Устройство для дефектоскопии трубопроводов
Полезная модель относится к средствам радиометрического контроля протяженных трубопроводов с использованием диагностирующего гамма-излучения.
Устройство для дефектоскопии трубопроводов включает излучатель с источником питания и с системой обслуживания, гибкий разъемный бандаж для охвата трубопровода, на котором на ободе, имеющем контактные к бандажу ролики, установлена сканирующая система детекторов гамма-излучения, в виде, по крайней мере, одной линейки. Сканирование производят путем перемещения детекторов по окружности трубопровода в пределах заданных секторов с обеспечением перекрытия границ секторов. При этом один из детекторов связан с приводом перемещения и является ведущим, остальные детекторы перемещаются пассивно за счет жесткости обода, составленного жесткими шарнирами. Обод не замкнут и связан с бандажом гибкой связью, которая позволяет ободу перемещаться при замкнутом бандаже. Устройство содержит также подвижную тележку на опорах, имеющую рычаги для подхвата разомкнутого бандажа с ободом и перемещения их вместе с детекторами вдоль трубопровода. Регистрация диагностирующего гамма-излучения производится по сцинтилляциям на чувствительном элементе детектора, который сопряжен с фотодиодом, электрический сигнал поступает в многоканальный регистратор и далее в периферийное вычислительное устройство.
Устройство позволяет контролировать стенки трубопроводов толщиной 6-150 мм с возможным распознаванием типа дефекта (непровары шва, посторонние включения).
Полезная модель относится к средствам неразрушающего контроля трубчатых изделий и может быть применено, преимущественно, при инспекции трубопроводов различного назначения.
Известно устройство для неразрушающего контроля качества кольцевых сварных швов магистральных подводных трубопроводов, включающее дефектоскоп, выполненный с возможностью изолирования от внешней среды посредством помещения в камеру, и чувствительный элемент - пленку, снабженную изолирующей оболочкой /РФ, п. 2196978, G 01 N 23/02, G 01 N 23/18, приор. 27.11.2000, публ. 20.01.2003, ООО «Севергазпром» ОАО «Газпром»/.
Устройство статично, для обследования достаточно длинного участка трубопровода требуется значительное время для переустановки чувствительного элемента, перемещения дефектоскопа.
Известен гамма-дефектоскоп, включающий радиационную головку с блоком защиты, блокировочные устройства, источник гамма-излучения, закрепленного на гибком держателе, ручной привод с зубчатым тросом для перемещения источника с гибким держателем по присоединяемому к радиационной головке ампулопроводу к объекту контроля /РФ, пат. №2172485, МПК G 01 N 23/18, приор. 02.06.2000, ВНИИ технической физики и автоматизации/.
Устройство отличается мобильностью за счет обеспечения возможности перемещения источника излучения, характеризуется высокой проникающей способностью диагностирующего гамма-излучения, однако оно не может быть применено для контроля крупномасштабных объектов из-за использования ручного привода.
Известно устройство для дефектоскопии трубопроводов, а именно, самоходный рентгеновский дефектоскоп, содержащий тележку с установленным на ней электродвигателем, двухканальный детектор, источник питания, рентгеновский излучатель, таймер экспозиции, электронную систему управления экспозицией и движением тележки /СССР, а.с. 1436034, G 01 N 23/18, приор. 21.02.84, ЛенНПО «Буревестник»/. Известное устройство позволяет проводить дефектоскопию протяженных объектов за счет перемещения тележки с рентгеновским излучателем, а использование двухканального детектора рентгеновского импульсного излучения позволяет регистрировать дефекты трубопроводов с различным разрешением, что повышает надежность контроля таких объектов как трубопроводы.
Недостаток известного устройства состоит в усложненности схемы экспонирования объекта исследования при необходимости регистрации дефектов во всем объеме контролируемого объекта.
Известное устройство для дефектоскопии трубопроводов, включающее передвижную тележку, излучатель с источником питания и системой обслуживания и блок детектирования диагностирующего излучения, выбрано в качестве наиболее близкого аналога заявляемой полезной модели.
Задача полезной модели состоит в снижении трудоемкости проведения дефектоскопии и расширении арсенала средств дефектоскопии протяженных трубопроводов большого диаметра.
Задача решена тем, что устройство для дефектоскопии трубопроводов, включающее излучатель с источником питания и системой обслуживания, блок детектирования диагностирующего излучения, а также передвижную тележку со средствами управления ее перемещением, в соответствии с полезной моделью, снабжено гибким бандажом, который выполнен разъемным с возможностью охвата контролируемого трубопровода, и ободом для размещения блока детектирования, причем обод образован жесткими шарнирами, имеет контактные к бандажу ролики и связан с ним гибкой связью, а блок детектирования диагностирующего излучения выполнен в виде сканирующей системы детекторов гамма-излучения, образующих, по крайней мере, одну линейку, и снабжен многоканальным регистратором, при этом детекторы гамма-излучения размещены на ободе эквидистантно, жестко закреплены на нем, причем один из детекторов гамма-излучения выполнен ведущим при сканировании и соединен с приводом перемещения, остальные детекторы гамма-излучения выполнены ведомыми, а передвижная тележка снабжена рычагами для подхвата бандажа.
Кроме того, многоканальный регистратор включает вычислительное устройство.
Кроме того, излучатель имеет кольцевую диаграмму излучения.
Кроме того, каждый детектор гамма-излучения включает чувствительный элемент сцинтилляционного типа и фотоэлектронный преобразователь и помещен в защитный кожух.
Кроме того, каждый детектор гамма-излучения установлен с возможностью сканирования в пределах сектора с углом при вершине, не менее 180°/N, где N - число детекторов гамма-излучения.
Кроме того, бандаж выполнен из гибкой металлической ленты, в частности, из алюминия Al.
Сущность полезной модели заключается в обеспечении получения изображения поперечного сечения объекта - трубопровода путем регистрации прошедших через объем вещества трубопровода гамма-квантов при сканировани объекта по периметру в противоположных направлениях. Сканированием объекта при согласованном перемещении детекторов относительно исходного положения обеспечивают регистрацию диагностирующего гамма-излучения от всего объема, захватываемого диаграммой направленности блока регистрации за счет перекрытия всей области поперечного сечения трубопровода. Это позволяет корреляционным путем при обработке сигнала в вычислительном устройстве исключить ошибки регистрации. Поскольку блоки детектирования смонтированы на разъемном бандаже, процедура исследования существенно упрощается и ускоряется. Применение гамма-излучения - жесткого электромагнитного излучения с высокой проникающей способностью, которое практически не отклоняется магнитным полем от заданного направления распространения, позволяет проводить более информативную диагностику крупномасштабных металлических изделий по сравнению с рентгеновской дефектоскопией.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой представлена общая схема детектирования диагностирующего гамма-излучения при исследовании трубопровода, фиг.2, на которой представлен общий вид устройства, смонтированного на трубопроводе, и фиг.3 и 4, на которых изображена система детекторов гамма-излучения, установленная на бандаже (соответственно, вид сбоку и вид спереди) в соответствии с полезной моделью.
Устройство содержит (фиг.1) излучатель 1 - источник ионизирующего излучения (гамма-излучения), установленный на тележке-кроулере, которая перемещается внутри контролируемого
трубопровода 2. Выбор источника гамма-излучения определяется его активностью и стабильностью, что позволяет подучить необходимую плотность потока ионизирующего излучения для контроля объектов. Излучатель 1 имеет источник питания и систему обслуживания (на фиг.1 не показаны). Трубопровод 2 охвачен гибким бандажом 3, относительно которого может перемещаться система детекторов гамма-излучения 4, укрепленных на основаниях на ободе 5, вместе с ободом 5 посредством роликов 6. Гибкий бандаж 3 представляет собой отрезок металлической ленты, например, из алюминия, длина которого не менее периметра исследуемого трубопровода 2, так, чтобы перед началом исследования концы бандажа 3 могли бы быть замкнуты - соединены замком любого типа с обеспечением охвата трубопровода 2.
Система детекторов гамма-излучения 4 представляет собой многоэлементную линейку, в которой каждый элемент представляет собой оптически связанную пару сцинтиллятор - фотоэлектронный преобразователь (фотодиод), преобразующую засветку чувствительного элемента гамма-квантами в электрический сигнал. Сигнал от каждого детектора 4 усиливается в предусилителе (на фиг. не показан) и поступает по кабелю в многоканальный регистратор 7, который, в частном случае, размещен в пределах устройства, на подвижной тележке 8 (фиг.2), и далее - в периферийное вычислительное устройство (на фиг. не показано), с помощью которого производят обработку результатов исследования. Подвижная тележка 8 снабжена средствами перемещения по поверхности трубопровода 2 - колесами, которыми оканчиваются опоры 9 тележки 8. Опоры 9 снабжены механизмом выдвижения-складывания опор в виде звездочки, который позволяет поднимать (для перемещения тележки) и опускать (для проведения измерений) плоскость тележки 8 вдоль радиуса трубопровода 2. В передней части тележки 8 укреплены подвижные рычаги 10 для подхвата и подъема
бандажа 3 с системой детекторов гамма-излучения 4 перед перемещением разомкнутого бандажа 3 на новую позицию область контролируемого сварного шва на трубопроводе 1.
Система детекторов гамма-излучения 4 выполнена сканирующей (фиг.3, 4). Каждый из детекторов 4 установлен на жестком основании 11, а основания соединены между собой ободом 5, составленным жесткими шарнирами 12 в виде цепи Галла. Обод 5 не замкнут. Один из детекторов 4 соединен с приводом перемещения (на фиг. не показан) и выполнен ведущим при сканировании, остальные детекторы 4 являются пассивными и перемещаются вдоль окружности трубопровода 2 за счет жесткости обода 5, соединенного с контактными роликами 6. Сканирование трубопровода 2 производится путем перемещения детектора 4 по окружности трубопровода 2 на некоторый угол, который определяется как апертурой детектора 4, так и количеством детекторов 4. Согласованное перемещение детекторов 4, установленных на ободе 5 эквидистантно, позволяет осуществить сканирование всего профиля трубопровода 2 с перекрытием соседних участков профиля, сканируемых каждым из детекторов 4, для повышения надежности результатов исследования. Для этого достаточно, чтобы каждый детектор 4 мог бы сканировать в пределах сектора ±180°/N, где N - число детекторов гамма-излучения. В целях повышения плотности потока диагностирующего гамма-излучения диаграмма направленности источника излучения 1 близка к кольцеобразной. Такая диаграмма направленности источника 1 позволяет принимать гамма-излучение в пределах защитного кожуха 13 для системы детекторов 4 и избежать рассеяния излучения во внешнюю среду. Система детекторов гамма-излучения 4 образует линейку. Для повышения производительности и надежности измерений возможно применение нескольких таких линеек, поскольку корреляционные методы обработки измерений позволяют
повысить качество радиометрического контроля за счет учета флуктуации потока гамма-излучения, неравномерности толщины стенок трубопровода, аппаратурных шумов, вычитания фоновой загрузки гамма-потока и т.д.
Устройство используют для контроля трубопровода 2, а именно его сварных швов, следующим образом (фиг.4). На трубопровод 2 устанавливают подвижную тележку 8, на рычагах 10 которой лежит обод 5 с детекторами 4 и гибкий бандаж 3, соединенный с ободом 5 гибкой связью, например, цепью. Гибкая связь имеет такую длину, которая позволяет осуществить перемещение детектора 4 при сканировании объекта. Подвижную тележку 8 подводят к сварному шву трубопровода 2, опускают опоры 9, выводят рычаги 10 из-под обода 5, в результате чего бандаж 3 ложится на поверхность трубопровода 2. Бандаж 3 застегивают, охватывая трубопровод 2 по линии контролируемого шва. Одновременно обод 5 с детекторами 4 опускается на контактных роликах 6 на поверхность бандажа 3. После подготовки устройства к работе в трубопровод вводят излучатель 1 и одновременно приводят в движение детектор 4, находящийся в верхней точке трубопровода 2, а с ним и всю сканирующую систему детекторов диагностирующего гамма-излучения 4, перемещая их в пределах заданного угла вдоль периметра трубопровода 2 в одном направлении, а затем в противоположном направлении с обеспечением перекрытия границ соседних секторов, что позволяет получить непрерывно считываемый массив данных. Регистрация отклика каждого детектора 4 на кванты диагностирующего излучения с использованием фотодиодов дает возможность записывать, преобразовывать и иным способом обрабатывать сигналы, полученные в результате исследований. После окончания сканирования бандаж 3 размыкают, подводят под обод 5
рычаги 10 и перемещают устройство на подвижной тележке 8 к следующему шву трубопровода.
Исследования показали, что при использовании высокостабильных источников гамма-излучения и обеспечении большой величины соотношения сигнал/шум (высокая чувствительность) удается производить надежный контроль стальных трубопроводов толщиной от 6 мм до 150 мм. При толщинах стенок порядка нескольких десятков мм и скорости контроля несколько м/час удается определить природу дефекта шва (шлаковые включения, непровары), размеры дефектов и их объемы.
Таким образом, заявляемое устройство расширяет арсенал средств контроля трубопроводов, существенно снижает расходы на проведение исследований за счет мобильности установки и регистрации объемной картины прохождения диагностирующего гамма-излучения для последующей обработки.
1. Устройство для дефектоскопии трубопроводов, включающее излучатель с источником питания и системой обслуживания, блок детектирования диагностирующего излучения, а также передвижную тележку со средствами управления ее перемещением, отличающееся тем, что оно снабжено гибким бандажом, который выполнен разъемным с возможностью охвата контролируемого трубопровода, и ободом для размещения блока детектирования, причем обод образован жесткими шарнирами, имеет контактные к бандажу ролики и связан с бандажом гибкой связью, а блок детектирования диагностирующего излучения выполнен в виде сканирующей системы детекторов гамма-излучения, образующих, по крайней мере, одну линейку, и снабжен многоканальным регистратором, при этом детекторы гамма-излучения размещены на ободе эквидистантно, жестко закреплены на нем, причем один из детекторов выполнен ведущим при сканировании и соединен с приводом перемещения детектора, остальные детекторы выполнены ведомыми, а передвижная тележка снабжена рычагами для подхвата бандажа.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что многоканальный регистратор включает вычислительное устройство.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что излучатель имеет кольцевую диаграмму излучения.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый детектор гамма-излучения включает чувствительный элемент сцинтилляционного типа и фотоэлектронный преобразователь и помещен в защитный кожух.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый детектор гамма-излучения выполнен с возможностью сканирования в пределах сектора 180/N, где N - число детекторов гамма-излучения.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бандаж выполнен из гибкой металлической ленты, в частности, из алюминия Al.
