Aplikace gamagrafické zkušební metody pro měření tloušťky stěny potrubí pod izolací, která nebyla vyřazena z provozu

Autor: M.U. Rabajev (Pobočka PJSC ANK Bashneft “Bashneft-Ufaneftekhim”).

Publikováno v časopise Chemická technologie č. 8/2016

Zařízení pro rafinaci ropy a petrochemické závody jsou extrémně nebezpečné a pracují za extrémně obtížných podmínek. Hlavním problémem domácího průmyslu zpracování ropy je přitom zastaralé zařízení.

Navzdory tomu může včasná a kvalitní kontrola a opravy zařízení prodloužit jeho bezpečnou životnost. Dnes známé kontrolní metody však ne vždy umožňují odhalit skryté lokální vady (důlková koroze, dutiny, nerovnoměrné povrchové opotřebení atd.) procesních potrubí. To je způsobeno specifiky provádění kontroly tohoto typu zařízení: v souladu s aktuální regulační technickou dokumentací je nutné provádět externí kontroly, měření tloušťky ultrazvukem a hydraulické zkoušky, ale žádná z těchto metod kontroly neodráží obraz stavu vnitřního povrchu potrubí.

Pro zvýšení provozní připravenosti zařízení bylo rozhodnuto o použití metody radiografického měření tloušťky profilu.

Radiografie je metoda získání obrazu předmětu na rentgenovém filmu nebo obrazovce, osvětleného pronikajícím zářením. Je založena na schopnosti pronikajícího záření procházet neprůhlednými předměty, včetně kovů, a působit na rentgenový film a některé látky, které způsobují fluorescenci (záření).

Gama paprsky skrz stěnu trubky mezi vnějším a vnitřním poloměrem trubky musí procházet vrstvou kovu ~4krát silnější než stěna trubky. Většina paprsků je absorbována kovem a zanechává na filmu neexponovanou oblast. Tato oblast (světlejší na ztmavené fólii) ukazuje mírně zvětšenou promítnutou plochu stěny potrubí. V tomto případě defekty, které se vyskytují v tělese potrubí a mají nejčastěji charakter dutin, se na rentgenovém filmu projevují jako skvrny (dutiny, vředy) nebo pruhy.

Metoda, kterou používáme, se nazývá profilometrie – proces měření („odstranění“) profilu řezu povrchu v rovině k němu kolmé a orientované daným směrem pomocí různých druhů pronikajícího záření.

Mezi hlavní pozitivní aspekty této nedestruktivní zkušební metody patří následující [1]:

• není třeba odstraňovat izolaci potrubí;
• dlouhodobé uchování vizuální informace o stavu potrubí na filmu;
• spolehlivější detekce důlkové koroze (a jiných typů nerovnoměrné koroze) ve srovnání s měřením tloušťky ultrazvukem;
• zajištění viditelnosti velké části potrubí;
• schopnost sledovat polohu vnitřních částí armatur (snížená šoupátka atd.);
• snadný pohyb radiografických zařízení kolem rafinerie nebo chemického závodu;
• nepřítomnost uhlovodíkových zdrojů vznícení.

Profilometrie je také užitečná pro detekci vnější koroze malých spojů pod izolací, jako jsou drenážní potrubí, svorníky a měřidla, protože obtížnost zajištění dobrého utěsnění v izolaci činí taková místa zvláště náchylná k vnější korozi pod izolací.

Předmětem sledování jsou hlavní složky při provádění radiačního monitorování; zdroj záření (rentgenový přístroj nebo zdroj gama záření); detektor (film, ukládací deska, digitální panel); doba expozice (doba, po kterou je zdroj vystaven detektoru). Navíc každá složka kontroly přímo ovlivňuje výsledek kontroly. Schéma ovládání je na Obr. 1.

Při použití radiografické metody se stanovení zbytkové tloušťky potrubí provádí pomocí jednoduchého matematického výpočtu – podílu založeného na velikosti obrazu získaného na filmu. Není potřeba zastavovat technologický proces. Pro použití této metody však existují omezení jak ze strany ovládacího zařízení, tak ze strany objektů ovládání. Výsledky testů například ukazují, že ideální podmínky pro řízení tloušťky rentgenovým zdrojem jsou potrubí s nominálním průměrem otvoru menším než 110 mm a tloušťkou menší než 6 mm. A v případě ovládání zdrojem gama záření (iridium-192) – potrubí o jmenovitém průměru vrtání menším než 220 mm a tloušťce 10 mm. V obou případech musí být prostředí homogenní, tvořené nízkovroucími složkami nebo plyny a tloušťka izolace nesmí přesáhnout 100 mm.

Níže jsou uvedeny výsledky práce zahrnuté v technickém zadání pro posouzení průmyslové bezpečnosti. U vzorku P-33 (obr. 2) bylo zjištěno lokální ztenčení v oblasti svaru svarové vložky potrubí o průměru 57 mm do potrubí o průměru 159 mm. Při tloušťce stěny 5 mm pro trubku o průměru 57 mm je zbytková tloušťka 1,25 mm.

Při analýze snímku P-34 (obr. 3) byla objevena podobná lokální vada v podobě ztenčení. Zbytková tloušťka stěny trubky je 1,7 mm s výkonnou tloušťkou 5 mm. Dále bylo zjištěno porušení norem pro spojování potrubí o průměru 159 mm a 57 mm při provádění tupého spoje a také vady svaru přechodu 159/89 mm na trubku o průměru 159 mm.

Na Obr. 4 znázorňuje potrubí o průměru 159 mm; Šipka 1 označuje oblast místního opotřebení korozí a vada je vnější, skrytá pod izolací. Minimální vypočtená tloušťka v defektní oblasti je 4,3 mm s výkonnou tloušťkou 8 mm.

Na Obr. Úsek 5 potrubí má dvě zóny lokálního ztenčení 1 a 2. Při tloušťce výkonného potrubí 8 mm je nejmenší vypočtená tloušťka 4 mm. Světelný bod ve středu svaru je samořezný šroub používaný k instalaci izolačního povlaku na potrubí.

Ve světové praxi se profilometrie rozšířila a používá se spolu s tradiční ultrazvukovou kontrolou tloušťky. Zároveň se v evropských ropných rafinériích zpracovávají tisíce snímků profilů potrubí při přípravě na velké opravy. Výsledná spolehlivá data o stavu technických zařízení znamenají, že opravy budou prováděny efektivněji a v důsledku toho bude nižší riziko havarijních situací.

Tato metoda kontroly tloušťky je preferovanou a nejúčinnější metodou pro provádění kontroly založené na riziku (RBI). Například softwarový produkt PCMS vyvinutý společností MISTRAS

Skupina identifikuje tři třídy účinnosti kontroly uvedené v tabulce [2].

Kvantitativní posouzení rizika selhání technického zařízení závisí na účinnosti průzkumu. Z Obr. 6 je vidět, že čím kvalitnější kontrola, tím nižší je pravděpodobnost poruchy technického zařízení [2].

Použití metody umožňuje výrazně snížit náklady na izolační práce, provádět kontrolu nejen „studených“ potrubí, ale i „horkých“ potrubí a znamená větší objem přípravných prací před velkými opravami, což umožní předem předvídat počet odmítnutých prvků potrubí. Využití radiografické profilometrie navíc zvyšuje efektivitu kontroly a v důsledku toho i odhalování lokálních závad potrubních prvků a zároveň snižuje riziko selhání technických zařízení v době generální opravy a zvyšuje jejich provozní připravenost, což má samozřejmě významný pozitivní ekonomický efekt.

Reference

1. API RP 574 Pokyny pro inspekci součástí potrubního systému American Petroleum Institute. Druhé vydání, červen 1998
2. Technický průvodce RBI. Skupina MISTRAS. července 2014