способ проведения неразрушающего контроля изделия во время его эксплуатации

Формула изобретения

1. Способ проведения неразрушающего контроля изделия во время его эксплуатации, состоящий в том, что определяют для изделия критический размер _кр дефекта в режиме эксплуатации и допустимый в эксплуатации размер [ ]_d.э. дефекта; осуществляют контроль изделия штатными средствами и представляют результаты контроля в виде гистограммы в координатах (N_обн, ), где N_обн - число обнаруженных при контроле дефектов, - характеристический размер дефектов; определяют вероятность P_{вод сущ} обнаружения дефектов штатными средствами неразрушающего контроля; определяют исходную дефектность N _исх( ) изделия по формуле N_исх( )=N_oбн( )/P_{вoд сущ}( ); определяют остаточную дефектность изделия N_ост ( ) до начала эксплуатации как разность N_исх( ) и N_обн( ); определяют величину подроста остаточных дефектов за период эксплуатации П_сущ, получая тем самым предельную кривую остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П _сущ; задают новую длительность периода эксплуатации П _нов; принимают предельную кривую остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П_сущ в качестве предельной кривой остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П _нов; определяют дополнительное время эксплуатации по формуле (П_нов-П_сущ); определяют величины _t подроста остаточных дефектов, возникших в конце периода эксплуатации П_сущ, за дополнительное время эксплуатации (П_нов-П_сущ); определяют параметры дефектности изделия в области размеров дефектов ( _кр- _t) и в области размеров дефектов ([ ]_d.э.- _t); исходя из полученных параметров дефектности в областях размеров дефектов ( _кр- _t) и ([ ]_d.э.- _t) определяют потребные характеристики достоверности контроля; по полученным характеристикам подбирают новые средства неразрушающего контроля; осуществляют контроль изделия новыми средствами; в случае необходимости проводят ремонт изделия; последующие контроли осуществляют через период времени эксплуатации П _нов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве характеристического размера дефекта выбирается линейный размер дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам испытаний и эксплуатационного контроля изделий в рамках системы планово-предупредительных ремонтов, в частности для оценки показателей надежности изделия по результатам неразрушающего контроля. Изобретение может применяться в транспорте, атомной и традиционной энергетике, авиации, судостроении, нефтехимии, нефте-, газо- и продуктопроводах, сельскохозяйственных машинах и других областях техники и машиностроения.

Уровень техники

Правила проведения эксплуатационного неразрушающего контроля (далее - ЭНК) в России регулируется нормами и правилами побезопасности, например для атомных электростанций (АЭС) документом ПНАЭГ-7-008-89 «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов АЭУ», в котором нормирована 4-летняя периодичность ЭНК. При этом весь объем контроля (100%) можно разбить на части и выполнять эти части ежегодно.

Периодичность ЭНК на АЭС в атомной энергетике различных стран существенно отличается от принятой в России (см. ФИГ.8).

В США в нормативном документе ASME, том XI, в разделе IWA-2430 установлена 10-летняя периодичность ЭНК с возможностью ее увеличения до 11 лет. При этом частичный контроль должен проводиться не реже, чем 1 раз в 2 года.

Очевидно, что наиболее жесткие требования к частоте контроля, согласно ФИГ.8, предусмотрены российским нормативным документом. Это означает, что объем ЭНК на российских АЭС в пересчете на один год эксплуатации является самым большим.

Большой объем и повышенная частота ЭНК на АЭС, с одной стороны, оказывают положительное влияние на надежность эксплуатации оборудования и трубопроводов и безопасность АЭС.

С другой стороны, отрицательным является то, что частое проведение ЭК и его большой объем снижает коэффициент использования установленной мощности (КИУМ). КИУМ - это интегральный показатель эксплуатационного качества энергоблока, который рассчитывается как отношение фактической выработки электроэнергии на энергоблоке за определенный период эксплуатации к максимально возможной выработке энергии при работе без остановок, на номинальной мощности.

Кроме того, любая разборка и последующая сборка оборудования для контроля повышают риск снижения надежности последующей эксплуатации оборудования вследствие возможных в этих ремонтных процессах ошибок персонала. За полный эксплуатационный цикл контроля целесообразно минимизировать число разборок и сборок оборудования.

На ФИГ.1 показан нормативный вариант организации ППР для 12-месячного топливного цикла в соответствии с 4-летней периодичностью ЭНК по требованиям ПНАЭ Г-7-008-89.

Альтернативная (увеличенная) периодичность ЭНК, равная 8 годам, при топливный цикле 18 месяцев, показана на ФИГ.2.

При увеличении периодичности ЭНК, если не принимать специальных компенсирующих мероприятий, может произойти снижение надежности оборудования и трубопроводов. В работе [Исследование влияния периодичности технического освидетельствования на прочностную надежность элементов 1 контура РУ с ВВЭР-1000. Тутнов А.А., Лоскутов О.Д., Гетман А.Ф. Журнал «Атомная энергия», № 4, 2005 г.] показано, что для условий эксплуатации реакторной установки типа ВВЭР-1000 снижение надежности при увеличении периодичности ЭНК с 4 до 10 лет может быть значительным (в 2-3 раза).

Следовательно, увеличить периодичность ЭНК можно только при условии, что надежность при новой периодичности не снизится, а останется, как минимум, на прежнем уровне.

Для выполнения указанного выше условия требуется введение специальных мероприятий, обеспечивающих повышение надежности и безопасности до необходимого уровня.

В качестве прототипа выбран способ определения качества изделий, раскрытый в патенте RU 2243586 C1 (опубликован 27.12.2004). Данный способ позволяет определять остаточную дефектность. Однако данный способ не позволяет определять и обосновывать периодичность неразрушающего контроля и ее влияние на надежность изделия, а также ее изменение при изменении периодичности ЭНК в ходе эксплуатации изделия.

Раскрытие изобретения

Задача, которую решает данное изобретение, состоит в совершенствовании методов эксплуатационного неразрушающего контроля изделий в рамках системы планово-предупредительных ремонтов.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в том, что обеспечивается увеличение периодичности ЭНК с существующей величины П_сущ до новой увеличенной периодичности П _нов без снижения надежности изделия. Дополнительным техническим результатом является улучшение экономических показателей эксплуатации изделия или технической системы в счет увеличение времени ее эксплуатации.

Упомянутые выше технические результаты достигаются тем, что способ проведения неразрушающего контроля изделия во время его эксплуатации состоит в том, что определяют для изделия критический размер _кр, дефекта в режиме эксплуатации и допустимый в эксплуатации размер [ ]_д.э. дефекта; осуществляют контроль изделия штатными средствами и представляют результаты контроля в виде гистограммы в координатах (N_обн, ), где N_обн - число обнаруженных при контроле дефектов, - характеристический размер дефектов; определяют вероятность Р_{вод сущ} обнаружения дефектов штатными средствами неразрушающего контроля; определяют исходную дефектность N _исх( ) изделия по формуле N_исх( )=N_обн( )/P_{вод сущ}( ), определяют остаточную дефектность изделия N_ост ( ) до начала эксплуатации как разность N_исх( ) и N_обн( ); определяют величину подроста остаточных дефектов за период эксплуатации П_сущ, получая тем самым предельную кривую остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П _сущ; задают новую длительность периода эксплуатации П _нов; принимают предельную кривую остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П_сущ в качестве предельной кривой остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П _нов; определяют дополнительное время эксплуатации по формуле (П_нов-П_сущ), определяют величину _t подроста остаточных дефектов, возникших в конце периода эксплуатации П_сущ, за дополнительное время эксплуатации (П_нов-П_сущ); определяют параметры дефектности изделия в области размеров дефектов ( _кр- _t) и в области размеров дефектов ([ ]_д.э.- _t); исходя из полученных параметров дефектности в областях размеров дефектов ( _кр- _t) и ([ ]_д.э.- _t) определяют потребные характеристики достоверности контроля; по полученным характеристикам подбирают новые средства неразрушающего контроля; осуществляют контроль изделия новыми средствами; в случае необходимости проводят ремонт изделия; последующие контроли осуществляют через период времени эксплуатации П _нов.

В качестве характеристического размера дефекта выбирают линейный размер дефекта, или комбинацию линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.

Отличительной чертой данного изобретения является то, что надежность и безопасность изделия обеспечивается путем управления остаточной дефектностью изделия по результатам неразрушающего контроля несплошностей, неоднородностей и других дефектов материала изделия или группы изделий (деталей, элементов конструкций и т.п.), при этом могут использоваться любые способы неразрушающего контроля (ультразвуковой, вихретоковый, радиографический и другие).

Краткое описание чертежей

На ФИГ.1 показан нормативный вариант организации ППР для 12-месячного топливного цикла в соответствии с 4-летней периодичностью ЭНК.

На ФИГ.2 показан новый вариант организации ППР для 18-месячного топливного цикла в соответствии с 8-летней периодичностью ЭНК.

На ФИГ.3 представлены кривые остаточной дефектности.

На ФИГ.4 изображена схематизация дефекта в трубопроводе эллипсом с полуосями a и c.

На ФИГ.5 показана совокупность дефектов критических и допустимых размеров.

На ФИГ.6 показана гистограмма выявленных в изделии дефектов, кривые исходной и остаточной дефектности.

На ФИГ.7 показаны графики для определения вероятности обнаружения дефектов при П_сущ и П_нов.

На ФИГ.8 представлена таблица периодичности эксплуатационного контроля главных циркуляционных трубопроводов (ГЦТ) и корпусов реакторов (КР) в разных странах.

Осуществление изобретения

Эксплуатационный неразрушающий контроль (ЭНК) оборудования, трубопроводов и элементов конструкций (далее - изделий) современной техники является одной из самых затратных и дорогих технологий, реализуемых на технических объектах во время их эксплуатации.

ЭНК включает контроль состояния металла (материала) изделия и включает ряд трудозатратных операций, таких как установка и разборка ремонтных лесов, снятие и установка теплоизоляции, подготовка поверхностей изделий для проведения неразрушающего контроля, разборка и сборка узлов уплотнения насосов, арматуры, главного и других разъемов корпусного оборудования и других изделий. Эти работы выполняются в период планово-предупредительных ремонтов (ППР), и в них участвует большое число персонала организации и персонала специализированных предприятий.

Предельные состояния изделий (механических изделий), как правило, связаны с дефектами металла (или другого конструкционного материала) из которого изготовлено изделие. В соответствии с существующими правилами и нормами в технике устанавливаются допустимые размеры несплошностей, превышение которых запрещено. Такие несплошности называются дефектами. Дефекты, в случае их обнаружения методами неразрушающего контроля, устраняются ремонтом. В процессе эксплуатации несплошности и дефекты материала изделия могут развиваться и увеличиваться в размере, приводя к окончательной поломке или разрушению изделия. Для своевременного выявления опасных несплошностей применяют неразрушающий контроль.

Настоящее изобретение направлено на то, чтобы увеличить периодичность ЭНК с существующей величины П_сущ до новой увеличенной периодичности П _нов без снижения надежности изделия.

Считается, что после проведения неразрушающего контроля и ремонта по его результатам всех выявленных дефектов в изделии отсутствуют дефекты. При этом считается, что надежность и безопасность изделия в эксплуатации обеспечена (см., например, нормативные документы в области атомной энергетики: «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» ПНАЭГ-7-008-89, «Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля» ПНАЭГ-7-010-89, Госатомнадзор России, Энергоатомиздат, 1991 г.).

На самом деле в настоящее время в технике практически отсутствуют методы и средства неразрушающего контроля, гарантированно, со 100%-ной достоверностью выявляющие все дефекты. Поэтому всегда имеется определенная вероятность пропуска дефекта, в том числе и дефекта, представляющего опасность (то есть развитие которого во время эксплуатации приведет к повреждению изделия или его разрушению). Известно (см., например, Аркадов Г.В., Гетман А.Ф., Родионов А.Н. Надежность оборудования и трубопроводов АЭС и оптимизация их жизненного цикла, -М.: Энергоатомиздат, 2010.; Гурвич А.К. «Надежность дефектоскопического контроля как надежность комплекса «Дефектоскоп - оператор - среда». Дефектоскопия, 1992 г., № 3, с.5-13), что практически во всех случаях НК имеется существенная вероятность пропуска дефекта больших размеров, существенно превышающих допустимые размеры. На практике оказывается, что практически всегда после НК и устранения выявленных дефектов в изделии еще остаются дефекты. Именно эти оставшиеся дефекты в конечном итоге и определяют надежность и долговечность изделия.

Существующие методы оценки надежности изделия основаны на формально-математических подходах, в которых не учитываются реальные оставшиеся в изделии дефекты. Например, в рамках существующих теорий надежности фактический уровень надежности изделия определяют по результатам математической обработки так называемого потока отказов однотипных изделий, находящихся в эксплуатации (Острейковский В.А. «Эксплуатация атомных станций», Москва, Энергоатомиздат, 1999 г., раздел 3.5: «Методы анализа несплошностей оборудования АЭС»). Недостаток таких подходов состоит в том, что находящиеся в эксплуатации изделия должны повредиться или разрушиться, прежде чем можно будет оценить их фактический уровень надежности и безопасность.

Данное изобретение позволяет произвести оценку реальной дефектности изделия после контроля и ремонта выявленных дефектов и определить условия ЭНК с увеличенной периодичностью, выполнение которого в сочетании с ремонтом выявленных дефектов позволит, как минимум, не снизить уровень надежности изделия, который существовал до увеличения периодичности ЭНК.

Вначале методами механики разрушения определяют для изделия критический размер _кр дефекта в режиме эксплуатации и допустимый в эксплуатации размер [ ]_д.э. дефекта (нормы дефектов изделия). Расчеты производятся на основе действующих нормативных документов и/или ТУ на изготовление (например, для атомной техники - по нормативной методике М-02-91). В качестве обозначен характеристический размер дефекта, в качестве которого, например, можно выбрать линейный размер дефекта, или комбинацию линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта. Совокупность дефектов критических размеров (кривая 3), допустимых в эксплуатации размеров (кривая 2), а также допустимые размеры несплошностей при изготовлении (кривая 1) изображены на ФИГ.5.

Далее осуществляют контроль изделия штатными средствами ЭНК и представляют результаты контроля в виде гистограммы в координатах (N_обн, ), N_обн - число обнаруженных при контроле дефектов, -характеристический размер дефектов.

Как правило, в качестве характеристического размера дефекта выбирается линейный размер а дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.

Как вариант гистограмму (N _обн, ) можно аппроксимировать уравнением

N _обн( )=A₁ ^-n1{1-(1- )exp[- ( - ₀)]- } или

N_обн( )=A₂exp(-n₂ ){1-(1- )exp[- ( - ₀)]- },

где A₁, A₂, n ₁, n₂, , - постоянные, которые определяют из условия максимального приближения уравнения N_обн ( ) к результатам контроля, представленным в виде гистограммы,

₀ - минимально доступный для выявления размер дефекта.

В частном случае в качестве характеристического размера принимают малую полуось а эллипса, которым схематизируют дефект, при этом соотношение а/с принимают постоянным для всех а, определяемым из условия максимальной скорости развития дефекта в эксплуатационных условиях.

При этом минимально доступный для выявления размер дефекта ₀ определяют при настройке дефектоскопа, применяемого при контроле изделия, или как минимальный размер дефекта, который был выявлен при контроле.

Для упрощения вычислений постоянную можно принимать равной 0.

Определяют вероятность P_{вод сущ} обнаружения дефектов штатными средствами неразрушающего контроля. Для этого может использоваться формула P_{вод сущ}=1-(1- )exp[- ( - ₀)]- ].

Определяют исходную дефектность N _исх( ) изделия по формуле N_исх( )=N_обн( )/P_{вод сущ}( ). Зависимость (N_исх, ) можно аппроксимировать уравнением типа N_исх =A exp(-n ), или N_исх=A_aexp(-n_aa), или N_исх=A_a,cexp{-n_a,c(a ²/c)] или N_исх=A_Fexp(-nF), или , или , или , или ,

где a, c - линейные размеры дефекта,

F - площадь дефекта,

n, A - коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным.

Определяют остаточную дефектность изделия N_ост( ) до начала эксплуатации как разность N_исх( ) и N_обн( ). Структура уравнения, которое может описать результаты НК, представленные на гистограмме, фиг.6, следующая:

N_обн( )=N_исх( )P_вод( ),

где N_обн - число обнаруженных при контроле дефектов на единицу характеристического размера. Если в качестве характеристического размера выбрана малая полуось эллипса, которым схематизируют дефект, то размерность N_обн - мм^-1;

N_исх - функция исходной (т.е. до неразрушающего контроля и ремонта) дефектности с той же размерностью, что и N_обн,

P_{вод сущ} - вероятность обнаружения дефекта данного размера .

Вид функций N_исх и P_{вод сущ} определяется исходя из условия наибольшей простоты выражения, минимального числа констант и соответствия физически обусловленной зависимости N_исх и P_вод от . В первом приближении могут быть использованы следующие уравнения:

N_исх=A ^-n,

P_вод=1-(1- )exp[- ( - ₀)]- ,

N_обн( )=A ^-n{1-(1- )exp[- ( - ₀)]- },

где A, n, , , ₀ - постоянные.

Определяют численные значения постоянных A, n, , из условия максимального приближения уравнения N_обн ( ) к результатам неразрушающего контроля, представленным в виде гистограммы.

При этом ₀ - минимально доступный для выявления размер дефекта - определяют при настройке дефектоскопа, применяемого при контроле изделия, или как минимальный размер дефекта, который был выявлен при контроле; в первом приближении можно принять равной 0. В результате остаются три неизвестных, что существенно облегчает задачу их определения.

Определить постоянные A, n, можно либо решая систему трех уравнений относительно A, n и , которые получают, если взять три точки на гистограмме, либо их определяют с использованием метода наименьших квадратов.

Остаточную дефектность N_ост определяют как разность N_исх и N_обн:

N_ост( )=N_исх( )-N_обн( ).

При этом число оставшихся после ПК и ремонта дефектов в изделии определяют в двух диапазонах. Остаточную дефектность в области дефектов, важных для безопасности, определяют в виде числа дефектов в изделии, размеры которых равны или больше критических размеров _кр в режиме эксплуатации изделия. Остаточную дефектность в области дефектов, важных для надежности, определяют в виде

числа дефектов, размеры которых превышают размеры допустимых в эксплуатации дефектов [ ]_д.э.

При построении гистограммы горизонтальная ось должна включать критический размер дефекта, даже если в результате контроля все выявленные дефекты не достигали критических размеров.

В случае контроля нескольких однотипных изделий все результаты контроля суммируют и представляют в виде одной гистограммы. Чем большее количество изделий было проконтролировано, тем достовернее получаемый окончательный результат.

Кривую вероятности выявления дефектов от размеров дефектов " a" и "c" (любой дефект в материале консервативно можно описать эллипсом с полуосями a и c) можно аппроксимировать наиболее близко описывающим экспериментальные результаты контроля уравнением, например

P_вод=1-(1- )exp[- _НК(a-a₀)(c-c₀)]- ,

или

,

или

где _НК - коэффициент достоверности НК, характеризует увеличение выявляемости дефектов в зависимости от его размера;

- постоянная, характеризующая предельную выявляемость контроля данным методом при сколь угодно большом размере дефекта; если размеры детали небольшие, то данной величиной можно пренебречь введя соответствующую корректировку величины _НК;

-характеристический размер дефекта, например его площадь;

₀ - минимальный характеристический размер дефекта;

a_O, c_O - минимальные размеры дефектов, доступные для выявления неразрушающим контролем.

Далее проводят контроль изделия, а результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах «характеристический размер дефекта - количество выявленных дефектов данного размера N _{обн изд}».

Исходную дефектность N _исх также можно определить из соотношения N_обн /Р_{вод сущ}( ). Для этого полученную гистограмму аппроксимируют уравнением типа N_исх=A exp(-n ), или , или , или , или , , или

где a, c - линейные размеры дефекта,

_c - функция распределения величины c, например нормальный закон распределения,

F - площадь дефекта,

n, A, D, - коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным, при этом - среднее значение с, а D - дисперсия.

В качестве характеристического размера можно принять малую полуось а эллипса, которым схематизируют дефект, при этом соотношение а/с принимают постоянным для всех а исходя из условия максимальной скорости роста дефекта в условиях эксплуатации; при этом

,

например, в случае однородного поля напряжений а/с=2 и нормального закона для распределения с со средним значением c=2а и дисперсией D=a/2 получаем

Остаточную дефектность получают как разность между N_исх и N_{обн изд} . При этом N_{обн изд} определяют из аналитического выражения N_исх·P_вод ( ), т.е. остаточную дефектность N_ост можно представить в виде уравнения

N_ост=N_исх (1-P_вод).

Полученная таким образом остаточная дефектность будет начальной кривой остаточной дефектности после контроля и ремонта выявленных дефектов.

Далее необходимо определить величину подроста остаточных дефектов за период эксплуатации П_сущ и получить тем самым предельную кривую остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П _сущ.

Во время эксплуатации дефекты будут расти. Это означает, что за время эксплуатации П_сущ (за счет того, что дефекты подрастут) эта кривая сдвинется вправо (кривая 3 на ФИГ.3). Величины сдвигов вправо можно определить по известным формулам в зависимости от исходного размера дефекта, например по нормативному документу в атомной энергетике РД ЭО-0330 или упоминавшейся выше монографии Аркадова Г.В., Гетмана А.Ф. и Родионова А.Н. Полученная новая кривая остаточной дефектности будет предельной остаточной дефектностью, превысить которую нельзя при увеличенной периодичности П_нов ЭНК.

Механизм роста может быть различным в зависимости от условий эксплуатации. Если превалирует рост дефектов под действием циклических нагрузок, то в этом случае используем уравнение типа:

в котором

C и m - постоянные, зависящие от материала и условий эксплуатации;

R - коэффициент асимметрии цикла для цилиндра давления равен 0;

K₁ - размах коэффициента интенсивности напряжений. Коэффициент интенсивности напряжений при неоднородном распределении напряжений в районе трещины определяют по уравнению:

K₁=Y* _кр*(а/1000)^0,5,

где

Y=(2-0,82(a/c))/[1-(0,89-0,57(a/c)^0,5 )³(a/c)^l,5]^3,25,

^A - напряжение в вершине трещины;

^B - напряжение на поверхности детали в корне трещины.

Для частного случая .

Интегрируя приведенное выше выражение, его можно представить в виде:

Подставляя в выражение предыдущие выражения и решая его относительно конечного размера трещины a_k , можно определить подрост трещины a_N под воздействием N циклов нагружения.

Определяя указанным способом подрост дефектов для верхней, средней и нижней частей кривой 2 (ФИГ.3) остаточной дефектности для числа циклов нагружения на конец времени эксплуатации П_сущ, получим предельную кривую остаточной дефектности (кривая 3 на ФИГ.3).

Таким образом, ФИГ.3 иллюстрирует тот факт, что определенная указанным выше способом кривая остаточной дефектности принимается за исходную (то есть на момент проведения ЭНК до начала эксплуатации) остаточную дефектность (кривая 1 на ФИГ.3), которая после контроля существующими методами и ремонта выявленных дефектов сдвинется влево (кривая 2, ФИГ.3), а за время эксплуатации П_сущ (за счет того, что дефекты подрастут) сдвинется вправо (ФИГ.3, кривая 3). Полученную кривую 3 остаточной дефектности принимают за предельную кривую остаточной дефектности.

Далее задают желательную новую длительность периода эксплуатации П_нов и принимают предельную кривую остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П_сущ в качестве предельной кривой остаточной дефектности на конец периода эксплуатации П_нов.

Определяют дополнительное время эксплуатации по формуле (П_нов-П_сущ) и величину _t (сдвига кривой остаточной дефектности влево, связанную с дополнительным временем эксплуатации (П_нов -П_сущ).

Характерными размерами изделия, определяющие возможность его разрушения или ремонта, являются критический размер дефекта _кр и допустимый в эксплуатации размер дефекта [ ]_д.э

Точка a на кривой 3 ФИГ.3 соответствует остаточной дефектности для _кр, которая при новой периодичности контроля должна быть смещена влево на расстояние _t, равное подросту дефекта от точки b до точки а за время эксплуатации (П_нов-П_сущ).

Исходя из полученных параметров дефектности в областях размеров дефектов ( _кр- _t) и ([ ]_д.э.- _t) определяют потребные характеристики достоверности контроля. Требования к вероятности выявления дефектов при увеличенной периодичности ЭНК находят их соотношения:

_НК={ln[N_ост после _НКнов ( _кр- _t)/N_ост до _НК( _кр- _t)]}/( _кр- _t- ₀).

При этом значениям N _ост после _НКнов( _кр- _t) соответствует точка b на ФИГ.3, а N_ост до _НК ( _кр- _t) - точка а.

Аналогичное уравнение необходимо применить и для размеров дефектов ([ ]_д.э- _t). В этих уравнениях:

_НК - коэффициент достоверности неразрушающего контроля, который характеризует выявляемость дефектов в зависимости от их размеров;

N_ост после _НКнов ( _кр- _t) - величина остаточной дефектности после ЭНК новыми средствами неразрушающего контроля с повышенной выявляемостью контроля в области размеров дефектов ( _кр- _t) (точка b на ФИГ.3);

N _ост до _НК ( _кр- _t) - величина остаточной дефектности до ЭНК и до ремонта выявленных дефектов в области размеров дефектов ( _кр- _t); точка а на ФИГ.3;

_кр- _t- _t0) - где _t, подрост дефекта за время П_нов-П _сущ от величины ( _кр- _t) до _кр, а ₀ - чувствительность средств контроля; при использовании в качестве размера дефекта его ширину в направлении стенки трубопроводов - а, эта величина будет равна (a- a-a₀) (размер а показан на ФИГ.4)

По полученным характеристикам подбирают новые средства неразрушающего контроля. Новые средства неразрушающего контроля (методы и технические средства) с требуемыми характеристиками достоверности контроля _НК подбирают путем, например, изготовления тест-образца со скрытыми дефектами и определения на нем вероятности выявления дефектов с применением различных существующих на рынке средств и методов неразрушающего контроля. После этого выполняют контроль изделия новыми средствами неразрушающего контроля и проводят ремонт всех выявленных дефектов (трещин, непроваров, неоднородностей и других дефектов) материала изделия по результатам двух контролей. В последующие циклы контроля с повышенной периодичностью П _нов выполняют только одним новым средством ЭНК.

Таким образом, существенными операциями способа являются следующие: определение дефектности изделия методом неразрушающего контроля (критические размеры _кр дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [ ]_д.э. дефектов, N_обн, вероятность обнаружения дефектов P_{вод сущ}, исходную дефектность N_исх, остаточную дефектность N_ост до начала эксплуатации, остаточную дефектность изделия после ремонта, если таковой проводился, выявленных дефектов существующими методами контроля), определение остаточной дефектности на момент достижения времени контроля при исходной периодичности П_сущ, которое изменится из-за подроста дефектов во время эксплуатации, при этом величину перемещения остаточной дефектности определяют расчетным путем в зависимости от механизма и условий эксплуатации; полученную новую кривую принимают за предельную кривую остаточной дефектности, которую нельзя превысить при новой периодичности П_нов. Предельную кривую остаточной дефектности используют для определения требований к новому ЭНК с увеличенной периодичность, который должен обеспечить условие не снижения надежности изделия при увеличенной периодичности.

Способ может применяться для конкретного изделия или группы однотипных изделий, периодичность ЭНК которых надо безопасно увеличить с применением нового метода ЭНК при проведении контроля оператором известной квалификации с последующим ремонтом выявленных дефектов.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Необходимо безопасно увеличить периодичность неразрушающего контроля (ЭНК) с существующей величины П_сущ 4 года (ФИГ.1) до новой периодичности П_нов=8 лет (ФИГ.2), то есть без снижения надежности изделия.

Изделие - трубопровод внутренним диаметром D=800 мм толщиной стенки S=34 мм из перлитной стали. Критические размеры дефектов в поперечных сварных швах представлены на ФИГ.5 (кривая 3). Допустимые в эксплуатации дефекты определили с использованием уравнений механики разрушения и коэффициентов запаса прочности (кривая 2 на ФИГ.5). Нормы дефектов при изготовлении представлены на ФИГ.5 кривой 1.

По результатам штатного НК, который характеризуется вероятностью выявления дефектов P_вод в соответствии с кривой 1 на ФИГ.7 (определили с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами), выявили дефекты (ФИГ.6, гистограмма) и определили исходную дефектность изделия до контроля и ремонта выявленных дефектов по формуле:

N_исх до _НК( )=N_обн( )/P_вод( ).

Эта кривая представлена кривой 1 на ФИГ.3.

В качестве характеристического размера дефекта выбрана ширина дефекта в направлении толщины стенки, а точнее - малая полуось эллипса a, которыми схематизировали все выявленные дефекты.

При соотношении а/с 0,5 (соотношение, при котором дефекты имеют максимальную скорость и первыми могут достигнуть критических значений во время эксплуатации) критическому размеру дефекта соответствует a _кр=28 мм, [a]_д.э.=11 мм, [a]_изг. =1,15 мм (ФИГ.4).

Несмотря на то, что максимальный размер выявленного дефекта составил a_макс.=3 мм, ось абсцисс содержит критический размер a=28 мм.

По результатам контроля определяли остаточную дефектность до начала эксплуатации и ремонта выявленных дефектов (кривая 1 на ФИГ.3) после ремонта выявленных штатным методом НК дефектов до начала эксплуатации (кривая 2 на ФИГ.3) и на конец срока эксплуатации П_сущ (кривая 3 на ФИГ.3). Способ определения (построения остаточной дефектности описан в патенте RU 2243586 C1 (опубликован 27.12.2004).

Во время эксплуатации дефекты будут расти. Механизм роста может быть различным в зависимости от условий эксплуатации. В нашем случае превалирует рост дефектов под действием циклических нагрузок по механизму коррозионной усталости. В этом случае используем уравнение типа:

,

в котором

C и m - постоянные, зависящие от материала и условий эксплуатации;

R - коэффициент асимметрии цикла для цилиндра давления равен 0;

K₁ - размах коэффициента интенсивности напряжений.

Интегрируя приведенное выше выражение, его можно представить в виде:

Решая выражение относительно конечного размера трещины a_k, можно определить подрост трещины a_N под воздействием N циклов нагружения.

Определяя указанным способом подрост дефектов для верхней, средней и нижней частей начальной кривой остаточной дефектности для числа циклов нагружения на конец срока эксплуатации П_сущ, получим предельную кривую остаточной дефектности (кривая 3 на ФИГ.3).

Определяем время эксплуатации (П_нов-П_сущ) и для него определяем величину смещения точки а на кривой 2 ФИГ.3 влево, которое будет равно величине подроста дефекта размером (a_кр- a_t) до размера a_кр. Этот подрост составил (28-22,5)=5,5 мм. При этом начальный дефект размером 22,5 мм за срок эксплуатации (П_нов-П_сущ ) дорастет до дефекта критического размера, то есть величина подроста составит a_N=5,5 мм.

Аналогичным образом определим смещение точек d и k, соответствующим [a_дэ ].

По уравнению

_НК={ln[N_ост после _НКнов (a_кр- a_t)/N_ост до _НК(a_кр - a_t)]}/(a- a_t-a₀)

определим характеристику ЭНК, обеспечивающую безопасность при увеличении периодичности ЭНК (чувствительность a₀ принимаем на уровне 1 мм). При этом как в районе a_кр, так и в районе [a]_дэ значения _НК оказались близкими, равными 0,11 (1/мм) и 0,105 (1/мм).

В дальнейшем ориентировались на величину 0,11 (1/мм).

Подбор средств ПК (методы и технические средства) с требуемыми характеристиками достоверности контроля осуществляли с использованием тест-образца со скрытыми дефектами, на котором определяют вероятности выявления дефектов с применением различных существующих на рынке средств и методов ПК. Характеристики выявления дефектов штатным методом контроля и новым методом показаны на ФИГ.7 (кривые 1 и 2, соответственно).

После подбора необходимых средств НК выполняют контроль изделия новыми средствами неразрушающего контроля и производят ремонт изделия по результатам по результатам двух неразрушающих контролей.

Проконтролированное и отремонтированное описанным выше изделие (трубопровод) будет иметь уровень надежности, не ниже надежности при 4-летней периодичности ЭНК, который определяется предельной кривой остаточной дефектности 3 на ФИГ.3.

В дальнейшем ЭНК проводят с новой периодичностью П_нов =8 лет с использованием средств контроля с _НК=0,11 (1/мм), которая обеспечивает безопасность изделия на уровне, как и при 4-летней периодичности.