ПРАВИЛА
ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ
АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ
СОСУДОВ, АППАРАТОВ, КОТЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
ПБ 03-593-03
Москва
ПИО ОБТ
2003
Правилаорганизации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов,котлов и технологических трубопроводов (ПБ 03-593-03) печатаются по официальномутексту, опубликованному в "Российской газете" от 21.06.03 № 120/1(3234/1).
I.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ1.1. НастоящиеПравила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов,аппаратов, котлов и технологических трубопроводов (далее - Правила)устанавливают требования, соблюдение которых обеспечивает промышленнуюбезопасность, и направлены на предупреждение аварий, случаев производственноготравматизма на опасных производственных объектах.
1.2. Правиларазработаны в соответствии с Федеральным законом от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»(Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, № 30, ст. 3588),Положением о Федеральном горном и промышленном надзоре России, утвержденнымпостановлением Правительства Российской Федерации от 03.12.2001 № 841 (Собраниезаконодательства Российской Федерации, 2001, № 50, ст. 4742), Общими правиламипромышленной безопасности для организаций, осуществляющих деятельность вобласти промышленной безопасности опасных производственных объектов,утвержденными постановлением Госгортехнадзора России от 18.10.2002 № 61-А,зарегистрированным Минюстом России 28.11.2002 № 3968 («Российская газета» № 231от 05.12.2002), и предназначены для применения всеми организациями независимоот их организационно-правовых форм и форм собственности, осуществляющимидеятельность в области промышленной безопасности и поднадзорныхГосгортехнадзору России.
1.3. Правилапредназначены для применения при проведении акустико-эмиссионного контроляемкостного, колонного, реакторного, теплообменного оборудования химических,нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, изотермических хранилищ,хранилищ сжиженных углеводородных газов под давлением, резервуаровнефтепродуктов и агрессивных жидкостей, оборудования аммиачных холодильныхустановок, сосудов, котлов, аппаратов, технологических трубопроводов,трубопроводов пара и горячей воды и их элементов.
II.ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ 2.1. Назначение и областьпримененияНастоящиеПравила являются методическим и организационно-техническим нормативнымдокументом, в котором содержатся требования, рекомендации и информация,обеспечивающие проведение акустико-эмиссионного (АЭ) контроля объектов,подконтрольных Госгортехнадзору России. Использование настоящего документа длядругих объектов допускается по согласованию с органами, осуществляющими надзорза их безопасной эксплуатацией.
2.1.1. Основные положения по применениюакустико-эмиссионного метода контроля сосудов, котлов, аппаратов итехнологических трубопроводовМетод АЭоснован на регистрации и анализе акустических волн, возникающих в процессепластической деформации и разрушения (роста трещин) контролируемых объектов.Это позволяет формировать адекватную систему классификации дефектов и критерииоценки состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на объект.Другим источником АЭ контроля является истечение рабочего тела (жидкости илигаза) через сквозные отверстия в контролируемом объекте.
Характернымиособенностями метода АЭ контроля, определяющими его возможности и областьприменения, являются следующие:
метод АЭконтроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов,что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени ихопасности;
метод АЭконтроля обладает весьма высокой чувствительностью к растущим дефектам -позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долеймиллиметра. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры потеоретическим оценкам составляет порядка 1×10-6 мм2,что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1мкм;
свойствоинтегральности метода АЭ контроля обеспечивает контроль всего объекта сиспользованием одного или нескольких преобразователей АЭ контроля, неподвижноустановленных на поверхности объекта;
метод АЭпозволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессовизменения свойств и состояния материалов;
положение иориентация объекта не влияет на выявляемость дефектов;
метод АЭ имеетменьше ограничений, связанных со свойствами и структурой материалов;
особенностьюметода АЭ, ограничивающей его применение, является в ряде случаев трудностьвыделения сигналов АЭ из помех. Это объясняется тем, что сигналы АЭ являются шумоподобными,поскольку АЭ есть стохастический импульсный процесс. Поэтому, когда сигналы АЭмалы по амплитуде, выделение полезного сигнала из помех представляет собойсложную задачу.
При развитиидефекта, когда его размеры приближаются к критическому значению, амплитудасигналов АЭ и темп их генерации резко увеличивается, что приводит кзначительному возрастанию вероятности обнаружения такого источника АЭ.
Метод АЭ можетбыть использован для контроля объектов при их изготовлении, в процессеприемочных испытаний, при периодических технических освидетельствованиях, впроцессе эксплуатации.
Целью АЭконтроля является обнаружение, определение координат и слежение (мониторинг) заисточниками акустической эмиссии, связанными с несплошностями на поверхностиили в объеме стенки объекта контроля, сварного соединения и изготовленныхчастей и компонентов. Все индикации, вызванные источниками АЭ, должны быть приналичии технической возможности оценены другими методами неразрушающегоконтроля. АЭ метод может быть использован также для оценки скорости развитиядефекта в целях заблаговременного прекращения испытаний и предотвращенияразрушения изделия. Регистрация АЭ позволяет определить образование свищей,сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках и фланцевых соединениях.
АЭ контрольтехнического состояния обследуемых объектов проводится только при создании вконструкции напряженного состояния, инициирующего в материале объекта работуисточников АЭ. Для этого объект подвергается нагружению силой, давлением,температурным полем и т.д. Выбор вида нагрузки определяется конструкциейобъекта и условиями его работы, характером испытаний и приводится в «Программеработ по АЭ контролю объектов».
2.1.2. Схемы применения акустико-эмиссионного методаконтроляМетод АЭрекомендуется использовать для контроля промышленных объектов по следующимсхемам, представляющим собой, как правило, варианты сочетания с другимиметодами неразрушающего контроля.
2.1.2.1.Проводят АЭ контроль объекта. В случае выявления источников АЭ в месте ихрасположения проводят контроль одним из регламентируемых методов неразрушающегоконтроля (НК): ультразвуковым (УЗК), радиационным, магнитным (МПД),проникающими веществами и другими, предусмотренными нормативно-техническимидокументами. Данную схему рекомендуется использовать при контроле объектов,находящихся в эксплуатации. При этом сокращается объем применяемых методовнеразрушающего контроля, поскольку в случае использования регламентируемыхметодов необходимо проведение сканирования по всей поверхности (объему)контролируемого объекта.
2.1.2.2.Проводят контроль одним или несколькими методами НК. При обнаружениинедопустимых (по нормам регламентируемых методов контроля) дефектов или привозникновении сомнения в достоверности применяемых методов НК проводят контрольобъекта с использованием метода АЭ. Окончательное решение о допуске объекта вэксплуатацию или ремонте обнаруженных дефектов принимают по результатампроведенного АЭ контроля.
2.1.2.3. Вслучае наличия в объекте дефекта, выявленного одним из методов НК, метод АЭиспользуют для слежения за развитием этого дефекта. При этом может бытьиспользован экономный вариант системы контроля, с применением одноканальной илималоканальной конфигурации акустико-эмиссионной аппаратуры.
2.1.2.4. МетодАЭ в соответствии с требованиями нормативно-технических документов кэксплуатации сосудов, работающих под давлением, применяют при пневмоиспытанииобъекта в качестве сопровождающего метода, повышающего безопасность проведенияиспытаний. В этом случае целью применения АЭ контроля служит обеспечениепредупреждения возможности катастрофического разрушения. Рекомендуетсяиспользовать метод АЭ в качестве сопровождающего метода и при гидроиспытанииобъектов.
2.1.2.5. МетодАЭ может быть использован для оценки остаточного ресурса и решения вопросаотносительно возможности дальнейшей эксплуатации объекта. Оценка ресурсапроизводится с использованием специально разработанных методик, согласованных вустановленном порядке. При этом достоверность результатов зависит от объема икачества априорной информации о моделях развития повреждений и состоянияматериала контролируемого объекта.
2.1.3. Порядок применения метода акустическойэмиссии2.1.3.1. АЭконтроль проводят во всех случаях, когда он предусмотреннормативно-техническими документами или технической документацией на объект.
2.1.3.2. АЭконтроль проводят во всех случаях, когда нормативно-технической документациейна объект предусмотрено проведение неразрушающего контроля одним изрегламентируемых методов, но по техническим или другим причинам проведениетакого контроля невозможно.
2.1.3.3.Допускается использование АЭ контроля вместо регламентируемых методовнеразрушающего контроля по согласованию в установленном порядке.
III.ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ, ИСПОЛНИТЕЛЯМ И ПОРЯДОК ПОДГОТОВКИ К ВЫПОЛНЕНИЮАКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ 3.1. Организация контроляСущественнымфактором, влияющим на результаты АЭ контроля, являются меры, предшествующиенепосредственно его проведению. В подготовке АЭ контроля участвуют как исполнитель,так и заказчик. Выполняются следующие действия.
3.1.1. Послеполучения официальной заявки от заказчика представитель исполнителя проводитпредварительное ознакомление с объектом контроля с целью изучения техническойвозможности проведения контроля. На данной стадии решается вопрос о видеконтроля: АЭ контроль объекта может быть разовый, постоянно-периодический сиспользованием переносных приборов и постоянный с использованием стационарныхприборов (мониторинг).
3.1.2. Послеоформления договора на проведение АЭ контроля заказчик представляет исполнителювсю необходимую для проведения контроля проектную и техническую документацию наобъект контроля с фактическими условиями и режимами эксплуатации.
3.1.3. Послеознакомления с документацией на объект исполнитель составляет «Программу работпо АЭ контролю объекта». Программа утверждается техническим руководствоморганизации-заказчика.
В Программеработ по АЭ контролю должны быть отражены мероприятия, проводимыеорганизацией-заказчиком по подготовке к выполнению АЭ контроля, порядокпроведения работ с определением обязанностей каждого участника работ, как состороны исполнителя, так и со стороны заказчика. Программа должна включатьследующие организационно-технические мероприятия, обеспечивающие успешное выполнениеАЭ контроля:
представлениепомещения для акустико-эмиссионной аппаратуры (при необходимости). Температурав помещении должна быть не ниже 18 °С, оно должно быть обеспеченоэлектропитанием напряжением 220 В и мощностью не ниже 10 кВт;
обеспечениедоступа к местам установки преобразователей АЭ (ПАЭ) на объекте контроля;заказчик при необходимости должен обеспечить подъемные механизмы, установитьлеса, изготовить и установить заглушки, выделить персонал для вспомогательныхработ, включая вырезку окон в теплоизоляции и зачистку поверхности в местахустановки ПАЭ (чистота поверхностей должна быть не хуже Rz40);исполнитель должен отвести всех ремонтных рабочих на период АЭ контроля отконтролируемого объекта, прекратить работы на близкорасположенных объектах ит.д.;
обеспечениеизменения нагрузки на объект согласно графику нагружения, разработанномуисполнителем;
обеспечениедвусторонней связи между персоналом, выполняющим контроль, и эксплуатационнымперсоналом, осуществляющим изменение нагрузки;
обеспечениеспециалистов, проводящих АЭ контроль, индивидуальными средствами защиты,включая страховочные пояса при проведении работ по установке ПАЭ на высоте, идругими средствами индивидуальной безопасности, спецодеждой.
Мероприятия побезопасному ведению работ выполняются предприятием-заказчиком.
3.2. Предварительное изучение объекта контроляПередпроведением АЭ контроля исполнитель должен тщательно изучить объект контроля сцелью получения данных для разработки технологии АЭ контроля данного объекта.Технология контроля должна быть разработана на основании настоящих Правил иданных, полученных при изучении объекта контроля. Технология контроля должнабыть приведена в отчетной документации по контролю.
При составлениитехнологии контроля необходимо иметь следующие данные:
акустическиесвойства материала и контролируемого объекта, включая необходимые длявыполнения АЭ контроля скорости и коэффициенты затухания волн, импедансыматериалов;
требуемые дляконтроля АЭ свойства материала объекта;
параметры объектакак акустического канала.
Акустические иакустико-эмиссионные параметры получают при предварительном изучении объектаконтроля либо используют известные из технической и научной литературы данные.
На основанииполученных данных разрабатывают методические приемы контроля объекта, а такжеразрабатывают систему (либо выбирают из уже существующих систем и критериев)классификации источников АЭ и критериев оценки результатов контроля.
3.2.1.Технология контроля объекта согласовывается с заказчиком предварительно допроведения контроля с целью выполнения заказчиком необходимых подготовительныхработ. В технологии контроля должна содержаться следующая информация:
материал иконструкция контролируемого объекта, включая размеры и форму, тип хранимого(рабочего) продукта;
данные опараметрах шумов;
тип и параметрыпреобразователей АЭ, их изготовитель;
метод крепленияпреобразователей АЭ;
контактнаясреда;
схемарасположения преобразователей АЭ;
тип прибора АЭ,его параметры;
описание системыи результатов калибровки АЭ аппаратуры;
регистрируемыеданные и методы регистрации;
системаклассификации источников АЭ и критерии оценки состояния контролируемого объектапо результатам контроля;
квалификацияоператоров.
Данные обобъекте контроля и основных параметрах контроля заносят в Протокол (приложение 1).
Полностьюописывают процедуру гидро- (пневмо)испытания; приводят графики изменениянагрузки и температуры во времени.
3.2.2. Заказчиксогласно технологии контроля организует подготовку системы нагружения, создаетнеобходимые запасы испытательной среды (инертного газа, воды и т.д.), решаетвопросы подготовки компрессорных устройств, грузоподъемных механизмов и другихподготовительных работ, указанных в технологии контроля.
Для объектов,которые предварительно нагружались либо находились под нагрузкой, давлениеи/или нагрузки должны быть уменьшены до предварительно определенного уровня.Время выдержки при пониженном давлении должно быть установлено на основаниипредварительно полученных данных.
До проведенияиспытаний объекта, находящегося в эксплуатации, необходимо в обязательномпорядке иметь информацию:
о максимальномдействующем (рабочем) давлении или нагрузке в течение последнего года;
об испытательномдавлении.
3.2.3. Привыполнении работ по контролю заказчик предоставляет в распоряжение исполнителябригаду сотрудников, обеспечивающих проведение работ.
3.3. Требования к организациям и персоналу,проводящим акустико-эмиссионный контрольК проведению АЭконтроля допускаются специалисты, аттестованные в установленном порядке,имеющие удостоверения, подтверждающие их квалификацию. АЭ контроль должнапроводить бригада, состоящая не менее чем из двух специалистов. Из них, покрайней мере, один специалист должен иметь II или IIIуровень квалификации. Заключение по результатам контроля имеет право даватьспециалист, имеющий II или III уровень квалификации.
К организациям,проводящим АЭ контроль, предъявляется ряд требований, которые должныспособствовать выполнению работ на высоком уровне.
Организациядолжна иметь:
калиброванныесредства контроля (ПАЭ и акустико-эмиссионную аппаратуру);
аттестованный,квалифицированный персонал.
Рекомендуется иметьпакет документов, подтверждающий профессиональный уровеньорганизации-исполнителя, данные о системе качества, информацию о предыдущихработах по контролю промышленных объектов, список проконтролированных объектови организаций, которым были оказаны услуги по АЭ контролю.
Необходимымусловием готовности исполнителя выполнять работы по АЭ контролю являетсяналичие у него технологии контроля контролируемого объекта.
IV.ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРЕ И ОБОРУДОВАНИЮК аппаратуре иоборудованию, используемому при выполнении АЭ контроля, относятся ПАЭ сустройствами крепления и материалами для обеспечения акустической связи собъектом контроля; имитаторы сигналов АЭ; электронные блоки, предназначенныедля усиления и обработки сигналов АЭ; вычислительные средства для обработки ипредставления результатов контроля, включая программное обеспечение; средства,обеспечивающие нагружение контролируемого объекта.
4.1. Преобразователи АЭОдним изосновных элементов технических средств АЭ контроля являются ПАЭ. Они определяютчувствительность контроля и рабочий частотный диапазон. Рабочую частотувыбирают исходя из условий шумов, акустического затухания в объекте. Дляконтроля сосудов, котлов и аппаратов рекомендуется использовать диапазон 100 -500 кГц. При контроле технологических трубопроводов можно использовать болеенизкий диапазон частот - 20 - 60 кГц. При контроле объектов на более низкихчастотах наблюдается высокий уровень посторонних механических шумов. Вдиапазоне свыше 500 кГц в большей мере сказывается затухание упругих волн вконструкции.
ИспользуемыеПАЭ должны быть температурно-стабильными в диапазоне температур, в которомпроизводится контроль объектов. Их коэффициент электроакустическогопреобразования не должен изменяться более чем на 3 дБ в этом диапазоне температур.Разброс коэффициентов преобразования ПАЭ для партии преобразователей,используемых при контроле объекта, не должен превышать 3 дБ. Рекомендуетсяиспользовать преимущественно резонансные ПАЭ.
ПАЭ должны бытьпомехозащищенными, что достигается использованием принятых методовпомехозащиты, а также применением дифференциальных схем.
ПАЭ крепят кобъекту с использованием механических приспособлений, магнитных держателей либос помощью клея. Приспособления для установки преобразователей на объекте выбираютс учетом его конструктивных особенностей. Они могут быть съемными (магнитныедержатели, струбцины, хомуты и т.п.) или в виде стационарно установленныхкронштейнов.
Сигнальныйкабель и предварительный усилитель (предусилитель) должны быть зафиксированы. Предусилительразмещают вблизи ПАЭ или непосредственно в его корпусе. Длина сигнальногокабеля, соединяющего ПАЭ с предусилителем, как правило, не должна превышать 2м, кабель должен иметь экран для защиты от электромагнитных помех. Максимальнаядлина кабеля, соединяющего предусилитель с прибором, как правило, не должнапревышать 150 м. Потери сигнала в данном кабеле не должны превышать 1 дБ на 30м длины, электрическая емкость не должна превышать 30 пФ/м.
ПреобразовательАЭ устанавливают либо непосредственно на поверхность объекта, либо сиспользованием волновода. Рекомендуется использовать ненаправленныепреобразователи. При контроле линейных объектов (трубопроводов) либо приконтроле определенных зон допускается использовать направленные ПАЭ. Для толстостенныхобъектов (при условии l << t £0,1L,где t - толщина стенки, l - длина волны на рабочейчастоте, L - расстояние между ПАЭ) возможно применениепьезопреобразователей поверхностных волн.
При установке ПАЭна объект контроля акустическая контактная среда должна обеспечиватьэффективную акустическую связь ПАЭ с объектом и в то же время не должнаоказывать нежелательное воздействие на контролируемый объект. Контактная средадолжна обеспечивать надежный акустический контакт в течение всего временииспытаний при температуре контролируемого объекта. Рекомендуется использоватьконтактную среду с минимальным затуханием. В качестве контактной среды можноиспользовать эпоксидную смолу без отвердителя, машинное масло, глицерин идругие жидкие среды. Допускается применение волноводов. Поверхность объектаконтроля в месте установки ПАЭ зачищают до чистоты не хуже Rz40.
После установкиПАЭ на объект контроля производят проверку их работоспособности сиспользованием имитаторов АЭ. В качестве имитатора сигналов АЭ используютпьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый электрическими импульсами отгенератора. Частотный диапазон имитационного импульса должен соответствоватьчастотному диапазону системы контроля.
Генератор,возбуждающий преобразователь-имитатор, должен отвечать следующим требованиям:
частотаследования импульсов - 1 - 100 Гц;
амплитудагенерируемых импульсов варьируется и должна обеспечивать изменение амплитуды навыходе преобразователей системы контроля (с учетом затухания) в диапазоне 10мкВ - 30 мВ;
длительностьвозбуждающего электрического импульса не должна превышать 0,1 - 0,2 мкс.
В качествеимитатора сигналов АЭ также возможно использовать источник Су-Нильсена [изломграфитового стержня диаметром 0,3 - 0,5 мм, твердостью 2Т(2Н)].
При выполненииконтроля используемые рабочие ПАЭ должны быть откалиброваны с использованиемэталонных преобразователей АЭ.
Определениекоэффициента электроакустического преобразования эталонного ПАЭ путем измеренияамплитуды динамического смещения поверхности твердого тела и амплитудыимпульсной характеристики производят с использованием образцовых средствизмерений.
Калибровкурабочих ПАЭ производят независимые специализированные организации сиспользованием эталонных ПАЭ. Определение основных параметров рабочих ПАЭосуществляют владельцы ПАЭ с использованием методик в соответствии стребованиями нормативно-технической документации. Калибровка эталонных ПАЭдолжна проводиться один раз в год. Определение основных параметров рабочих ПАЭдолжна проводиться перед каждым контролем, но не реже одного раза в год.Результаты калибровки заносят в паспорт ПАЭ.