NDT - LT A NOVÁ TECHNIKA SEMINÁR PIEŠŤANY, JÚN 2007 TEDIKO, s.r.o.,chomutov, Česká republika Koroze pod izolací představuje význačný problém při provozu zařízení jako jsou především chemické provozy a rafinérie, kde se většina zařízení nachází pod širým nebem. Jedná se jak o potrubí tak o nádoby, jako jsou výměníky, kolony, reaktory, nádrže apod. Koroze pod izolací (CUI - Corrosion Under Insulation) představuje výrazný problém těchto provozovaných zařízení, pokud jsou vytvořeny podmínky pro vznik a rozvoj koroze, tzn. vlhkost zadržující se v izolaci způsobuje dlouhodobou korozi vnějšího povrchu zařízení, projevující se většinou vznikem plošných korozních produktů ve formě až zbytnělých vrstev zároveň se zeslabováním stěny původního materiálu. Tento děj se odehrává především při relativně nízkých teplotách povrchu zařízení, především v rozsahu teplot do 100-150 0 C. Největším problémem je zatékání dešťové vody poškozenou či špatně provedenou izolací či kondenzace. Voda proniká do izolace netěsnostmi v izolaci poškozenými místy, špatně utěsněnými místy v místech ukončení, znovu nezakrytými či nedostatečně zakrytými inspekčními otvory apod. Zdroje vody jsou různé především zatékající dešťová voda, unikající kondenzát z podtápění, voda a kondenzát z technologie atd. Vzhledem k tomu, že jsou tato místa skrytá pod izolací, je velmi obtížné až téměř nemožné tato místa nalézt klasickými metodami bez demontáže izolace. Podceňování problému koroze pod izolací může vést k fatálním problémům, protože v chemickém a rafinérském průmyslu se zpracovávají a vyrábějí látky velmi často (lze říci, že většinou) nebezpečné jedovaté a výbušné. Stoprocentní diagnostickou metodou je vizuální kontrola přímá - ovšem se základním problémem, který představuje 100 % odstranění izolace. Demontáž a montáž izolace včetně příslušných bezpečných lešení představují náklady, které podstatně převyšují cenu použitých diagnostických metod a stoprocentní odizolování není z důvodů obrovských nákladů možné běžně u všech zařízení uskutečnit. Odlišným filosofickým přístupem od klasického je inspekce založená na přístupu ocenění rizika, tzv. RBI Risk Based Inspection. Zjednodušeně řečeno se pro každé zařízení či skupinu zařízení ocení pravděpodobnost vzniku poruchy (v tomto případě vzniku koroze pod izolací) a následky, které nastanou v důsledku poruchy úniku média do prostředí. Na pravděpodobnost poruchy mají vliv konstrukce, materiály, média, parametry a způsob provozování apod., následky závisí především na druhu média. Na dále uvedeném obrázku je obecný příklad takovéto matice, matice pro konkrétní zadání se může a také se samozřejmě liší. Podle velikosti rizika kritičnosti se určí rozsahy druhy a rozsahy kontrol a také místa, ve kterých bude kontrola prováděna. Tímto postupem není přístup ke [ 1 ]
všem zařízení tžný, ale liší se pro každé zařízení s tím, že snahou je optimalizace inspekce každého zařízení s ohledem na zcela konkrétní zařízení. Zjišťování koroze pod izolací není jednoduchá činnost. Nelze použít klasické defektoskopické techniky. Vzdálenost k základnímu materiálu (a tedy potenciální korozi) je většinou v rozmezí 50 až 200 mm vyplněných izolačními materiály s krycí vrstvou (většinou plechu), tzn. vzdálenost za těchto podmínek nepřekonatelná pro ultrazvuk, vířivé proudy atd. Přes izolaci proniknou za určitých podmínek dva druhy energie radioaktivní záření či elektromagnetické pole. Následně uvedené metody umožňují nějakým způsobem ohodnotit možnost problému s korozí a případně současně i s erozí, i když výsledek nelze v mnoha případech vzít jako zcela přesný a je většinou pomocí a vodítkem pro další opatření jako vytipování míst pro odizolování a provedení již běžných měření. Velice důležité je uvědomit si, že se při zjišťování koroze pod izolací se ve skutečnosti neměří žádná koroze, ale že se vlastně zjišťuje změna tloušťky stěny způsobená nějakým procesem degradace materiálu a tedy i korozními procesy! Následky poruchy N L M H N N N N N Pravděpodobnost vzniku poruchy L N L L M M N L M H H N M H E Na následujících dvou obrázcích je vidět stav vnějšího potrubí - povrch je silně zkorodovaný, vrstva korozních produktý je větší než 5mm. Výsledek zatékání poškozenou izolací. Je nutné si ale uvědomit, že přes přímo hrůzostrašný vzhled představuje úbytek základního materiálu cca 1 mm, tzn. že se nejedná v žádném případě vzhledem k nominální tloušťce o kritický stav. Nápravná opatření jsou však samozřejmě potřebná. [ 2 ]
Kontrola nádob Kontrola izolovaných nádob je specifická a rozdílná od kontroly potrubí v tom, že fyzický přístup k zařízení je pouze jednostranný. Nelze tedy vycházet z principu kontroly skrz např. prozářením, stejně tak kontrola ultrazvukem beze změny počátečních podmínek je vysoce nepravděpodobná. Pro kotroly s přístupností z jedné strany nebo nemožnosti kontroly skrz byla vyvinuta metoda kontroly pulsed eddy currents PEC. Kontrola pulzními vířivými proudy PEC PEC je elektromagnetická technika pro měření tloušťky nádob a potrubí. PEC používající sondy, které generují pulzní magnetické pole. Chování vířivých proudů indukovaných v oceli potom určuje tloušťku oceli v měřeném místě. Na následujícím obrázku je ukázán základní princip měření PEC a na dalším obrázku způsob vyhodnocení signálu. Sonda vytváří elektromagetické pole v materiálu blíže k sondě, po vypnutí sondy se v materiálu vytvoří vířivé proudy, které postupují k odvrácenému povrchu a zároveň slábne jejich intenzita, která po dosažení protilehlého povrchu prudce poklesne. Doba dosažení druhého povrchu, tzn. náhlému poklesu pole, je úměrná tloušťce materiálu. Obrovskou výhodou tohoto měření je možnost měření bez kontaktu s materiálem, dokonce z výrazné vzdálenosti a tedy možnost měřit i přes izolace. Jako každá metoda, má i tato metodá své čertovo kopýtko - nevýhodou měření je, že měření není v žádném případě bodové, ale naopak je vyhodnocovaná průměrná hodnota plochy odpovídající minimálně velikosti použité sondy, tzn. plochy minimálně několika desítek cm 2. Výše uvedené znamená, že nejpřesnějšího měření určení hodnoty - se dosahuje při plošném korozním či erozním poškozování, nejmenší při drobném a hlubokém pittingu. Na druhou stranu, pokud je umístění sondy při následných měřeních totožné, zjišťované výsledky charakterizující změnu v daném časovém období, jsou velmi přesné. [ 3 ]
Základní princip měření PEC Způsob vyhodnocení signálu PEC Ilustrační obrázek měření tloušťky stěny přístrojem PEC [ 4 ]
Kontrola potrubí Kontrola izolovaných potrubí umožňuje použití více metod, protože konfigurace měření umožňuje většinou kontrolu skrz, lze tedy nasadit i metody založené na prozařování. Lze samozřejmě u velkých průměrů použít i metody PEC případně lze uvažovat o speciálních ultrazvukových aplikacích. Kontrola prozářením Prozařování se používá běžně pro kontrolu svarových spojů či pro kontrolu odlitků, méně často pro kontrolu tloušťky stěny. Zde uvedené aplikace sou určeny především pro kontrolu potrubí - aplikací jsou zeslabení trubek, koroze pod izolací, rychlý a přesný screening, měření tloušťky. Lze uvažovat o dvou základních přístupech : - radiografie v reálném čas - klasická či digitální radiografie Na následujícím obrázku níže vlevo je znázorněno základní schema měření v případě prozařování v reálném čase, geometrické poměry jsou ale samozřejmě ve skutečnosti jiné obrázek je pouze schematem. Kromě varianty uvedené na obrázku existují také varianty prozařování v tečně, tzn. s on-line pozorováním rozhraní vzduch (izolace)/materiál na obrazovce či stínítku. [ 5 ]
V případě znázorněném na obrázku výše je zdrojem záření RA zářič s izotopem prvku gadolinia 152 s paprskem přesně kolimovaným na detektor o průměru cca 25 mm. Detektor je propojen s přenosným počítačem, na kterém se provádí on-line záznam výsledků z detektoru. Energie zaznamenávaná detektorem je úměrná stínění mezi zdrojem a detektorem. To znamená, že změřená hodnota odpovídá součtu tlouštěk obou stěn plus vlivu média pokud je v trubce obsaženo. Pomocí tohoto měření lze s výhodou kontrolovat stav potrubí pod izolací a zjistit změny v tloušťce stěny. Navíc lze tímto způsobem zjistit, zda není potrubí částečně či úplně blokavané, zjistit polohu svarových spojů apod. Na vedlejším obrázku je ukázán příklad realizace měření. Výsledkem měření je záznam odpovídající B-scanu v případě ultrazvukových měření, je tedy získávána jakási profilometrie. Ná následujících dvou obrázcích je ukázán záznam schodů standardu podobného jako se používá ke kalibraci ultrazvukového tloušťkoměru a záznam měření. [ 6 ]
Záznam kalibrace na stupňové měrce Záznam části kontrolované trubky [ 7 ]
Kontrola ultrazvukem Guided Waves Guided Waves (GW), neboli vedené vlny, je nová ultrazvuková metoda použitelná např. pro rychlý screening velkých částí potrubí, především nepřístupných, například na mostech, pod zemí a nebo právě pod izolací. Název metody odpovídá šíření ultrazvuku ultrazvuk je veden mezi dvěmi stěnami na velmi dlouhou vzdálenost v tomto případě stěnou trzbky - a provádí se kontrola 100 % objemu materiálu. Zařízení pro generování GW tvoří v případě potrubí prstenec upevněný na potrubí, který je složen z modulů s ultrazvukovými sondami/měniči těchto sond je v jednom zařízení i několik set kusů, záleží na průměru potrubí. Samozřejmě, že čím více sond, tím méně problémů. Ukázka instalace ja na následujících obrázcích. Sondy (podle konstrukce) generují dva druhy vln podélné a torzní (zkrutné), samozřejmě, že jeden typ sond generuje jeden typ vlny, takže systém používající oba typy musí být složen ze sond obou typů. Zpět po odrazu se vrací také tzv. vlny ohybové. Vzhledem k tomu, že se provádí konrola v celém průřezu, je citlivost metody vztahována na procenta průřezu. Spolehlivá detekce je na úrovni 9 % a více úbytku materiálu v průřezu. Měřící rozsah může být běžně až ± 40 m od jednoho umístění. Maximální dosažitelné hodnoty kontrolované délky jsou až stovky metrů. Samozřejmě, že překážky v cestě ultrazvuku snižují kontrolovanou vzdálenost i citlivost či působí jako koncový odraz (příruby). Z výše uvedeného vyplývá, že metoda slouží primárně na screening maximálního objemu potrubí a je zaměřena především na vyhledávání větších vad charakteru korozních a erozních úbytků. V případě zjišťování úbytků pod izolací v reálném prostředí je základním problémem přístupnost místa pro instalaci je nutné zpřístupnit místo pro instalaci, tzn. odstranit izolaci z místa instalace sond, což je velice často spojené s nutností postavit lešení. Dosah měření, tzn. kontrolovaná délka, je však podstatně nižší než bylo uvedeno výše. Je to především z důvodů konstrukcí potrubních větví, kdy velká část izolovaných větví je tvořena svařenci omezené délky s přírubovými spoji. Na následujícím obrázku je ukázka z reálného měření. [ 8 ]
Výše uvedené metody byly realizovány společností Tediko a jejími zahraničními partnery v posledních dvou letech s odpovídajícími výsledky. Vzhledem k jisté náročnosti metod a z toho vyplývající náročnosti nákladové a zároveň i náročnosti technické je nutné ale konstatovat, že v současnosti prostředí pro běžnou realizaci v České republice není ještě připravené a potrvá ještě nějaký čas, tak jako například pro metody DR, TOFD a PA, než dojde k rozsáhlejšímu použití.