7.5. Дефектоскопия стальных канатов

Подъемные устройства различных типов применяют на боль­шинстве объектов нефтегазовой промышленности в качестве основ­ного и вспомогательного оборудования. Основным видом гибких грузовых элементов подъемных устройств являются стальные кана­ты. Магнитный неразрушающий контроль в последние годы все бо­лее широко начинает применяться для дефектоскопии таких кана­тов, изготовленных из ферромагнитных материалов. Та же аппарату­ра может быть использована и для контроля длинных стержневых деталей, например таких, как штанги глубинных насосов.

Принцип магнитной дефектоскопии основан на оценке магнит­ного потока вдоль участка каната и регистрации изменений в его распределении. Эти изменения могут быть обусловлены рядом при­чин: изменением площади поперечного сечения каната, наличием обрывов проволок, изменением магнитных свойств материала про­волок, например из-за локального термического воздействия, приво­дящего к изменению структуры металла.

Дефектоскопию стальных канатов осуществляют с использова­нием переменного или постоянного магнитного поля (РД 03-348—00 «Методические указания по магнитной дефектоскопии стальных ка­натов»). При использовании переменного магнитного поля магнит­ный поток вдоль продольной оси участка контролируемого каната создают посредством возбуждающей индуктивной катушки с пере­менным током, охватывающей канат. Измерительная катушка также охватывает канат и в ней индуцируется ЭДС, зависящая от площади поперечного сечения каната по металлу. Метод переменного магнит­ного поля используют, как правило, только для измерения потери сечения каната.

Метод постоянного магнитного поля используют как для измере­ния потери сечения каната, так и для обнаружения локальных де­фектов. Постоянный магнитный поток вдоль продольной оси участ­ка контролируемого каната создают постоянными магнитами или электромагнитами постоянного тока. Общий магнитный поток, соз­даваемый постоянными магнитами или электромагнитом (часть это­го потока), измеряют датчиками Холла либо другими датчиками, пригодными для измерения абсолютного значения магнитного пото­ка или изменений этого потока. Сигнал датчиков зависит от магнит­ного потока, проходящего через участок контролируемого каната и, следовательно, от поперечного сечения этого участка по металлу.

Локальные дефекты каната, например обрывы проволок, создают вблизи дефектов магнитные потоки рассеяния, которые регистриру­ются датчиками Холла, катушками или другими магниточувствительными элементами. Сигналы датчиков зависят не только от раз­меров локальных дефектов, но и от их типа и положения, поэтому определить количественно параметры дефектов обычно затрудни­тельно. Качественный анализ полученной информации о локальных дефектах выполняют по дефектограммам на основании накопленно­го опыта.

В различных странах мира в настоящее время выпускается около 15 моделей канатных дефектоскопов. В России выпускаются две модели: УДК-3 (изготовляется в Екатеринбурге) и «Интрос» (из­готовляется в Москве). По мнению автора, наиболее совершенной моделью из всех известных в мировой практике является российский дефектоскоп «Интрос».

Дефектоскоп «Интрос» состоит из электронного блока (ЭБ) и магнитной головки (МГ) со сменным блоком датчиков (БД). К ЭБ может быть подключена любая МГ для контроля соответственно круглых и плоских стальных, а также резинотросовых канатов. Од­новременно к ЭБ может быть подключена только одна МГ. Принци­пиальная схема магнитной головки для круглых канатов с блоком датчиков представлена на рис. 7.7.

Магнитная система МГ намагничивает участок контролируемого каната. Магнитные поля рассеяния, вызванные дефектами каната, создают на выходе блока датчиков электрический сигнал, который после усиления и преобразования в цифровую форму обрабатывает­ся в микропроцессоре. В микропроцессор поступают также импуль­сы со счетчика метража. Получаемая информация запоминается и выводится на световой индикатор ЭБ, а также может быть передана на внешний компьютер для хранения, обработки и последующего анализа.

Конструктивно МГ выполнена в виде постоянного разъемного магнита вместе со съемными БД. МГ рассчитана таким образом, что контролируемый канат предварительно промагничивается до насы­щения (точка В„ на рис. 7.2). При износе каната и уменьшении его диаметра параметры петли гистерезиса и величина Вя также умень­шаются. Изменение величины индукции В измеряется датчиками Холла, установленными в БД. Магнитный поток, проходящий через канат, при уменьшении сечения каната уменьшается, а по возду­ху— увеличивается, так как напряженность поля постоянных маг­нитов МГ остается неизменной. Датчики Холла измеряют магнит­ный поток Фо, а также тангенциальную составляющую потока рас сеяния Ф_Д над локальным дефектом в канате. Получаемая с блока датчиков информация записывается по двум каналам: каналу потери сечения (ПС) и каналу локальных дефектов (ЛД). Обработка на ком­пьютере и анализ полученных дефектограмм позволяют оценить как общую потерю сечения каната, так и наличие локальных дефектов (обрывов проволоки) как на поверхности, так и внутри каната. При­меры дефектограмм приведены на рис 7.8.

Рис. 7.7. Схема магнитной головки дефектоскопа «Интрос» для круглых канатов:

1 — счетчик метража; 2 — магнитная головка; 3 — локальный дефект; 4 — блоки датчиков; 5 — канат

Дефекгограмма ПС, %

Расстояние, м

Рис. 7.8. Примеры дефектограмм по каналам ПС и ЛД

Наиболее сложной задачей в области дефектоскопии стальных канатов является контроль их состояния в местах заделки в муфты (рис. 7.9), где часто возникает интенсивная коррозия проволок. Ос­новных причин этого явления несколько. Во-первых, перед залив­кой муфт легкоплавким сплавом (цинк, баббит и др.) концевой уча­сток каната подвергается травлению кислотой и нанесению флюса на его основе. Во-вторых, часть каната, выходящая из муфты, длиной 5... 10 см обвязывается мягкой проволокой, задерживающей пыль и влагу.

Рис. 7.9. Контроль каната в мес­те заделки в муфту дефектоско­пом «Интрос»:

1 — электронный блок (ЭБ), 2 — магнитная головка (МГ), 3 — муфта.

Основной проблемой контроля каната в зонах заделки является влияние массивной муфты и сопутствующих элементов (натяжных болтов и др.) на величину магнитного потока, измеряемо­го прибором. Эту проблему удалось решить с использованием специ­альной методики обработки дефектограмм, разработанной ООО «Интрон Плюс» с участием инженерного центра АГТУ [20].