В процессе эксплуатации технологи­ческих трубопроводов нефтеперерабаты­вающих заводов на их внутренних по­верхностях оседает слой различных осад­ков. В частности, для трубопроводов теп­лообменников характерно образование слоя силикатов, в технологических печах нефтеперерабатывающих производств — слоя нагара. Во всех случаях влияние осадков на технологический процесс от­рицательно: они затрудняют протекание жидкости по трубопроводу, ухудшают теплообмен, поэтому контроль наличия осадков, их количественная оценка явля­ются важной задачей.

Измерение суммарной толщины стенки и осадков в сопоставлении с тол­щиной стенки, осуществляемое обычными методами и средствами УЗ-дефектоскопии и толщинометрии, эффективно только в случае, если осадки плотные и хорошо проводят УЗ. Пористость слоя осадков затрудняет образование резонанса при резонансном методе или четкое отражение при импульсном методе. Кроме того, не­обходимо выполнять несколько измере­ний в одном сечении, так как поверхность осадков далека от цилиндрической.

При прозвучивании трубопроводов в широком диапазоне частот [66] было об­наружено значительное изменение прохо­ждения ультразвука вокруг трубы на низ­ких частотах, зависящее от наличия или отсутствия осадков. В трубах без осадков прохождение имеет ярко выраженный резонансный характер. Волны возбужда­лись и принимались прямыми пьезопре-

образователями, расположенными на про­тивоположных сторонах трубы. Отчетли­вые резонансы позволили измерить как скорость волн, так и ее дисперсию и иден­тифицировать тип возбуждаемых волн. Волны соответствовали антисимметрич­ной моде волн Лэмба нулевого порядка.

В стенке трубы резонансы появляют­ся каждый раз, когда количество волн п по периметру трубы увеличивается на еди­ницу. Скорость с в этом случае определя­ется по формуле:

nP[ f 2 — ,/) )
п2-п 1

где/] и f'l - частоты двух резонансов, соот­ветствующих количествам ВОЛН П И п2 в

стенке трубы диаметром D. По сравнению с классическим случаем интерферометра резонансы появляются реже в два раза.

Измеренные акустические свойства слоя осадков дало значения: скорость про­дольных волн в нагаре равна 2700 м/с, то есть в два раза ниже, чем в стали. Плот­ность этого вещества порядка 1000 кГ/м3 или несколько больше, но значительно меньше, чем стали.

Как и ожидалось, скорость в стенке трубы уменьшалась с ростом толщины слоя осадков на величину до 10 % по сравнению с пустой трубой. Следует по­лагать, что основная часть энергии пере­носится несколько искаженными под влиянием осадков волнами Лэмба.

Амплитудно-частотные характери­стики трубы со слоем нагара разной тол­щины изображены на рис. 6.33 сплошны­ми линиями. Увеличение толщины слоя нагара вызывает искажение резонансных пиков. АЧХ получены с использованием одной пары прямых преобразователей в двух сечениях одной трубы, расстояние между которыми - 8 см. Сравнение с АЧХ пустой трубы того же типоразмера (на рисунке не показано) позволяет отметить очень существенное расширение и иска­жение резонансных пиков.

Применение радиоимпульсов (штри­ховые линии) вместо непрерывного излу­чения вызывает сглаживание импульсов. В целом АЧХ сужается.

Частично искажение можно объяс­нить тем, что суммарная АЧХ - это нало­жение АЧХ различных участков трубы, пики в которых ввиду разной дисперсии смещены. Ширина и крутизна всех сум­мируемых резонансных пиков одного по­рядка и, таким образом, максимальная крутизна суммарной АЧХ почти сохраня­ется. По данным соображениям построен один из возможных алгоритмов обработки информации. Измеряется величина N, равная

где U{t) - среднее значение огибающей сигнала на приемнике, а | dlljdt | - мо­дуль производной от огибающей.

Результаты экспериментальной про­верки метода приведены на рис. 6.34. На оси ординат показана величина N, а на оси абсцисс - номера испытывавшихся труб с различной толщиной S слоя осадков С увеличением s значение N уменьшается, но наблюдается уменьшение чувствитель­ности N(s) при значительной толщине слоя осадков.

Форма АЧХ даже в одном сечении меняется при перемещении пары преобра­зователей по периметру трубы. В основ­ном это объясняется неодинаковыми ус­ловиями работы, в частности, разным аку­стическим сопротивлением ввиду неров­ности поверхности (особенно корродиро­ванной), отклонением от радиальной ори­ентации преобразователей и т. д. В то же время показания не зависят от взаимного расположения преобразователей. Даже при расположении преобразователей на одной стороне трубы при расстоянии ме­жду ними, примерно равном радиусу тру­бы, наблюдается качественное совпаде­ние. Метод позволяет однозначно опреде­лить разницу между пустой новой трубой и пустой, но покрытой ржавчиной.

Разработан и апробирован прибор - индикатор закоксованности трубопрово­
дов, непосредственно измеряющий значе­ние N. Прибор применяется для контроля технологических печей нефтеперерабаты­вающего завода "Nafta" (г. Мажейкяй, Литва). Эксплуатационные испытания дали удовлетворительные результаты. Готовится мелкосерийное производство индикаторов под названием Zondas.