Einführung
Für korrosionsanfällige oder herausfordernde Umgebungen, wie tiefe Offshore-Ölbohrungen oder den Transport von Flüssigkeiten unter hohem Druck, sind Rohre mit großer Wanddicke oder einem großen Wanddicke/Durchmesser-Verhältnis erforderlich. Diese Rohre erfordern, wie Rohren mit sehr dünnen Wänden, aufgrund ihrer Verwendung ein zuverlässiges und qualitativ hochwertiges Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle.
Um auf den Märkten für Ölfeldrohre (OCTG) und Offshore-Bohrungen wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Rohrhersteller die Qualität dickwandiger Rohre kontrollieren und gleichzeitig eine hohe Produktivität aufrechterhalten. Dieser Anwendungshinweis stellt eine automatisierte Prüflösung für Rohre mit dicken Wänden und einem großen Wanddicke/Durchmesser-Verhältnis vor, die diese Anforderungen erfüllt.
Abbildung 1: Dickwandiges Rohr
Herausforderungen bei der Verwendung von UT zur Prüfung von Rohren mit sehr dicken Wänden
Bei dickwandigen Rohren sind Standard-Ultraschallprüfverfahren manchmal nicht effektiv oder effizient. In einigen Fällen kann die Umlenkung am Innendurchmesser (ID) einen besonders langen Schallweg erzeugen und das Signal-Rausch-Verhältnis verringern (siehe Abbildung 2). Die UT-Prüfung ist auch dann schwierig, wenn keine Reflektion am ID auftritt, weil das Wanddicken/Durchmesser-Verhältnis des Rohres zu groß ist (siehe Abbildung 3). Eine mögliche Lösung ist die Verwendung eines geringeren Sensorwinkels. Dies ist aber mit Einschränkungen verbunden, wenn die Wanddicke oder das Verhältnis des Rohrs über einem bestimmten Wert liegt. Aufgrund der dicken Rohrwände ist eine lange Wasserstrecke erforderlich, die den gesamten Schallweg verlängert. Bei Verwendung der Standard-Reflektionsmethode beeinträchtigt der längere Schallweg die Qualität der Prüfung und verlangsamt die Prüfgeschwindigkeit, was die Produktivität verringert.
Abbildung 2: Langer Ultraschallweg mit ID-Umlenkung von einem Rohr mit großer Wanddicke
Abbildung 3: Keine Innenreflektion des Schallbündels in einem dickwandigen Rohr mit großem Verhältnis
Lösung: Rotationsrohrprüfanlage für dicke Rohre mittels Phased-Array-Ultraschallprüfung (PAUT)
Für Rohre mit Wanddicken über 50,8 mm (2 Zoll) verwendet diese Rotationsrohrprüfanlage zwei Sensoren, die in unterschiedlichen Winkeln an einem Wasserstreckenvorlaufkeil angeordnet sind, um längsverlaufende Kerbfehler am ID und AD zu erkennen.
- Für die Erkennung am ID wird ein 8°-Einschallwinkel verwendet.
- Für Fehler am AD wird ein 25°-Einschallwinkel verwendet, der einen direkten Schallweg zur Außenwand erzeugt.
Zwei Wasserstreckenvorlaufkeile werden verwendet, um den Fehler von zwei Seiten zu prüfen:
- Mit dem ersten Vorlaufkeil werden Fehler am ID im Uhrzeigersinn und Fehler am AD entgegen dem Uhrzeigersinn geprüft.
- Mit dem zweiten Vorlaufkeil werden Fehler am AD im Uhrzeigersinn und Fehler am ID entgegen dem Uhrzeigersinn geprüft.
Diese Konfiguration bietet einen direkteren Schallweg zu den Fehlern, wodurch die Wasserstrecke auf 60 mm (2,36 Zoll) für Wanddicken von 50 mm bis 75 mm (1,96 Zoll bis 2,95 Zoll) reduziert werden kann.
Ergebnisse
Ein direkter Schallweg zum Fehler reduziert die Schallweglänge und kann die Erkennungswahrscheinlichkeit bei längs verlaufenden Fehlern in dickwandigen Rohren erhöhen. Bei Rohren mit großem Wanddicke/Durchmesser-Verhältnis kann diese Technik das Problem beheben, dass eine effiziente Reflektion der Innenwand zur Erkennung von Fehlern am AD erzeugt wird.
In Abbildung 5 und Abbildung 6 ist ein Beispiel für eine Rohrprüfung zu sehen. In der durchlaufenden Ansicht (oben) repräsentiert die x-Achse die axiale Länge des Rohrs und die y-Achse zeigt die Amplitude der Erkennung der Fehler am ID und AD. In der durchlaufenden Ansicht (darunter) zeigt die zuordnende Ansicht auch vollständige Ergebnisse in 2D rund um das Rohr dar. Die Rohrwanddicke im folgenden Beispiel beträgt 75 mm (2,95 Zoll), und das Signal-Rausch-Verhältnis liegt zwischen 15 dB und 22 dB für die Kerbenfehler am ID und AD.
Abbildung 5: Prüfergebnisse für längs verlaufende Fehler am ID
Abbildung 6: Prüfergebnisse für längs verlaufende Fehler am AD
Fazit und Hauptvorteile dieser Lösung für dickwandigen Rohre
Bei Rohren mit sehr dicken Wänden oder einem großen Wanddicken/Durchmesser-Verhältnis kann diese einfache Phased-Array-Lösung (PA) verwendet werden, um längs verlaufende Oberflächenfehler am ID und AD zuverlässig zu prüfen. Die Wiederholbarkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis werden durch eine kürzeren Schallweg und die entsprechende Prüfung zur Erkennung von Fehlern am ID und OD beeinträchtigt.
Wir haben die Realisierung dieser Methode an Rohren mit Verhältnissen über 30 % und Wanddicken von 75 mm (2,95 Zoll) getestet und validiert, indem die Ultraschallprüffähigkeiten auf einen Bereich der Rohrprüfung erweitert haben, der zuvor als zu schwierig und anspruchsvoll galt. Hersteller, die eine Prüflösung für dickwandige Rohre benötigen, können diese Methode integrieren, um die Produktivität und Zuverlässigkeit ihrer Qualitätskontrolle zu verbessern.
