення нових методів контролю дефектів розроблено теоретичні основи і методологія оцінювання та прогнозування параметрів термоакустичного явища. Розроблено пристрої, що реалізують запропоновані методи контролю та проведено їх лабораторні та натурні випробування.

The analysis results of increasing reliability and safety of pipelines operation is presented. It is proved that the traditional methods based on control in a point or inspection pigs are not both sufficiently effective and trustworthiness. It is proved that theoretical principles and methods that use ultrasound guided waves are not sufficiently developed. To develop both the theory of ultrasonic circumferential waves propagation and non-destructive testing methods of physical and mechanical parameters of the main pipelines are developed a set of mathematical models describing the propagation of these waves and providing a theoretical foundation for the, first time proposed methods to control tihe value of the stress-strain state, the presence of defects and the values of elastic constants of the walls pipeline by means of modes of circumferential waves. Developed mathematical models are models describing the propagation of horizontally-polarized modes and Lamb-type ultrasonic modes of circumferential waves in the walls of pipelines; a model of propagation of these waves in the frequency domain and a model describing the process of generating of ultrasonic circumferential waves by a sensor.

It is developed for the first time a method of continuous control of wall thickness of main pipelines in operation conditions by means of bulk ultrasonic waves. To develop new methods of flaw detection it is developed the theoretical basis, methodology of assessment and forecasting of parameters of thermoacoustic phenomena. Devices that implement the proposed testing methods are manufactured. Laboratory and field tests are fulfilled.