Teste ultrassônico de onda guiada para tubos sem arranhões

O Teste Ultrassônico de Onda Guiada (GWUT) é uma alternativa viável para tubos não escalonáveis ​​que estão localizados em áreas de difícil acesso onde o pig é difícil de lançar e receber.

Os dutos têm sido usados ​​como um método seguro e econômico de transporte de hidrocarbonetos desde 1860. A inspeção de rotina é necessária para garantir que os dutos possam transportar os hidrocarbonetos necessários na pressão máxima de operação (MOP) projetada, mantendo a segurança e a integridade. A inspeção de rotina pode incluir testes de pressão, limpeza de tubos e outros procedimentos.

Embora se acredite que o pigging de tubos seja um método muito eficaz de inspecionar tubos e determinar o tamanho e a localização de anomalias, alguns tubos são considerados inadequados para pigging. Isso pode ocorrer porque eles estão localizados em áreas de difícil acesso, onde é difícil lançar e receber o pig ou porque o segmento de tubulação que está sendo inspecionado faz parte de uma rede de tubulação onde a pigging será extremamente difícil.

Desde 1998, os operadores de dutos começaram a inspecionar dutos de difícil acesso ou dutos que não podem ser riscados com uma técnica conhecida como Teste Ultrassônico de Onda Guiada (GWUT). Esta técnica tem a capacidade de detectar e medir a mudança na seção transversal do tubo a partir de um único local de teste. Isso dá aos proprietários e operadores de dutos uma maneira de monitorar a perda da parede do tubo ao longo do tempo e dá a eles decisões econômicas e eficientes em relação aos seus programas de integridade. Neste artigo explicaremos o princípio por trás da inspeção GWUT, como funciona, suas vantagens e limitações.

O que é uma inspeção de Teste Ultrassônico de Onda Guiada (GWUT)?

A inspeção GWUT é uma técnica desenvolvida na década de 1990 para examinar comprimentos de tubo de um único local de teste, permitindo a cobertura total do tubo. (Para obter informações sobre outra alternativa de inspeção, leia Usando análise a laser 3D para testes não destrutivos e avaliação de corrosão de dutos.) Os resultados do processo de detecção são então inspecionados com mais detalhes usando métodos convencionais de teste não destrutivo (NDT).

Com a inspeção GWUT os custos de acesso são significativamente reduzidos; Em vez de desenterrar grandes seções de dutos para inspeção, podemos inspecionar apenas as áreas que foram corroídas pelo método de detecção. Essas áreas são então minuciosamente pesquisadas usando métodos NDT convencionais. Além disso, o GWUT pode ser usado para pesquisar áreas de difícil acesso, como travessias de trilhos ou rios, que são difíceis com métodos NDT convencionais.

GWUT Teoria de Operação

O GWUT é composto por um anel de transdutores piezoelétricos e magnetostritivos que se encaixam em toda a circunferência do tubo. Esses transdutores geram e recebem ondas ultrassônicas de baixa frequência que são capazes de atravessar a parede do tubo. As ondas de baixa frequência (geralmente na faixa de 50 KHz, que é muito menor do que a faixa de 5 MHz normalmente usada na inspeção UT convencional) são capazes de atravessar a parede do tubo com atenuação mínima.

Os transdutores GWUT não requerem a colocação de um acoplador entre os transdutores e a superfície do tubo; apenas a pressão pneumática é mantida para alcançar um contato íntimo entre a superfície do tubo e os transdutores. Qualquer mudança na seção transversal do tubo faz com que essas ondas sejam refletidas de volta para o transdutor, onde são processadas usando um software de computador para estimar a mudança na espessura da parede, seja um aumento devido a soldas ou uma diminuição devido à perda de metal. Como a velocidade de propagação dessas ondas é conhecida, com base no tempo de voo das ondas ultrassônicas, a localização aproximada é calculada e determinada (Figura 1).

Figura 1. Diagrama representativo da configuração da ferramenta de inspeção GWUT.

GWUT vs. Teste Ultrassônico Convencional

Embora o GWUT use os mesmos princípios do teste ultrassônico convencional (UT) usado para medir a espessura da parede do tubo ou para detectar rachaduras se uma sonda angulada for usada, o GWUT tem várias vantagens (Tabela 1).

Tabela 1. Comparação do teste ultrassônico convencional (padrão) (UT) com o teste ultrassônico de onda guiada (GWUT).

Limitações do GWUT

Embora o GWUT seja uma solução viável para dutos de difícil inspeção com técnicas convencionais de END, seja pela dificuldade de acesso ou pela complexidade (por exemplo, uma rede de dutos), ele apresenta algumas limitações, conforme descrito a seguir.

O GWUT é baseado em ondas mecânicas que são induzidas nas tubulações através dos transdutores. Essas ondas geralmente atravessam a parede do tubo em uma frequência muito menor do que o UT convencional. Os comprimentos de onda mais longos com os quais as ondas viajam resultam em sinais mais complexos do que aqueles produzidos por ondas de compressão em UT convencional.

No GWUT, as ondas existem em três modos: longitudinal, torcional e flexural. Mais de um modo pode estar disponível no duto sob inspeção em uma frequência. Isso pode levar a uma resposta muito mais difícil de analisar do que o UT convencional. Portanto, programas de software sofisticados são necessários para analisar os sinais. Além disso, os operadores do GWUT devem ser experientes e bem treinados para configurar e operar o equipamento, bem como analisar os resultados produzidos.

Como mencionado acima, o GWUT é um método de detecção. Ele mede apenas a mudança na área da seção transversal. Não possui a capacidade de determinar com precisão a profundidade e o comprimento da área de perda de metal, o que é um requisito para avaliar a capacidade de carga do tubo de acordo com normas internacionais como ASME B31G. Portanto, o GWUT é apenas um método de detecção e quaisquer áreas relatadas como tendo uma mudança na seção transversal devem ser avaliadas usando técnicas NDT convencionais, como UT convencional. A Figura 2 mostra como uma falha de 10% da área da seção transversal relatada por uma inspeção GWUT resultou em 10%, 20% ou 40% de profundidade, dependendo da circunferência da perda de metal. (3)

Figura 2. Exemplos de falhas de área de seção transversal de 10% e como diferentes profundidades foram relatadas.

A calibração de dados ainda depende das curvas de atenuação dinâmica (DACs), onde as curvas primárias dependem da resposta recebida das soldas circunferenciais do tubo. Esses perfis de solda geralmente são inconsistentes por vários motivos, incluindo falta de penetração, desalinhamento ou alteração na tampa ou na raiz de uma solda. Isso pode causar erros na curva DAC que não podem ser corrigidos sem conhecer os perfis de solda circunferencial acima e abaixo do tubo. Além disso, a presença de dois ou mais grupos de defeitos próximos entre si pode afetar a forma dos sinais recebidos, seja por interferência construtiva ou destrutiva. Todos esses parâmetros afetam a precisão da perda de área transversal reportada do levantamento GWUT.

Uma das principais vantagens da inspeção GWUT é sua capacidade de inspecionar longos comprimentos de tubo a partir de um único local de teste. No entanto, isso só é aplicável em condições ideais. Outros fatores podem dificultar o comprimento inspecionado, incluindo:

  • A presença de revestimentos de tubos, como envoltórios, epóxis de alcatrão de hulha, concreto, etc.
  • Condições degradadas da parede do tubo devido à presença de corrosão por pite
  • Complexidade da geometria do tubo.
  • Viscosidade do conteúdo do tubo (conforme a viscosidade aumenta, a distância inspecionada diminui)
  • A profundidade do tubo, especialmente em solos densos e úmidos. Dependendo das condições de campo, o comprimento da seção do tubo inspecionado pode ser reduzido para dezenas de pés, o que pode tornar a inspeção GWUT não lucrativa.

O perfil de corrosão (profundidade, comprimento) não pode ser determinado com precisão.

A calibração de dados é baseada em soldas circunferenciais de campo, que podem ter diferentes perfis.

Finalmente, também deve ser notado que existe uma zona morta abaixo dos transdutores GWUT e uma zona próxima ao lado da zona morta. Nessas áreas, a probabilidade de detecção de anomalias é bastante reduzida. Isso deve ser levado em consideração ao escolher o local de colocação dos transdutores GWUT para que eles fiquem além da seção necessária a ser inspecionada.

Conclusão:

A inspeção GWUT é uma ferramenta muito poderosa que pode ser usada para inspecionar tubos de difícil acesso ou que não podem ser raspados. (Outras ferramentas são discutidas em Usando Inspeção Não Intrusiva em Instalações de Gás Onshore.) Essa técnica permite que o operador da tubulação teste várias centenas de pés de tubulação a partir de um único local de teste. No entanto, o GWUT possui algumas limitações que devem ser levadas em consideração.

Tendo em conta as suas capacidades e limitações, pode fornecer uma técnica de inspeção alternativa que visa garantir a integridade e operação segura do duto.

Característica UT padrão GWUT
Frequência Alto Baixo
modo de onda compressão/corte Guiado
característica de detecção Hora do voo Tempo de voo, modo de onda, amplitude, padrão, resposta a mudanças de frequência
modo de propagação pulso-eco pulso-eco
Tipo de medida Ponto por ponto colocar na tela
Medição mudança de espessura Mudança na área da seção transversal
área de inspeção abaixo do transdutor Não abaixo do transdutor, muitos pés de cada lado do colar do transdutor, incluindo seções enterradas
Precisa de acoplador entre o transdutor e a superfície do tubo Sim Desnecessário
Precisão relativa na medição da espessura da parede Alto Estime a perda de parede em algumas estações de teste. Limitado, geralmente não aplicável a dutos enterrados.
Área de exame relativa Pequeno Grande
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