Introduzione
In contesti difficili o in ambienti che favoriscono la formazione di corrosione, come nelle strutture di perforazione offshore o nei sistemi per il trasporto di liquidi a alta pressione, è necessario l'impiego di tubazioni con pareti di spessore elevato o con alto rapporto spessore della parete-diametro. Queste tubazioni, visti i contesti nelle quali sono usate, esigono inoltre un metodo di ispezione di alta qualità e affidabile per il controllo qualità, simile a quello utilizzato per tubazioni con parete molto sottile.
Per rimanere competitivi nell'ambito dei settori di tubi per il trasporto di prodotti petroliferi (OCTG - oil country tubular goods) e di strutture di perforazione offshore, i produttori di tubi devono essere in grado di controllare la qualità di tubi a parete spessa mantenendo un elevato livello di produttività. Questa nota applicativa presenta una soluzione di ispezione automatizzata per tubi con pareti spesse e con alto rapporto spessore della parete-diametro che soddisfa queste esigenze.
Figura 1: Una tubazione con parete di spessore elevato
Problematiche nell'uso degli ultrasuoni (UT) per l'ispezione di tubazioni con pareti molto spesse
Nel caso di tubazioni a parete spessa i metodi di ispezione a ultrasuoni standard risultano a volte inefficienti. In alcuni casi il passo della parete del diametro interno (DI) può creare un percorso sonoro particolarmente lungo, diminuendo il rapporto segnale-rumore (SNR - signal-to-noise ratio) [vedi Figura 2]. Invece l'esecuzione dell'ispezione UT è anche difficile quando non si produce la riflessione del diametro interno, visto che il rapporto spessore della parete-diametro della tubazione è eccessivamente elevato (vedi Figura 3). Alcune volte può essere utilizzato un angolo della sonda minore, tuttavia questa soluzione ha dei limiti quando lo spessore della parete o il rapporto spessore della parete-diametro della tubazione è maggiore di un determinato valore. A causa dell'elevato spessore della parete della tubazione è necessaria un'alta colona d'acqua che si aggiunge al percorso sonoro totale. Quando si utilizza lo standard metodo di riflessione in corrispondenza del diametro interno il percorso sonoro più lungo influenza la qualità dell'ispezione e rallenta la velocità di ispezione, riducendo la produttività.
Figura 2: Lungo percorso sonoro con un salto del diametro interno dentro una tubazione con parete di spessore elevato
Figura 3: Nessuna riflessione interna del fascio ultrasonoro in una tubazione con parete spessa e elevato rapporto spessore della parete-diametro
Soluzione di ispezione rotante di tubazioni per tubazioni a parete spessa mediante i controlli a ultrasuoni Phased Array (PAUT)
Per lo spessore della parete di tubazioni maggiore di 50,8 mm (2 in.) questa soluzione di ispezione rotante di tubazioni utilizza due sonde orientate a diversi angoli all'interno di uno zoccolo d'acqua per rilevare dei difetti longitudinali a intaglio in corrispondenza del diametro interno e del diametro esterno.
- Per il rilevamento del diametro interno viene usato un angolo d'incidenza di 8°.
- Per i difetti dei diametri esterni viene usato un angolo d'incidenza di 25°, creando un percorso diretto fino alla parete esterna.
Due zoccoli d'acqua sono usati per ispezionare entrambi i lati di ogni difetto:
- Il primo zoccolo ispeziona i difetti del diametro interno in senso orario e i difetti del diametro esterno in senso antiorario.
- Il secondo zoccolo d'acqua ispeziona i difetti in corrispondenza del diametro esterno in senso orario e i difetti in corrispondenza del diametro interno in senso antiorario.
Questa configurazione assicura la formazione di un percorso sonoro più diretto ai difetti, permettendo la riduzione di una colonna d'acqua fino a 60 mm (2,36 in.) per spessori di pareti di tubazioni da 50 mm a 75 mm (da 1,96 in. a 2,95 in.).
Risultati
Un percorso diretto al difetto riduce la distanza del percorso sonoro e aiuta a aumentare la probabilità di rilevamento (POD - probability of detection) per difetti longitudinali in tubazioni a pareti spesse. Nel caso di tubazioni con elevato rapporto spessore della parete-diametro, questa tecnica può gestire il problema di creare un'efficiente riflessione del diametro interno per rilevare i difetti in corrispondenza del diametro esterno.
La Figura 5 e la Figura 6 illustrano un esempio di scansione della tubazione. Nel diagramma a scorrimento (in alto) l'asse x rappresenta la lunghezza assiale della tubazione mentre l'asse y mostra l'ampiezza di rilevamento per i difetti in corrispondenza del diametro interno e del diametro esterno. Al di sotto del diagramma scorrevole, la vista della mappatura mostra i risultati bidimensionali completi attorno alla tubazione. Lo spessore della parete della tubazione per l'esempio illustrato di seguito è pari a 75 mm e l'SNR è di circa 15 dB e di 22 dB rispettivamente per gli intagli in corrispondenza del diametro interno e del diametro esterno.
Figura 5: Risultati di ispezione per i difetti longitudinali in corrispondenza del diametro interno
Figura 6: Risultati di ispezione per i difetti longitudinali in corrispondenza del diametro esterno
Conclusioni e vantaggi principali di questa soluzione per tubazione a parete spessa
Per tubazioni con elevato spessore della parete o per tubazioni con rapporti elevati spessore della parete-diametro, questa semplice soluzione phased array (PA) può essere usata per ispezionare in modo affidabile difetti orientati longitudinalmente sulle superfici in corrispondenza del diametro interno e del diametro esterno. Sia la ripetibilità che l'SNR non sono influenzati dal percorso sonoro più breve e dall'ispezione specifica impiegati per il rilevamento dei difetti in corrispondenza del diametro interno e del diametro esterno.
Abbiamo testato e convalidato la fattibilità di questo metodo su tubazioni con rapporti spessore della parete-diametro superiori al 30% e spessori di 75 mm (2,95 in.), ampliando la capacità di ispezione a ultrasuoni in un contesto ispettivo delle tubazioni che prima era considerato eccessivamente complesso. I produttori che richiedono una soluzione di ispezione di tubazioni con pareti spesse possono integrare questo metodo per migliorare la produttività e l'affidabilità del loro controllo qualità.
