Акустико-эмиссионные методы
УДК 622.1:627.8:681.2
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО МОНИТОРИНГА В КОМПЛЕКСАХ ИНТЕГРАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
И.В. Разуваев, Е.А. Сучков
При обнаружении и локализации комплексами интегрального мониторинга активных источников акустической эмиссии рекомендуется выполнить дополнительный неразрушающий контроль соответствующих зон. Однако при мониторинге состояния действующих объектов это не всегда возможно по техническим причинам. В статье рассмотрены аналитические методы верификации данных АЭ-контроля в комплексе интегрального мониторинга состояния крупнотоннажного изотермического хранилища сжиженного этилена. Приведены практические результаты.
Ключевые слова: интегральный мониторинг, акустическая эмиссия, структурная целостность, аналитические методы верификации, эксплуатация по техническому состоянию.
1. ВВЕДЕНИЕ
Комплексы интегрального мониторинга технического состояния опасных производственных объектов (ОПО) являются мощным средством обеспечения их безопасной эксплуатации, в том числе при эксплуатации этих объектов по фактическому техническому состоянию. Для контроля структурной целостности ОПО, выполненных из металлов или композитных материалов, в комплексах интегрального мониторинга применяют метод акустической эмиссии [1—3].
В 1995—1996 гг. и далее с 2007 г. на изотермическом хранилище (ИХ) сжиженного этилена, позиция Е-2, в ОАО "СИБУР-Нефтехим" комплексами акустико-эмиссионного мониторинга "Ресурс-М" и интегрального мониторинга "Ресурс-2000" производства ЗАО "НПО "Алькор" регистрированы и локализованы активные источники акустической эмиссии (АЭ), в том числе с 2009 г. — источники с признаками течи. Карта локации источников АЭ соответствовала зонам переохлаждения на термограмме объекта. Тренды АЭ-активности коррелировали с трендами концентраций этилена в зоне локализации источников АЭ [4].
Неразрушающий контроль зон локализации источников АЭ на стенке внутреннего резервуара ИХ традиционными методами (у.з. контроль, цветовая дефектоскопия (ЦД), магнитопорошковая диагностика (МПД) и другие) в процессе эксплуатации невозможен. Вывод ИХ из эксплуатации является дорогостоящим процессом и сопровождается интенсивной потерей ресурса объекта [5]. Поэтому выполнение этой операции целесообразно только при наличии серьезных оснований. С другой стороны, пропуск на крупнотоннажном хранилище сжиженных углеводородных газов опасного развивающегося дефекта может привести к техногенной катастрофе.
Для альтернативной проверки результатов многолетнего непрерывного АЭ-мониторинга состояния ИХ и принятия на этой основе обоснованного решения о продолжении эксплуатации объекта либо его остановке для выполнения НК и вероятного ремонта была разработана и реализована методика аналитической верификации результатов мониторинга. Эта методика включает:
1. Статистический анализ динамики концентраций этилена в межстенном пространстве ИХ по измерениям в двух разнесенных точках пробо-
Игорь Владимирович Разуваев, генеральный директор ЗАО "Научно-производственное объединение "Алькор", г. Дзержинск. Тел. +7 8313 252 610. E-mail: irazuvaev@alcor.nnov.ru
Евгений Анатольевич Сучков, канд. техн. наук, начальник научно-исследовательской лаборатории ЗАО "Научно-производственное объединение "Алькор", г. Дзержинск. Тел. +7 8313 252 610. E-mail: esuchkov@alcor.nnov.ru
отбора для проверки статистической гипотезы о принадлежности выборок к одной генеральной совокупности.
2. Определение статистической значимости зависимости концентраций этилена в межстенном пространстве ИХ от уровня заполнения и давления в газовой фазе во внутреннем резервуаре.
3. Разработку математической модели динамики истечения этилена в псевдоожиженный слой перлитового песка и локализацию по ней вероятной зоны истечения этилена из внутреннего резервуара в межстенное пространство ИХ. Сравнение местоположений расчетной зоны истечения этилена и зоны локализации источников АЭ комплексом мониторинга.
2. ОБЪЕКТ И РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА 2.1. Объект мониторинга
Изотермическое хранилище сжиженного этилена, позиция Е-2, представляет собой двустенный цилиндрический резервуар (рис. 1).
Рис. 1. Изотермический резервуар сжиженного этилена, позиция Е-2.
Внутренний несущий резервуар выполнен из стали 0Н6. Толщина листов стенки от 10 вверху до 12 мм внизу. По проекту диаметр внутреннего резервуара — 22 882 мм, высота цилиндрической части — 22 870 мм. Внешняя стенка выполнена из Ст3. Между внутренней и внешней стенками находится многослойная теплоизоляция (маты и перлит).
Температура сжиженного этилена в ИХ составляет около -104 °С, давление в газовой фазе по регламенту достигает от 400 до 800 мм водного столба.
2.2. Результаты мониторинга
В 1993 г. на ИХ, позиция Е-2, был смонтирован комплекс акустико-эмиссионного мониторинга "Ресурс-М". На внутренней стенке ИХ было установлено шестьдесят преобразователей акустической эмиссии (ПАЭ), размещенных в пяти горизонтальных поясах. Расстояние между поясами составляет около 5,5 м, расстояние между ПАЭ в поясе — около 6,5 м.
Впервые активные источники АЭ на стенке внутреннего резервуара были зарегистрированы комплексом мониторинга "Ресурс-М" в 1994— 1996 гг. (рис. 2).
Рис. 2. Схема расположения ПАЭ и карта локации 1994—1996 гг.
Зоны локализации этих источников совпадали с зонами переохлаждения на внешней стенке, обнаруженными при тепловизионной съемке ИХ. Тренды концентрации этилена в межстенном пространстве ИХ коррелировали с трендами активности АЭ-сигналов [4].
С 2007 г. на ИХ, позиция Е-2, комплексом интегрального мониторинга серии "Ресурс-2000" (он заменил комплекс серии "Ресурс-М" в 2005 г.) в зонах локализации ранее регистрировавшихся источников АЭ стали периодически регистрироваться источники АЭ III и IV классов, в том числе с 2009 г. — источники с признаками течи.
На основании результатов мониторинга состояния ИХ с 1994 г. (с учетом данных тепловизионной съемки, наличия корреляции трендов уровня этилена в ИХ, трендов АЭ-активности и трендов концентраций этилена в межстенном пространстве) специалистами ЗАО "НПО "Алькор" сделан вывод о возможности наличия в стенке внутреннего резервуара ИХ сквозного дефекта.
Для дополнительной проверки разработана программа испытаний ИХ без вывода объекта из эксплуатации, которая предусматривала ступенчатый подъем уровня этилена в резервуаре, вариации давления в газовой фазе при выдержках уровня с контролем концентраций продукта в межстенном пространстве и ряд других работ. Отбор проб этилена для определения его концентрации в межстенном пространстве ИХ был организован в двух точках, разнесенных на расстоянии 9 м, на крыше ИХ. Они расположены над ПАЭ 50 и 51 со смещением в стороны ПАЭ 49 и 52 соответственно. Программа испытаний ИХ выполнена в 2009—2010 гг. [5].
Активные источники АЭ были локализованы в зонах расположения ПАЭ 38, 39, 50 и 51, то есть там же, где высокая активность проявлена еще в 1995— 1996 гг., а в 2008—2009 гг. регистрированы источники АЭ с признаками течи. При этом активность в данной зоне (4 ПАЭ) за период испытаний была более чем вдвое выше суммарной активности по остальным пятидесяти шести ПАЭ.
Отмечена также корреляция динамики АЭ-активности в данной зоне с ростом уровня сжиженного этилена в ИХ (рис. 3).
3 Дефектоскопия, № 4, 2014
Накопительный — Количество событий (нелоцированных) (с 03.05.2010 00:00:01 по 09.05.2010 14:18:01) Каналы: 38, 39, 50, 51. — количество событий — давление, мм вод. ст. — уровень, % Объект: ИХ Е-2 (^00009)
1 002 600
835 500
ы б о с о
отв
ьг
668 400
501 300
о 334 200
167 100
0
03.05.2010 00:00:01 Время, сут. Рис. 3. График АЭ-активности в зонах ПАЭ 38, 39, 50 и 51 в период испытаний.
При этом регистрировали сигналы АЭ во время выдержки на постоянных уровнях 46, 57 и 67 % от максимального, высокую АЭ-активность при каждом повышении уровня и выдержке, а также АЭ-сигналы с высокой, свыше 95 дБ, локационной амплитудой (рис. 4).
По классическим критериям [6] такие источники относятся к IV классу опасности. Их наличие указывает на присутствие развивающейся трещины. В связи с этим предусмотренное программой испытаний дальнейшее повышение уровня сжиженного этилена в хранилище не проводили, а владельцу объекта выдали соответствующие рекомендации.
Просмотр во времени: АЭ-параметры (лоцированные), технические параметры. Боковая поверхность
Объект: ИХ Е-2 (^00009) (с 26.05.2010 00:00:01 по 09.06.2010 14:18:03) ПАЭ: 38, 39, 51
110 100 89 78 67 56 45 34 23 12 1
\
I Л
л 1 £ Яв:
26.05.2010 00:00:01
Время, сут.
Рис. 4. Амплитуда лоцированных в зоне источников АЭ: синий — локационная амплитуда, макс., дБ; красный — уровень сжиженного этилена, %.
3. МЕТОДИКА АНАЛИТИЧЕСКОМ ВЕРИФИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ
МОНИТОРИНГА
3.1. Статистический анализ динамики концентраций этилена в межстенном пространстве ИХ в двух разнесенных точках
Цель этого анализа — проверка статистической гипотезы о принадлежности двух процессов: изменения концентрации этилена в точках 50 и 51 (рис. 5) одной генеральной совокупности. Подтверждение этой статистической гипотезы указывало бы на наличие сосредоточенного источника поступления этилена в межстенное пространство ИХ.
4,0
х1
о4
а
рант
£
3,0
2,0
1,0
0,0
50
100 Время, ч
150
200
Рис. 5. Графики концентраций этилена в точках:
0
Проверку проводили по двум критериям: ^ — критерий Стьюдента (анализировали значимость различий средних значений концентрации этилена); х2 — критерий Пирсона (определяли статистическое соответствие двух процессов).
В результате были получены расчетные значения критериев Стьюдента (^ = 1,316) и Пирсона (0,511). Поскольку эти критерии по величине существенно меньше их табличных значений (¿таб = 2,2 и 30,14353 соответственно), то можно сделать вывод о том, что оба процесса принадлежат одной генеральной совокупности. Следовательно, истечение
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.