Introducción
En entornos sujetos a la corrosión o condiciones exigentes, como la perforación petrolífera en mar abierto o el transporte de líquidos a alta presión, se requieren tubos con espesores de pared (wall thickness, WT) muy gruesos o con una óptima relación WT/diámetro. Estos tubos, debido a los contextos en los que son usados, también requieren un método de inspección fiable y de alta calidad para su control/aseguramiento de calidad, similar al que se aplica en tubos con espesores de pared muy delgados.
Con el fin de permanecer competitivos en los mercados de los productos tubulares para campos petrolíferos (OCTG) y de perforación petrolífera en mar abierto, los fabricantes de tubos deben asegurar la calidad de dichos productos dotados de espesores de pared gruesos al mismo tiempo que mantienen un alto nivel de productividad. A través de esta nota de aplicación, se expone una solución de inspección automatizada para tubos con espesores de pared gruesos y una relación WT/diámetro elevada que cumple con estos requisitos.
Figura 1: Tubería de pared gruesa
Desafíos al usar la técnica UT para inspeccionar tubos con espesores de pared gruesos
En el caso de tubos con espesores de pared gruesos, los métodos de inspección por ultrasonido convencional a veces son ineficaces. En ocasiones, la omisión del diámetro interno (D. I.) de una pared puede crear una trayectoria acústica particularmente larga, lo que debilita la relación señal-ruido (SNR) [ver Figura 2]. Por otro lado, una inspección UT también es compleja cuando no se produce ningún reflejo a partir del diámetro interno debido a una relación WT/diámetro demasiado elevada de la tubería (ver Figura 3). Algunas veces es posible usar un ángulo de sonda más bajo, pero esta solución tiene limitaciones cuando el espesor de pared o la relación WT/diámetro de la tubería se encuentra por encima de cierto valor. Asimismo, debido al espesor grueso de las paredes, es necesaria una columna de agua más extensa, que se sumará al recorrido total de la trayectoria acústica. Si se usa el método de reflexión desde el diámetro interno, la trayectoria acústica más prolongada afectará la calidad de la inspección y ralentizará su velocidad, creando deficiencias en la productividad.
Figura 2: Trayectoria acústica prologada con omisión del diámetro interno dentro de una tubería con espesor de pared grueso
Figura 3: Ninguna reflexión interna del haz ultrasónico a partir de una tubería de pared gruesa y relación elevada.
Solución de inspección rotativa para tubos gruesos por ultrasonido multielemento (Phased Array)
En el caso de tubos con espesores de pared superiores a 50,8 mm (2 pulg.), esta solución de inspección rotativa se sirve de dos sondas, acopladas en diferentes ángulos dentro de una suela (zapata) con cámara de agua, a fin de detectar defectos de remaches longitudinales en el diámetro interno y externo.
- Para detectar el diámetro interno, se usa un ángulo de incidencia de 8 grados.
- Para detectar los defectos del diámetro exterior, se usa un ángulo de incidencia de 25 grados, que crea una trayectoria directa hacia la pared externa.
Para inspeccionar cada defecto por ambos lados, se usan dos suelas (zapatas) con cámaras de agua:
- La primera suela (zapata) inspecciona los defectos del D. I. en sentido horario y los defectos del D. E. en sentido antihorario.
- La segunda suela (zapata) con cámara de agua inspecciona los defectos del D. E en sentido horario y los defectos del D. I. en sentido antihorario.
Esta configuración proporciona una trayectoria acústica más directa hacia los defectos, lo que permite reducir la columna de agua a 60 mm (2,36 pulg.) en el caso de espesores de pared de 50 mm a 75 mm (1,96 pulg. a 2,95 pulg.).
Resultados
Una trayectoria directa hacia el defecto reduce la distancia de propagación del ultrasonido e incrementa la probabilidad de detección (POD) de los defectos longitudinales en tubos de pared gruesa. En el caso de tubos con una relación WT/diámetro elevada, esta técnica puede resolver la complejidad de crear una reflexión eficiente a partir del diámetro interno para detectar defectos del diámetro externo.
La Figura 5 y la Figura 6 proporcionan un ejemplo de escaneo en un tubo. En la representación desplegable (parte superior), el eje X representa la longitud axial del tubo y el eje Y representa la amplitud de detección de los defectos en el D. I. y D. E. Debajo de la representación desplegable, la representación de mapeo también muestra resultados 2D completos alrededor del tubo. El espesor de pared del tubo, en el ejemplo a continuación, es de 75 mm (2,95 pulg.) y la relación señal-ruido es de aproximadamente 15 dB y 22 dB para los remaches de diámetro interno y externo, respectivamente.
Figura 5: Resultados de la inspección para defectos longitudinales de diámetro interno
Figura 6: Resultados de la inspección para defectos longitudinales de diámetro externo
Conclusión y beneficios clave de esta solución para tuberías de espesores de pared gruesos
En el caso de inspeccionar tubos con paredes muy gruesas o tubos con una relación elevada entre WT (espesor de pared) y diámetro, esta simple solución por ultrasonido multielemento (Phased Array) puede usarse para inspeccionar de manera fiable defectos orientados longitudinalmente en las superficies del diámetro interno y externo. Ni la repetibilidad ni la relación de sonido-ruido se ven comprometidas por la trayectoria acústica más corta o la inspección específica para detectar los defectos de D. I. y D. E.
La viabilidad de este método se probó y validó en tuberías con proporciones superiores al 30 % y espesores de 75 mm (2,95 pulg.) mediante la ampliación de las capacidades del ensayo ultrasónico en un rango de inspección de tubos que anteriormente era considerado demasiado difícil y desafiante. Los fabricantes que requieren una solución de inspección de tuberías de paredes gruesas pueden implementar este método para ayudar a mejorar la productividad y fiabilidad de su control de calidad.
