Long Range Ultrasonic Testing (LRUT) Badania rurociągów falami ultradźwiękowymi dalekiego zasięgu.

Badanie ultradźwiękowe dalekiego zasięgu (Long Range Ultrasonic Testing -LRUT) jest metodą nieniszczącą stanowiącą największe odkrycie ostatnich dekad. W niektórych środowiskach metoda ta nazywana jest również jako badanie falami prowadzonymi (Guided Waves Testing). Największe zainteresowanie tą techniką występuje w sektorze naftowym i gazowniczym i sprowadza się do wykrycia i oszacowania ubytków erozyjnych i korozyjnych na rurociągach przesyłowych. Opracowana metoda pod nazwą Teletest^® jest metodą ultradźwiękową w której wysyłane i odbierane fale Lamba o zasięgu kilkudziesięciu metrów wykorzystywane są do wykrywania ubytków grubości w rurociągach. W metodzie ultradźwiękowej zastosowana jest klasyczna technika echa polegająca na wysyłaniu wiązki fali ultradźwiękowej z jednego punktu przyłożenia głowicy lub układu głowic i odbiorze odbicia (echa) tej wiązki powstałego od występujących zmian przekroju grubości ścianki rur przez te same głowice. Podstawowym celem stosowania takiej metody jest wykrywanie ubytków grubości w rurociągach znajdujących się pod warstwą izolacji co ma najczęściej miejsce na instalacjach petrochemiczych. Rzeczywiste zastosowania są obecnie znacznie szersze jak naprzykład dla rurociągów do których bezpośredni dostęp jest utrudniony lub wręcz niemożliwy: rurociągi zasypane, umieszczone w przepustach, pod wodą lub znajdujące się na dużych wysokościach czy w strefach niebezpiecznych np ze względu na promieniowanie lub opary.
Teletest^® system jest przede wszystkim narzędziem pomiarowym. Celem pomiarów inspekcyjnych jest pokrycie 100% badanej powierzchni rurociągu i identyfikacja obszarów skorodowanych lub uległych erozji np w wyniku przepływów mediów lub występujących w ziemi prądów błądzących. Strefy rurociągu zidentyfikowane jako posiadające zbyt duże ubytki grubości ścianki podlegają następnie klasycznym badaniom miejscowym radiograficznym lub ultradźwiękowym oczywiście po lokalnym zdjęciu izolacji. Metoda LRUT pozwala na wykrywanie ubytków zarówno występujących po stronie wewnętrznej rury jak i zewnętrznej.
System akwizycji danych oraz wyświetlania i analizowania sygnałów jest sterowany przez oprogramowanie zainstalowane na komputerze przenośnym. Kompletny zestaw badawczy podczas prowadzenia pomiarów na rurociągu 6 calowym przedstawiony jest na fotografii 1 a dla rurociągu 16 calowego na fotografii 2. W skład zestawu badawczego wchodzi elastyczna obejma - pierścień z umocowanymi modułami głowic ultradźwiękowych w ilości dopasowanej zależnie od średnicy rury, urządzenie zasadnicze generujące potrzebne częstotliwości i sterujące zasilaniem sond wyposażone w przetworniki analogowo cyfrowe umożliwiające współpracę z komputerem. Znajduje się tutaj również wbudowany kompresor do zaciskania obejmy z głowicami oraz akumulatory.

Zasady działania systemu:

Teletest^® wykorzystuje fale prowadzone o niskiej częstotliwości, nieco powyżej zakresu słyszalności. Wysyłane są one z przetworników piezoelektrycznych rozmieszczonych równomiernie wokół osi rury i umocowanych w modułach i pierścieniu - obejmie. Przy niskich częstotliwościach stosowanie środków sprzęgających pomiędzy głowicami a powierzchnią badaną nie jest wymagane. Wystarczający jest mechaniczny docisk do czystej powierzchni metalowej uzyskiwany od poduszki pneumatycznej zlokalizowanej w pierścieniu utrzymującym głowice w stałej pozycji. Równomierny odstęp pomiędzy przetwornikami (3 lub 5 sztuk) w każdym zestawie oraz pomiędzy zestawami na obwodzie rury umożliwia wytworzenie i propagację fali obwodowej wzdłużnej, ugiętej i skrętnej symetrycznie w obydwóch kierunkach. Fale te przebiegają w całej objętości ścianki rury która pełni jakby rolę falowodu. Rodzaj wysyłanej fali i jej kształtowanie wynikają z określonej sekwencji pobudzanych przetworników. 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 niższej częstotliwości będą przemieszczać się wolniej. Fale prowadzone stanowią specyficzny przypadek fali płytowej Lamba 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. Należy zaznaczyć, że badania te przeprowadzane są na obiektach pracujących bez konieczności wyłączeń lub opróżniania rurociągów.

Sposób rozchodzenia się tych fal zależy od zastosowanej częstotliwości dobieranej automatycznie przez oprogramowanie na podstawie znanej nominalnej grubości materiału rury. W miejscach gdzie fala napotyka spadek lub wzrost przekroju, wówczas odbija się z energią proporcjonalną to zmiany grubości ścianki i powraca do przetworników sygnalizując w ten sposób napotkane zmiany. Interpretacja sygnału umożliwia określenie odległości położenia wady od przetworników oraz lokalizację na obwodzie i procentowy ubytek przekroju poprzecznego rury. W przypadku kiedy fala napotyka spoinę obwodową która zwykle posiada większy przekrój aniżeli rura, to fala obwodowa symetryczna powoduje widoczny charakterystyczny sygnał na ekranie. Występowanie właśnie spoin obwodowych od których otrzymujemy charakterystyczne sygnały wykorzystane jest do wykreślenia krzywej spadku amplitudy sygnału w zależnosci od odległości tzw, krzywej DAC podobnie jak to ma miejsce podczas klasycznych badań ultradźwiękowych. Krzywa ta stanowi bazę na podstawie której operator wykonuje podstawową kalibrację przyrządu lecz również jest w stanie określić położenie wady w odległości od punktu pomiarowego lub elementów charakterystycznych rurociągu jak kolana, spoiny, podpory lub odgałęzienia. Krzywa DAC stanowi również linię odniesienia do określenia wielkości ubytku grubości ścianki w stosunku do przekroju poprzecznego ścianki rury. Dokładność uzyskiwana i udokumentowana w procesie walidacji przez niezależne instytucje nadzorcze wynosi dla badań podstawowych 9%. Teletest^® umożliwia rozróżnianie rodzajów fal wzdłużnych, ugiętych i skrętnych co jest podstawą dokładnej analizy sygnału.

Echa wad widoczne na ekranie komputera posiadają taką samą formę jak przy klasycznych badaniach ultradźwiękowych gdzie współrzędne X i Y odpowiadają amplitudzie i dległości wady (A-scan) z tą różnicą że odległości są obecnie wyrażone w metrach a nie w milimetrach. Zasieg fali prowadzonej wynosi obecnie kilkadziesiąt metrów do nawet 100 metrów w obydwu kierunkach od miejsca zamocowania głowic.

Głównym ograniczeniem wykorzystania w pełni fal prowadzonych jest rozproszenie fali ultradźwiękowej. Prędkość tej fali zależy bowiem od jej częstotliwości. Problemem dla urządzenia podczas pomiarów jest konieczność wykonywania analiz na różnych częstotliwościach jednocześnie dla różnych składowych fal prowadzonych. Z tego powodu przy wzroście tłumienia fali z powodu np izolacji bitumicznych, rur zasypanych mokrą ziemią lub zabetonowanych zakres badania może się zmniejszyć do kilku metrów. System Teletest^® posiada jednak wbudowaną bibliotekę doboru częstotliwośći zależnie od zmiany stosunku średnicy rury do grubości ścianki.

Spoiny obwodowe generują wyraźne sygnały stanowiące swoiste znaczniki do wyznaczenia odległości położenia wad oraz wykreślenia krzywej DAC (Distance Amplitude Curve) - patrz rysunek nr 3.

Zastosowania:

• Przepusty pod drogami oraz rzekami
• Rurociągi energetyczne
• Risery
• Rurociągi na platformach wydobywczych
• Rurociągi terminali portowych
• Rurociągi rafineryjne
• Rurociągi przemysłu chemicznego
• Podstawy i nogi zbiorników kulistych
• Rury spawane spiralnie
• Rurociągi ze stali nierdzewnej
• Rury zasypane
• Rurociągi podziemne sieci wodociągowej

Rodzaje wykrywanych wad

• Korozja na powierzchniach zewnętrznych
• Korozja pod izolacją
• Korozja i erozja na powierzchniach wewnętrznych
• Pęknięcia
• Nie wykazane w dokumentacji odgałęzienia lub otwory


Korzyści:


• Niskie koszty skaningu ultradźwiękowego pokrywającego 100% powierzchni rury
• Możliwość lokalizacji wady na obwodzie dzięki systemowi ogniskowania fali
• Typowy zasięg badania wynosi 60 metrów przy jednej pozycji pomiarowej, w warunkach idealnych może wynosić nawet 350 metrów
• Możliwość badania rur o średnicy od 3 do 48 cali (1200mm)
• Możliwośc badania rurociągów o temperaturze do 125 stopni C.
• Rzeczywista czułość metody wynosi 9% ubytku przekroju poprzecznego rury
• Występujące na rurociągu kolana, podpory, spoiny nie stanowią bariery dla fali prowadzonej
• Metoda idealna w przypadku kiedy dostęp bezpośredni do rurociągu jest niemożliwy lub bardzo kosztowny jak np. izolacja, zaciski, obejmy, rurociągi podwodne, tulejowane lub zasypane