<

Ultradźwiękowe badania rurociągów falami prowadzonymi

1. Ultradźwiękowe fale prowadzone dalekiego zasięgu




Badanie ultradźwiękowe dalekiego zasięgu falami prowadzonymi (LRUT czyli Long Range Ultrasonic Testing) jest prawdopodobnie najbardziej znaczącym odkryciem w badaniach nieniszczących w ostatnich dwóch dekadach. Największe zainteresowanie tą techniką występuje w sektorze naftowym i gazowniczym i sprowadza się do wykrycia i oszacowania ubytków erozyjnych i korozyjnych na rurociągach przesyłowych. Po raz pierwszy komercyjnie technika LRUT pod nazwą Teletest^® została opracowana w 1997 roku przez firmę Plant Integrity Ltd będącą częścią Instytutu Spawalnictwa (The Welding Institute) w Wielkiej Brytanii.





2. Podstawy funkcjonowania zjawiska fal prowadzonych dalekiego zasięgu




Badania ultradźwiękowe są powszechnie stosowane w badaniach nieniszczących do wykrywania nieciągłości w metalach i innych materiałach konstrukcyjnych podczas procesu wytwarzania jak i w okresie eksploatacji. Podstawowy zakres częstotliwości wiązki fali ultradźwiękowej wynosi zazwyczaj kilka MHz. Wąska wiązką fali wysyłana w materiał powraca jako echo odbijając się od granicy ośrodków o różnej impedancji akustycznej. Zakres obserwacji zamyka się zazwyczaj wielkością określaną w milimetrach lub centymetrach.
Fale płytowe znane pod nazwą fali Lamba mogą być generowane również przy mniejszych częstotliwościach w zakresie kilkudziesięciu kHz. Wysyłane i przemieszczające się impulsowo penetrują całą grubość materiału na odległość kilkudziesięciu metrów. Grubość materiału musi być zatem wystarczająco cienka aby powstawały interakcje od przeciwległych powierzchni blachy. Jeśli odbite fale od powierzchni przemieszczać się będą w fazie to powstała fala będzie falą asymetryczną (A), a jeśli będą przesunięte w fazie to wygenerowana fala będzie falą symetryczną (S).






Prędkość rozchodzenia się fali płytowej może zmieniać się w zależności od częstotliwości. Biegnąca wiązka fali zawierająca fale o różnej częstotliwości będzie rozszerzać się stopniowo w ten sposób że składowe fale o niżej częstotliwości będą przemieszczać się wolniej.
Fale prowadzone stanowią specyficzny przypadek fali płytowej poruszającej się w ściance rury stanowiącej falowód. Ponieważ ścianka rury jest formą wyraźnie ograniczoną to zasięg fali prowadzonej w niektórych warunkach może przekraczać nawet 100 m. Na rysunku obok przedstawiono podstawowe rodzaje fali prowadzonej w ściance rury.

Zmiany prędkości fali prowadzonej dla różnych jej odmian: L-wzdłużnej, T- skrętnej, F- ugiętej, zależą od trybu fali, średnicy rurociągu oraz od grubości ścianki.







Kolejny rysunek przedstawia krzywe rozproszenia dla 4 wybranych trybów fali prowadzonej opracowane tylko dla jednego przypadku o konkretnej wartości średnicy i grubości ścianki rury. Jak widać na tym rysunku fala skrętna T(0,1) nie ulega rozproszeniu a jej prędkość jest stała niezależnie od częstotliwości. Fala wzdłużna L(0,1) jest prawie całkowicie rozproszona już przy 20 kHz w przeciwieństwie do trybu L(0,2) dla którego praktycznie nie występuje poniżej częstotliwości 20 kHz, natomiast powyżej 40 kHz występuje lecz nie ulega rozproszeniu. Fala ugięta, której charakterystyka jedynie dla trybu F(1,3) pokazana jest na rysunku, występuje dopiero powyżej częstotliwości 25 kHz a dla częstotliwości powyżej 50 kHz nie ulega rozproszeniu podobnie jak tryb L(0,2) fali podłużnej.
Powyższe analizy krzywych rozproszenia dla konkretnej wartości średnicy oraz grubości ścianki rury są przeprowadzane podczas opracowania strategii badania wykorzystującej fale prowadzone tak aby zoptymalizować parametry badania i uzyskać jak najlepsze dane do oceny położenia i wielkości reflektora w ściance rury.





Z powodu znaczącego wpływu grubości ścianki na prędkość rozchodzenia się fali prowadzonej wynika bardzo istotna cecha wykorzystana podczas badań nieniszczących mianowicie, czułość fali prowadzonej na zmiany grubości ścianki rury spowodowane np. korozją lub erozją zlokalizowaną od środka lub na zewnątrz rury. Fale prowadzone są jednocześnie czułe na pęknięcia i inne znaczne wady płaskie zorientowane prostopadle do kierunku rozchodzenia się fal. Badania oparte są na zjawisku, że jeśli następuje zmiana prędkości fali ultradźwiękowej na granicy ośrodków to jednocześnie mała część tej fali zostaje odbita. Efekt ten powstaje zarówno przy wzroście przekroju ścianki w miejscu spoiny (nadlew lub/i wyciek) jak również podczas zmniejszenia przekroju na skutek erozji lub korozji.





3. System badawczy Teletest^® FOCUS




System Teletest^® był pierwszym komercyjnym systemem wykorzystującym fale prowadzone dalekiego zasięgu opracowanym przez The Welding Institute w odpowiedzi na zapotrzebowanie członków TWI z sektora naftowego, gazowego oraz petrochemicznego. Celem tego zadania było opracowanie metody nieniszczącej do oceny stanu rurociągów pod względem stopnia korozji lub erozji na odcinkach trudnodostępnych np. izolowanych, przechodzących przez przepusty pod drogami, osłoniętych podwójnym rurociągiem, zasypanych ziemią lub przebiegających po estakadach i na dużych wysokościach.




Na podstawowy zestaw systemu składają się:



• defektoskop niskoczęstotliwościowy Teletest^® Focus^TM
• pierścień montażowy do przetworników ultradźwiękowych
• laptop z oprogramowaniem do sterowania systemem i do oceny wskazań
• zestaw kabli do połączenia przetworników z defektoskopem i komputerem




4. Jednostka podstawowa Teletest Focus^TM





Teletest Focus^TM przedstawiony na rysunku powyżej zawiera w sobie układy elektroniczne do sterowania przetwornikami ultradźwiękowymi w sekwencji wynikającej z wprowadzonych danych przez operatora. Analogowe sygnały odbiorcze zamienione na formę cyfrową podlegają obróbce oraz zostają zapisane na dysku komputera. Wewnętrzny układ zasilany bateriami litowo jonowymi pozwala na dokonanie minimum 25 pomiarów. Odległość pomiędzy pierścieniem z przetwornikami a jednostką podstawową powinna być zredukowana do minimum (około 2 metrów) ze względu na spadek amplitudy sygnału oraz możliwość powstawania zakłóceń od źródeł zewnętrznych, natomiast sygnał do komputera może być przesyłany kablem na odległość do 100 metrów. Jednostka podstawowa obsługuje 24 kanały ultradźwiękowe dla fal podłużnych i skrętnych w trybie podstawowym oraz precyzyjnym.





5. Pierścień montażowy z przetwornikami





Teletest^® został zaprojektowany jako system modułowy tak aby przez odpowiednią ilość modułów skomponować zestaw sond dla określonej średnicy rury np. dla rury 12″ potrzeba połączyć 36 modułów. Każdy moduł posiada gniazda do zamontowania 5 pojedynczych przetworników ultradźwiękowych (rys. obok). Trzy przetworniki zorientowane równolegle do osi rury generują falę podłużną a dwa zorientowane prostopadle generują falę skrętną. Zatem 5 przetworników w module jest używanych do pracy w trybie uniwersalnym podstawowym. Dwa rodzaje fal generowane w urządzeniu wykorzystywane są w celu podwyższenia czułości metody gdyż fale podłużne i skrętne uzupełniają się w zdolności reagowania na różne sytuacje mogące wystąpić w badanym rurociągu. Jedynie dla średnic rurociągów do 5″ wykorzystywane są tylko fale skrętne.




Moduły z przetwornikami dociskane są do powierzchni rury przez zastosowanie nadmuchiwanych lekkich pierścieni wcześniej mocowanych do rury za pomocą mimośrodowych klamer zaciskowych. W przypadku zmiany średnicy moduły w bardzo prosty sposób są przepinane do innego pierścienia o średnicy z szeregu podstawowego ASME. Odmiennie niż podczas klasycznych badań ultradźwiękowych nie jest stosowany tutaj żaden środek sprzęgający pomiędzy przetwornikami a materiałem badanym. Właściwy docisk sond do rury jest zapewniony poprzez pompkę znajdującą się w aparacie podstawowym Teletest Focus^TM i sterowaną z pulpitu lub komputera.





6. Przegląd zestawu badawczego





Kolejny rysunek przedstawia kompletny zestaw badawczy Teletest Focus^TM z nadmuchiwanym pierścieniem i modułami z przetwornikami ultradźwiękowymi zamocowanym na rurze, podłączonym defektoskopem oraz komputerem poprzez złącze PCMCIA lub port USB.





7. Zasady rozchodzenia się fal prowadzonych





Pojedynczy przetwornik ultradźwiękowy w prosty sposób może być odłączany i montowany do różnych modułów i pierścieni. System Teletest^® wykorzystuje przetworniki piezoelektryczne do generowania i odbierania sygnałów ultradźwiękowych. Elementy przetwornika są bezpośrednio dociskane do rury. Przetwornik pod wpływem przyłożonego napięcia wibruje/oscyluje w płaszczyźnie równoległej do powierzchni rury generując falę poprzez odkształcenia ścinające. Częstotliwość oscylacji powinna być odpowiednio niska aby fala oddziaływała kolejno na powierzchnię wewnętrzną i zewnętrzną. Zwykle częstotliwość taka zawiera się w przedziale od 10 do 100 kHz.

W celu ograniczenia ilości różnych trybów fali przetworniki montowane są w układzie pierścieniowym. Każdy przetwornik drgający generuje pojedynczą falę ugiętą lecz jeśli wszystkie przetworniki w pierścieniu działają zgodnie w fazie to razem generują falę osiowo symetryczną. Ilość przetworników w pierścieniu powinna być bardzo starannie dobrana.




Jeśli tylko jeden pierścień przetworników byłby zastosowany do wysyłania fali w obydwóch kierunkach to sygnały powracające od fal odbitych mogłyby uniemożliwić ich interpretację. W celu uniknięcia tego problemu stosuje się dwa lub więcej pierścieni. Pierścienie odsunięte są od siebie o ćwierć długości fali. Czas opóźnienia występujący pomiędzy falami generowanymi od dwóch pierścieni umożliwia w takiej konfiguracji wykasowanie części fal tak aby interpretacja fal odbieranych był jednoznaczna i niezakłócona.





W praktyce trzeci pierścień jest dodawany jeśli stosujemy falę podłużną gdzie konieczne jest usunięcie jej niepożądanej odmiany L(0,1) . W przypadku stosowania w badaniach jedynie fali skrętnej jak ma to miejsce dla średnic poniżej 2″, dwa pierścienie są wystarczające ponieważ występuje tylko fala T(0,1) która nie jest tłumiona. W klasycznym urządzeniu Teletest^® stosowanych jest pięć pierścieni przetworników. Przetworniki po wygenerowaniu impulsu oczekują kilka milisekund na odbiór echa. Wysyłane fale podłużne i skrętne są falami osiowosymetrycznymi lecz jeśli napotkają ubytki korozyjne to ulegają transformacji na fale ugięte (rysunek poniżej).




System Teletest^® wykorzystuje to zjawisko do odróżnienia fali pochodzącej od elementów stałych jak spoiny i kołnierze od lokalnych ubytków korozyjnych. Teletest Focus^TM posiada podzielone pierścienie przetworników na 8 grup, które połączone są w pary w ten sposób, że górne i dolne grupy oktetu tworzą składnik pionowy V fali ugiętej a lewe i prawe składnik poziomy H dla fali ugiętej. Przykładowo sygnał od wady położonej na pozycji godziny 2 będzie przez program wyliczony na podstawie pierwiastka z sumy kwadratów składnika H i V. Jeśli echo fali ugiętej będzie małe w stosunku do echa fali symetrycznej to wskazanie będzie zinterpretowane jako spoina lub kołnierz, a echa od reflektorów o silnym sygnale fali ugiętej będą oceniane jako korozja lub inne rodzaje wad. W sytuacjach kiedy pozycja spoiny nie jest znana rozróżnienie pomiędzy sygnałem powstałym od spoiny i sygnałem od korozji jest wówczas jednoznaczne.





8. Badania wielofunkcyjne





W przeszłości większość badań była wykonywana jednym rodzajem fali: wzdłużną lub skrętną co nie dawało pełnej satysfakcji. Niektóre rodzaje wad są lepiej wykrywane falami wzdłużnymi a inne wady wyróżniają się ponad szumy przy badaniu falami skrętnymi co spowodowało konieczność zastosowania modułów wielofunkcyjnych.






9. Zapis i prezentacja danych Teletest^® software





Badania są prowadzone z wykorzystaniem oprogramowania Teletest^® do sterowania urządzeniem oraz do zapisywania danych przychodzących z defektoskopu. Program instalowany jest na platformie Microsoftu i pozwala na wprowadzanie danych wejściowych, rejestrowanie danych z defektoskopu oraz szybką interpretację wyników. Posiada wbudowane wszystkie krzywe tłumienia dla powszechnych typoszeregów rurociągów na podstawie których obliczane są optymalne częstotliwości badania. Urządzenie podczas badania wykorzystuje do 6 różnych częstotliwości najbardziej zbliżonych do częstotliwości optymalnej. Dane pomiarowe zbierane są na komputerze, który może znajdować się w dogodnym miejscu odległym do 100 metrów od defektoskopu np. w samochodzie. Sygnały w postaci ech wad wyświetlane są na komputerze w układzie Y - amplituda X - odległość jak klasyczny format A-scan dla badań ultradźwiękowych z tą różnicą że podstawa czasu jest w metrach a nie w milimetrach. Software Teletest^® prezentuje A-scan jednocześnie w obydwóch kierunkach: do przodu i do tyłu rurociągu. Rysunek poniżej przedstawia sygnały otrzymane z jednego kierunku, jedynie od przodu pierścienia z przetwornikami.




Przed rozpoczęciem analizy sygnału, na podstawie sygnałów od spoin obwodowych stanowiących dogodny reflektor do kalibracji -krzywa niebieska, utworzona jest krzywa DAC (odległość wzmocnienie rozmiar). Doświadczalnie stwierdzono, że amplituda echa od spoiny obwodowej z typowym nadlewem i granią jest 14 dB (5 razy) niższa od echa końca rury stanowiącego pełne odbicie. Jednocześnie zauważono, że pocienienie grubości ścianki rury zmniejszające pole przekroju o 9% generuje sygnał którego amplituda jest mniejsza o kolejne 12 dB od sygnału spoin obwodowych. Sumując otrzymujemy linię progową w kolorze zielonym dla -26dB przedstawioną na ekranie A-scan. Operator urządzenia Teletest^® wykorzystuje do interpretacji zebranych danych format A-scan. Raport z badania generowany jest automatycznie w programie Microsoft Word i może być edytowany i przetwarzany zgodnie z indywidualnymi wymaganiami firmy.




Parametry sygnału jak amplituda względem linii 14 dB i położenie względem środka pierścienia badawczego są odczytywane z ekranu poprzez wskazanie kursorem na dowolny punkt wykresu. Możliwe jest również wprowadzenie offsetu i określanie współrzędnej od dowolnego punktu odniesienia. W raporcie z badania oprócz podstawowych danych identyfikacyjnych i technicznych obiektu jak lokalizacja, wymiary rurociągu, opis techniki i dane systemu badawczego podawany jest obraz sygnałów z badania i pełna interpretacja wskazań. Obok przedstawiony jest przykładowy obraz z badań oraz poniżej analiza sygnałów.






Tablica 1. Analiza widocznych sygnałów.

LP	położenie sygnału	opis - identyfikacja	uwagi
1	- 24,785 m	spoina
2	- 10,335 m	anomalia mała
3	- 0,092 m	podpora
4	7,017 m	anomalia mała
5	8,665 m	spoina
6	9,908 m	anomalia mała
7	11,191 m	podpora
8	12,291 m	anomalia mała
9	14,013 m	anomalia mała
10	18,833 m	spoina
11	19,581 m	podpora
12	28,572 m	podpora
13	29,927 m	podpora
14	38,29 m	spoina
15	39,427 m	podpora
16	40,436 m	anomalia mała
17	47,599 m	spoina
18	49,152 m	anomalia mała




10. Teletest Focus ^TM





Jak wcześniej wspomniano moduły w Teletest Focus^TM są zgrupowane w 8 sektorach na obwodzie rury. Defektoskop przełącza te grupy niezależnie, podobnie jak w głowicach mozaikowych. Dodatkowo energia drgań w poszczególnych grupach oktetu może być dostrajana wyrównując różnice w sprzężeniu sond wokół rury. Funkcja ta powoduje zwiększenie dokładności położenia wad na obwodzie rury względem 8 punktów rozłożonych co 45 stopni. Kolejne informacje z analizy po oszacowaniu położenia i głębokości wady pozwalają rozróżnić czy wada ta jest szeroka czy wąska. Jest to bardzo znacząca możliwość interpretacji gdyż wady punktowe stanowią większe zagrożenie dla bezpieczeństwa integralności rurociągu.





Rysunek powyżej przedstawia typowy A-scan z anomalią oznaczoną #88 położoną w odległości -15,42m od środka pierścienia pomiarowego. Ten stosunkowo mały 3% sygnał pochodzący od przetworników poziomych oktetu został następnie poddany ogniskowaniu w celu jego dokładniejszej analizy. Rysunek obok przedstawia A-scan interesującego nas miejsca położonego wraz z obwodowym rozkładem amplitudy. Wielokąt obrazujący amplitudę sygnału dla każdej grupy oktetu przedstawiony jest na dolnym prawym polu okna ekranu. Amplituda maksymalna przedstawiona jest jako stykanie się szarego wielokąta z czarnym okręgiem. Czerwony punkt na czarnym okręgu wskazuje odpowiadające położenie dla przedstawionego A-scanu, gdzie maksymalna wartość amplitudy odpowiada położeniu obwodowemu na 360° a sygnały na pozostałych grupach sond są pomijalnie małe.




Technika ogniskowania pozwala na znacznie dokładniejsze ocenianie położenia wady. Jak pokazano na tym przykładzie stosunkowo mała anomalia podczas podstawowego badania może okazać się groźną jeśli okaże się że jest punktowo zlokalizowana.





11. Porównanie LRUT z innymi metodami badań nieniszczących





Badania ultradźwiękowe dalekiego zasięgu systemem Teletest^® przeznaczone są do oceny stanu rurociągów na odległość kilkudziesięciu metrów z jednej lokalizacji sond badawczych. Z jednego ustawienia sond rurociąg jest badany jednocześnie w obydwóch kierunkach. Dokładny zasięg badania zależy od rodzaju rurociągu, jego zawartości, konfiguracji, rodzaju izolacji itp. lecz typowo wynosi on +/-30 metrów. Badanie pokrywa 100% przekroju rury co powoduje powstawanie zasadniczych oszczędności w stosunku do innych nieniszczących metod badawczych. Opracowane porównanie kosztów dla kilku metod badawczych NDT w odniesieniu do 1 metra rurociągu o średnicy 12 cali dla rynku w Wielkiej Brytanii może nieco się różnić dla innych krajów w zależności od lokalnych warunków ekonomicznych i kosztów takich jak chociażby budowanie rusztowań. W tabeli przedstawiono koszt dla systemu Teletest^® jako jedność i odniesiono go do metod jak: badania wizualne, badania ręczne UT grubościomierzem, badania zmechanizowane UT, radiografia profilowa, badania pulsacyjne prądami wirowymi oraz MFL czyli spadku strumienia magnetycznego. Rozpatrywano jednocześnie 3 przypadki rurociągu: a) rurociąg zaizolowany, b) rurociąg położony 2 metry nad ziemią, c) rurociąg zasypany. Badanie za pomocą tłoka inteligentnego nie było rozpatrywane gdyż system Teletest^® nie był projektowany do badania głównych tranzytowych rurociągów przesyłowych jakkolwiek czasami zdarza się konieczność prowadzenia badań uzupełniających dla fragmentów tulejowanych na przykład przy przejściach drogowych. Czasami również stosowanie tłoków inteligentnych (pigs) jest uniemożliwione z powodu braku odpowiednich urządzeń dokujących lub zbyt małych przepływów medium. Możliwości i ograniczenia metod klasycznych NDT w odniesieniu do LRUT wyglądają następująco:



• Badania wizualne rurociągu wymagają bezpośredniego dostępu do powierzchni zewnętrznej rury oraz zamontowania kamer do “czołgaczy” w celu oglądania bądź rejestracji powierzchni wewnętrznej.


• Badania ultradźwiękowe grubościomierzami wymagają bezpośredniego kontaktu z badaną powierzchnią na całym obszarze. Konieczna jest również substancja sprzęgająca do emisji i odbioru fali ultradźwiękowej. Badania takie wykonywane są najczęściej w siatce co 50 cm po 4 tworzących co 90°. W przypadku korozji wżerowej występuje duże ryzyko ominięcia niebezpiecznych miejsc. Zagęszczenie siatki badawczej wydłuży wielokrotnie czas badania przez co staje się to nierealne w warunkach przemysłowych.


• Badania ultradźwiękowe zmechanizowane wymagają również stałego kontaktu z rurą do całego obszaru badania i konieczne jest stosowanie substancji sprzęgającej. Ze względu na wielkość elementów skanera często utrudniony jest dostęp do całego obwodu z powodu np podpór czy sąsiadujących rurociągów. Badaniom takim niestety nie podlegają również kolana i okolice odgałęzień i króćców.


• Radiografia profilowa wykorzystuje do badania niskoenergetyczne źródło promieniowania i ekran fluorescencyjny do szybkiej techniki w czasie rzeczywistym. Pozwala na badanie poprzez izolację korozji zewnętrznej lecz tylko w miejscu gdzie wiązka jest styczna do ścianki rury. W celu pokrycia 100% obwodu rury wymagane jest wykonanie wielu ekspozycji. Największym ograniczeniem metody są oczywiście wymagania bezpieczeństwa z powodu narażenia personelu na promieniowanie jonizujące.


• Metoda pulsacyjna prądów wirowych wykorzystująca indukowane pole magnetyczne przy niskich częstotliwościach pozwala na badanie ubytków korozyjnych zlokalizowanych od wewnątrz i na zewnątrz rury będącej pod izolacją. Możliwości badawcze zależą od odległości pomiędzy sondą i materiałem badanym.


• Badanie metodą MFL (Magnetic Flux Leakage) wymaga bezpośredniego dostępu do badanej powierzchni w celu nasycenia strumieniem magnetycznym jakkolwiek powierzchnia rury może być malowana i nie tak czysta jak do badań mechanicznych UT. Pozwala na stworzenie mapy korozyjnej dla 100% powierzchni badanej. Otrzymywany sygnał jest proporcjonalny do wartości występującego ubytku grubości ścianki.




Jak wynika z powyższych opisów dla analizowanych metod badawczych oprócz badań wizualnych i automatycznych UT stan rurociągu jest określany jedynie w obrębie przyłożenia sondy badawczej. Podstawowym wymogiem jest dostępność do powierzchni zewnętrznej na całym obszarze. Możliwości badawcze w porównaniu z systemem Teletest^® wyraźnie kontrastują z możliwościami pozostałych metod NDT. System Teletest^® wymaga bezpośredniego dostępu do powierzchni rury tak aby zamocować pierścień z przetwornikami czyli około 50 cm. Z jednego miejsca może być zbadane 60 metrów rurociągu (30 metrów w dwóch kierunkach) czyli np. przejście drogowe przy jednym ustawieniu. Badanie pokrywa zasięgiem 100% powierzchni i wykrywa zarówno ubytki wewnętrzne jak i zewnętrzne. Możliwe jest przebadanie do 500 metrów bieżących rurociągu dziennie, lecz do celów porównawczych przyjęto w obliczeniach jedynie 200 metrów. Większość metod NDT wymaga bezpośredniego dostępu do metalicznej powierzchni rury dla których w kalkulacji przyjęto następujące koszty:



• Usuwanie i ponowne zakładanie izolacji 1mb dla 12″ rury wynosi €61 (w przypadku izolacji z azbestem koszt jest znacznie wyższy)
• Budowanie rusztowań na wysokość 2 metrów dla dostępu do 1 mb rury szacowane jest na poziomie €22.
• Odkopywanie 1 mb rurociągu na głębokość 2 metrów przy szerokości wykopu 90 cm kosztuje €141.



Tablica 2. Analiza porównawcza kosztów badania rurociągów dla innych metod NDT z TELETESTEM^®.

metoda NDT	bezpośrednio dostępne	izolowane	zasypane	przejścia pod drogami	zasypane i zaizolowane	na wysokości	zaizolowane, na wysokości
VT	0,5	4,7	7,8	13,0	10,3	1,8	5,2
UT ręczne	0,9	5,1	8,2	13,1	10,6	2,0	5,5
UT mechaniczne	7,2	11,4	13,0	17,9	15,1	7,9	10,7
RT profilowa	4,7	4,7	11,1	16,0	10,3	5,6	5,2
ET pulsacyjne	5,5	5,5	11,7	16,4	10,9	6,4	5,8
MFL	5,5	10,2	12,1	16,6	13,9	6,4	9,3
TELETEST	1	1	1	1	1	1	1





12. Obszary zastosowań systemu Teletest^®





Technologia Teletest^® powstała w celu oceny stanu grubości ścianek rurociągów pod katem występowania ubytków na skutek erozji i korozji. Pierwotnie zasadniczym celem było opracowanie techniki badania dla rurociągów izolowanych na odcinkach przejść pod drogami, na mostach i innych miejscach trudno dostępnych. Badania okresowe pozwalają na stały monitoring i obserwację zmian grubości ścianki rurociągu. Podstawowy próg czułości metody określany jest na 9% przekroju poprzecznego rury jakkolwiek możliwe jest również podwyższenie czułości do 3% lecz ze zwiększonym ryzykiem fałszywych wskazań. Położenie wykrytych wad określane jest w odniesieniu do usytuowania pierścienia pomiarowego lub innego wcześniej ustalonego punktu odniesienia a wielkość wad podawana jest w 3 przedziałach: wady małe, średnie i duże.




Elementy wpływające na zakres i czułość badania to:



• Oprzyrządowanie systemu Teletest^® pozwala na badanie rur o średnicach w zakresie od 1,5″ do 48″ czyli od 38 do 1220mm. Do zamocowania pierścienia pomiarowego wymagany jest dostęp do rurociągu na długości około 0,5 m i najbliższa spoina obwodowa powinna się znajdować w odległości nie mniej niż 1 metr.


• Najlepsze rezultaty badania są oczywiście na odcinkach prostych lub łagodnych łukach. Badania na kolanach mogą powodować konwersję fal prowadzonych i tym samym zmniejszyć czułość badania. Badanie rurociągu głównego nie obejmuje badania odgałęzień które to powinny być badane oddzielnie.


• Temperatura powierzchni badanej nie powinna przekraczać +125°C.


• Izolacja rurociągów z wełny mineralnej nie stanowi przeszkody dla badań, Izolacja z pianki poliuretanowej lekko wytłumia sygnał i nieznacznie zmniejsza zakres badania. Istotnym zmniejszeniem zakresu badania są natomiast przejścia przez ściany betonowe i cementowe osłony przeciwpożarowe. Masy bitumiczne również osłabiają znacznie zasięg badania za wyjątkiem mas suchych o twardej powierzchni. Pewien problem stanowią również świeżo nałożone nasączane taśmy izolacyjne.


• substancja znajdująca się wewnątrz rurociągu wraz ze wzrostem lepkości powoduje że zasięg badania maleje.


• Stan rurociągu - Teletest^® działa odbierając echo od skorodowanego obszaru w rurociągu. Każdy taki obszar działa jak reflektor osłabiając amplitudę sygnału przechodzącej dalej fali. Tym samym zmniejsza się rzeczywisty zasięg badania. Zamocowanie również pierścienia z przetwornikami wymaga doboru miejsca bez korozji gdyż mogłoby to zakłócić właściwe kształtowanie się w tym miejscu fali symetrycznej. Obszar ten powinien być sprawdzony wcześniej za pomocą tradycyjnych badań ultradźwiękowych.


• Zasięg badania - rura jest badana z jednego zamocowania pierścienia najpierw w jednym kierunku a następnie w drugim. Typowy zasięg badania wynosi +/-30m. W warunkach idealnych zasięg ten dochodzi do +/-180m. Tabela 2 przedstawia wpływ różnych parametrów, głównie na zasięg badania zależny od uzyskiwanego stosunku wielkości sygnału do szumu. Wraz ze wzrostem trudności z jakimi rozchodzi się ultradźwiękowa fala prowadzona maleje zasięg badania a wzrastają szumy.


• Wydajność - w praktyce możliwe jest uzyskanie wydajności do 1 km w ciągu 12 godzinnej zmiany.




Tablica 3. Parametry wpływające na możliwości badawcze metody TELETEST^®.

wskaźnik	Stopień trudności	warunki powierzchniowe	geometria	zawartość
⇑ ⇑ ⇑ ⇑	NISKI	- powierzchnia metaliczna - dobrze przylegająca farba - izolacja z wełny mineralnej - przylegająca farba żywic	- odcinki proste - łagodne łuki	- gazy - ciecze o niskiej lepkości
⇓ ⇓ ⇓ ⇓ ⇓	WYSOKI	- drobna ospowatość powierzchni - głęboka ospowatość - powłoka z tworzyw sztucznych - masy bitumiczne - osłona betonowa	- zamocowania i obejmy - odgałęzienia - wiele kolan	- ciecze o dużej lepkości - parafiny - osady





13. Walidacja metody oraz sprawdzone zastosowania w warunkach rzeczywistych.





System Teletest^® funkcjonuje w warunkach komercyjnych około 10 lat. Podczas tego okresu jego przydatność została praktycznie sprawdzona na takich obiektach jak:




• rurociągi malowane
• rurociągi izolowane wełną mineralną
• rurociągi izolowane pianką poliuretanową
• przejścia rurociągów przez obwałowania
• rurociągi zasypane ziemią
• rurociągi wysokotemperaturowe (<+125°C)
• rurociągi odwiertów
• tulejowane przepusty pod drogami
• rurociągi spawane spiralnie
• rurociągi ze stali austenitycznych



Badanie rur systemem Teletest^® poddano walidacji w bardzo szerokim programie prób i demonstracji skuteczności. Rysunek prezentowany obok przedstawia wyniki prób wykonanych do określenia poziomu czułości. Oś Y na wykresie reprezentuje amplitudę sygnału gdzie 100% odpowiada wielkości echa od końca rury, a oś X określa wartość procentową ubytku przekroju. Naniesione punkty odpowiadają 30 wadom sztucznym o różnej głębokości. Poziom ubytków o wielkości 9% został przyjęty jako poziom raportowania, wspólnie przez czołowe firmy naftowe finansujące ten program badawczy. Amplituda echa od wad odpowiadających 9% jest o 26dB niższa od amplitudy echa końca rury czyli 100% reflektora. Należy jednocześnie zauważyć bardzo korzystne zjawisko, że mocniejsze echo będzie pochodzić od małej skoncentrowanej wady niż od bardziej rozległej i równomiernej posiadającej taki sam procentowy ubytek grubości ścianki.




Ośrodkiem niezależnym przeprowadzającym proces walidacji systemu Teletest^® w tzw. projekcie RACH był European Reliability Assessment for Containment of Hazardous Materials. Projekt ten obejmował badania porównawcze dla ośmiu metod nieniszczących na rurze o średnicy 6 cali posiadającej 36 wad w postaci naturalnych ubytków korozyjnych. Badania były prowadzone przez niezależny zespół z Biura Veritas. Wyniki badań przedstawiono na wykresie o współrzędnych: głębokość wady w %, grubości ścianki oraz długość wady w kierunku obwodowym rury. Wszystkie wady o wielkości powyżej 9% (linia ciągła) zostały wykryte metodą Teletest^®. Wykres ten uwidacznia również że za właściwą granicę wykrywalności można przyjąć linię odpowiadającą 3% ubytku przekroju.




Innym procesem walidacji był program realizowany pod kierunkiem Pipeline Research Council International - PRCI. W tym przypadku badania prowadzono na rurze o średnicy 24 cali zawierającej 86 maszynowo wykonanych wad sztucznych. System Teletest^® wykrył wady większe od 2% przekroju poprzecznego rury. Wyniki programu RACH i PRCI wykorzystano do określenia prawdopodobieństwa wykrycia wad - POD (rys. obok) do którego potrzeba było znacznej już ilości wyników z prób badawczych.






14. Weryfikacja systemu na podstawie rzeczywistych badań terenowych.





System Teletest^® jest systematycznie weryfikowany pod względem możliwości i wiarygodności podczas badań demonstracyjnych dla potencjalnych klientów. Jedne z bardziej przełomowych testów przeprowadzono na polu naftowym Alabama na Florydzie. Badaniom systemem Teletest^® podano wysokociśnieniowy rurociąg wody technologicznej ∅10″, który był zaizolowany taśmą z tworzywa sztucznego i zasypany lekką ziemią z piaskiem. Bardzo szybkie badania ukazało występujące wyraźne anomalie tuż za spoiną obwodową. Sygnał od anomalii był tak silny że amplituda była porównywalna z echem spoiny (linia niebieska DAC) (rysunek poniżej).




Rys. Obraz sygnału od korozji w pobliżu spoiny oraz wycięty fragment rury.




Innym przykładem może być badanie przeprowadzone na tzw. Zboczu Północnym na polu naftowym na Alasce. Badania prowadzone były jako przegląd główny przejść drogowych rurociągów pola naftowego Kuparuk. System Teletest^® zlokalizował anomalię o wielkości średniej w pobliżu występującej koncentracji spoin. Ponieważ największy sygnał obrazowany jest linią czerwoną “H” oznacza to że wada znajduje się na pozycji godziny 3 i/lub 9 (rys. poniżej).





Rys. Fotografie z wykrytej korozji na rurze oraz obraz sygnału.




Innym badaniom podlegały rurociągi z ropą naftową przesyłaną z pola naftowego w delcie Nigru do bazy magazynowej. Problemem był odcinek o długości 500 metrów i średnicy 8 cali przebiegający pod ziemią wymagający częstego monitorowania ze względu na duże wymagania ochrony środowiska i lokalnych mieszkańców obawiających się przecieków. Z powodu znacznego tłumienia fali ultradźwiękowej wykopy robiono co 25 metrów. Badania powszechne które weszły już do stałego programu są pomiary na rurach riserach na platformach wiertniczych






Rys. Fotografie z badania rury zasypanej w przepuście pod drogą oraz na platformie wiertniczej.





Rys. Fotografie z badania rury na stacji zaworów oraz obraz sygnału z badań.





Rys. Fotografia z katastrofy w rafinerii w Japonii spowodowanej korozją podpór oraz wynik badania.





Rys. Fotografia z badań podpór zbiorników kulistych metodą LRUT.




15. Dalsze badania nad rozwojem metody i nowymi zastosowaniami.





Plant Integrity Ltd prowadzi bardzo szerokie prace badawczo rozwojowe nad zwiększeniem zakresu zastosowań i poprawą czułości metody opierając się głównie na funduszach pozyskiwanych z opłat firm będących członkami TWI. Bardzo istotne dofinansowania w postaci grantów na projekty realizowane w ramach programów europejskich FP6 i FP7 kształtują się na poziomie 25 milionów €. Nowe rozwiązania technologii badania falami prowadzonymi realizowane są generalnie w dwóch kierunkach:



• poprawa jakości otrzymywanego sygnału i jego prezentacji poprzez opracowywanie nowych przetworników, lepszych układów elektronicznych i bardziej rozbudowanego oprogramowania.


• drugim kierunkiem rozwoju systemu jest poszukiwanie rozwiązań do nowych zastosowań. Jednymi z bardziej obecnie zaawansowanych prac są badania na szynach kolejowych gdzie zakres obserwacji może wynosić nawet 2 km.