Описание метода
Диагностика с применением технологии направленных ультразвуковых волн GWUT (Guided Wave Ultrasonic Testing) или LRUT (Long Range Ultrasonic Testing) относится к экспресс- методам и позволяет обследовать протяженный участок трубопровода при обеспечении доступа в одной точке (например, шурфа). Диагностический интервал при нормальных условиях составляет от 40 до 80 метров (в обе стороны).
Система направленных ультразвуковых волн использует низкочастотные направленные ультразвуковые волны, которые распространяются от решетки преобразователей, закрепленной вокруг трубы на каркасе в форме разъемного кольца.
Низкие частоты необходимы для генерации соответствующего типа волн. На таких частотах не требуется использование контактной жидкости между преобразователями и поверхностью трубы, так как необходимый контакт достигается за счет давления в каркасе кольца, создаваемого встроенной пневматической системой, на преобразователи для обеспечения их плотного и гарантированного контакта с поверхностью трубы.
Равномерное распределение ультразвуковых преобразователей по всей окружности трубы позволяет генерировать направленные волны, которые распространяются вдоль всей поверхности трубы. Волна распространяется по всей толщине стенки трубы, и в данном случае труба выступает в роли направляющей для волны, отсюда происходит термин «направленная волна».
Распространение направленных волн главным образом зависит от частоты ультразвуковых волн и толщины стенки трубопровода. Когда на пути распространения волны встречается изменение толщины стенки (уменьшение либо увеличение), частьволны отражается обратно к преобразователям, что позволяет выявить изменения в толщине стенки трубы. Такие элементы трубопровода, как кольцевые сварные швы, вызывают равномерное увеличение толщины по всей окружности трубы (за счет усиления сварного шва), таким образом, распространяющаяся направленная волна отражается равномерно и симметрично, что позволяет гарантированно идентифицировать сигнал как сварной шов. В случае коррозии на небольшой области, уменьшение толщины стенки будет ограничено локальным участком, что приведет к рассеянию части падающей волны и ее отражению. Поэтому отраженная волна будет состоять из колебаний падающей волны и колебаний преобразованных компонентов. Преобразованные колебания волн обозначают повреждения трубопровода, так как они происходят из неоднородных источников. Присутствие таких сигналов – явный индикатор таких неоднородностей структуры, как коррозия.
Метод LRUT уверенно регистрирует аномалии, вызванные дефектами, площадь которых в поперечном сечении составляет не менее 3 % от площади поперечного сечения стенки трубы.
Особенности метода
Как любой метод диагностирования, LRUT обладает преимуществами и недостатками:
Результаты работы
В рамках настоящей работы было обследовано 5 участков нефтепровода, представленных в таблице 1.
В ходе анализа результатов обследования методом LRUT было выполнено сопоставление полученных результатов с данными ВТД за 2020 год.
Всего по результатам ВТД на данных участках выявлено 20 коррозионных дефектов и один дефект геометрии (вмятина), из которых 13 (7 аномалий по LRUT) обнаружены при обследовании методом LRUT. Таким образом, сходимость результатов LRUT (без учета разрешающей способности метода) c результатами ВТД составляет 62 %.
Однако необходимо учитывать разрешающую способность метода LRUT. Минимальная величина потери металла, которую можно уверенно обнаружить с использованием технологии LRUT, должна составлять не менее 3 % от площади поперечного сечения стенки трубы. Таким образом, осуществив выборку дефектов по результатам ВТД по данному критерию, получим 14 дефектов по результатам ВТД (у 6 из 20 дефектов площадь поперечного сечения меньше 3 % от площади поперечного сечения трубы). Отметим, что при расчете площади поперечного сечения дефектной зоны использовался консервативный подход, при котором дефект смоделирован прямоугольной формы.
В результате из 14 дефектов по данным ВТД сопоставлено 13 аномалий по результатам обследования методом LRUT. Таким образом, сходимость результатов LRUT c данными ВТД составляет 92,8 %. Минимальный диапазон обследования составил 30 м в каждую сторону от места установки кольца преобразователей LRUT.
Выводы
• Применение системы сканирования трубопроводов длинноволновым ультразвуковым методом LRUT целесообразно для оценки технического состояния трубопроводов на локальных участках, таких как подводные переходы, переходы через автомобильные и железные дороги, в рамках дополнения и расширения возможностей способа диагностики в шурфах и получения достоверных сведений о состоянии участков. Метод LRUT относится к индикаторным методам.
• Направленные волны могут распространяться на расстояние в несколько десятков метров, что позволяет обследовать протяженные локальные участки (до 80 метров), обеспечив доступ к трубопроводу в одной точке. Любые изменения толщины стенки трубы (на внутренней или внешней стороне) вызывают отражения сигнала, которые фиксируются решеткой преобразователей, закрепленной вокруг трубы. С помощью технологии LRUT могут быть выявлены дефекты потери металла на внешней и внутренней поверхности, вызванные коррозией или эрозией.
• Результаты контроля зависят от квалификации и опыта оператора (режим автоматической обработки и интерпретации сигнала не предусмотрен). Сходимость результатов с данными ВТД с учетом разрешающей способности оборудования метода LRUT составляет 92,8 %.
