Efficacia dell esame ad Onde Guidate per rilevare corrosione sotto supporto in tubi metallici Abstract:

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1 Guided Waves Efficacia dell esame ad Onde Guidate per rilevare corrosione sotto supporto in tubi metallici A. Demma, D. Alleyne Guided Ultrasonics Ltd Unit 2 Reynard Business Park Brentford London TW8 9LY +44 (0) alex@guided-ultrasonics.com Abstract: La corrosione sotto supporto é un fenomeno che si presenta frequentemente in tubazioni di raffinerie ed impianti petrolchimici e particolarmente complesso da gestire dal punto di vista della ispezione. Il metodo piú efficace in assoluto per identificare la corrosione sotto supporto é l esame visivo previo sollevamento del punto di appoggio. Tuttavia questo approccio risulta particolarmente costoso ed uno screnning meno invasivo é generalmente necessario. Il metodo ad onde guidate offre la opportunità di effettuare lo screening sotto supporto senza sollevare la tubazione. Il presente articolo descrive questa applicazione del metodo Guided Wave (Onde Guidate) indicandone sia i limiti che la efficacia.

2 Introduzione Guided Wave Testing (GWT) o Onde Guidate (OG) é un metodo di controllo di strutture di grandi dimensioni, principalmente applicato a tubazioni, che permette uno screening remoto e veloce fino ad alcune decine di metri di tubazione da una singola posizione di test. Alcuni studi condotti agli inizi degli anni 90 avevano permesso la creazione di un sistema di controllo per tubazioni basato su Onde Guidate [1,2,3]. Questo sistema era stato inizialmente ideato per la identificazione di corrosione sotto materiale coibente. Molteplici applicazioni sono state sviluppate nell ultimo decennio, incrementando le opportunitá offerte dal metodo e riducendo le relative limitazioni. Successivamente alla introduzione di sistemi avanzati (e.g. Wavemaker G3) che implementano nuovi algoritmi di analisi e migliorie nella elettronica, la sensitività ed il range del test sono diventati tali da permettere performance adeguate alla ispezione di tubazioni relativamente complesse. Tuttavia alcune limitazioni esistono ancora e devono sempre essere tenute in considerazione [4]. Questo articolo presenta la applicazione del metodo GWT per la ispezione dei punti di appoggio di una tubazione evidenziandone vantaggi e limitazioni. Parametri fondamentali per la ispezione ed interpretazione dei dati La qualità del dato e la possibilità di effettuare una interpretazione adeguata sotto i punti di appoggio di una tubazione sono legati ad alcuni parametri descritti qui di seguito. Collezione dati La tecnica ad eco-impulso (Pulse Echo) prevede l utilizzo di un solo sistema di generazione/ricezione delle OG che invia il segnale di test e rileva gli echi generati dai riflettori eventualmente presenti nella tubazione. I vantaggi principali di questo approccio sono la rapidità di esecuzione e la riduzione della strumentazione necessaria per effettuare il controllo. Figura 1 mostra un risultato tipico in configurazione Pulse-Echo (una guida su come leggere i dati riportati é fornita in [5]). La tecnica a trasduttore remoto (Pitch Catch) utilizza due sistemi di generazione/ricezione. L anello Master invia il segnale di test e l anello Slave (posizionato a distanza nota e vicino all anello Master) lavora esclusivamente nella modalità passiva ricevendo il segnale trasmesso dall anello Master. A differenza della modalità Pulse Echo, con l uso del trasduttore remoto è possibile eliminare la zona morta. Inoltre la sensibilità del test aumenta rispetto alla configurazione Pulse-Echo. La tecnica a trasduttore remoto (Through Transmission) risulta molto simile a quella a trasduttore remoto (Pitch Catch) in quanto utilizza anch essa due sistemi di generazione/ricezione il primo dei quali assume il ruolo di Master mentre il secondo quello di Slave. Tuttavia, a differenza della modalità a trasduttore remoto (Pitch Catch), in questo caso i due sensori risultano maggiormente distanziati l uno dall altro (lati opposti rispetto ad un supporto da ispezionare) con lo scopo di

3 rilevare variazioni di attenuazione o fase del segnale lungo il tratto di tubazione compreso tra di essi. Focalizzazione Gli algoritmi di focalizzazione avanzata introdotti nel 2005 [6] utilizzano la informazione proveniente da dati in differenti posizioni circonferenziali del tubo. I dati sono sottoposti ad un post processing che permette di evidenziare la distribuzione angolare della energia in una qualsiasi posizione assiale del tubo all interno del range diagnostico. Un esempio di risultato tipico ottenuto con il sistema di focalizzazione avanzata é mostrato in Figura 1. Figura 1. Questo esempio mostra sia la traccia A-Scan (sotto) che la traccia C-Scan ottenuta utilizzando algoritmi di focalizzazione avanzata (sopra). La saldatura W1 é simmetrica e si estende su tutta la circonferenza mentre il difetto A1 é non-simmetrico e posizionato tra ore 9 -. Le curve a tratti sono curve DAC (nero - weld DAC, blu - call DAC). Frequenza Trasduttori che permettono di ottenere dati in una larga banda frequenziale consentono una ottimizzazione della sensibilità del test e conseguentemente un piú elevato POD (Probability of Detection). Questo é possibile a causa della grande quantità di informazioni contenuta nei dati a frequenze anche leggermente differenti. In particolare ad alcune frequenze l eco dovuto a corrosioni é di ampiezza limitata (e quindi non rilevabile durante una normale ispezione).

4 Algoritmi frequency sweeping che permettono aggiustamenti quasi-continui della frequenza consentono di sintonizzarsì sui valori di frequenza che massimizzano gli echi di risposta a partire da difetti per ottenere il massimo livello di sensibilità possibile. Rapporto Segnale/Rumore (SNR) Il valore di SNR nel caso del metodo ad Onde Guidate é funzione del sistema di trasduzione, delll accoppiamento dei trasduttori, della condizione e configurazione del tubo e della performance sia della elettronica che del software. Il valore SNR ha una influenza fondamentale sulla sensibilità del test specifico e quindi sul POD. L ultima generazione di sistemi Wavemaker ha permesso di raggiungere livelli di SNR superiori a 70 db permettendo quindi di identificare difetti con cambio di sezione trasversale nell ordine dello 0.2%. Tuttavia la configurazione e condizione del tubo in molti casi tendono a ridurre il valore di SNR pertanto riducendo la sensibilità del test (che dovrà essere valutata separatamente su ogni tubo e punto di applicazione). Interpretazione Le regole di interpretazione fornite dal costruttore agli ispettori durante i corsi di introduzione all uso delle Onde Guidate con la strumentazione specifica formano la base della metodologia utilizzata per valutare la presenza di corrosione sotto un punto di appoggio. Echi provenienti da saldature sono utilizzati per calibrare le curve DAC e i difetti sono divisi in categorie di severità basate sulla stima della perdita di sezione trasversale e distribuzione circonferenziale del difetto (la misurazione diretta dello spessore non é ad oggi possibile utilizzando Onde Guidate). Le Onde Guidate sono sensibili in generale a cambi di rigidezza della struttura (e non solamente impedenza) per cui i punti di appoggio generano un eco (l appoggio é un impedimento al movimento localizzato che genera un incremento localizzato della rigidezza della struttura). La ampiezza di un eco in corrispondenza di un supporto appoggio dipende dalla frequenza del test, dal contatto tra il tubo ed il supporto e dal diametro e spessore della tubazione. La possibilità di un eco generato dalla presenza del supporto é la causa del superiore livello di complessità relativo alla ispezione sotto i punti di appoggio. Questo perché l eco dovuto alla presenza dell appoggio potrebbe mascherare l eco di una corrosione sotto supporto. Pertanto l operatore che effettua l ispezione dovrà comprendere in dettaglio gli strumenti interpretativi che la specifica strumentazione fornisce per determinare la presenza o meno di corrosione sotto supporto. Qui di seguito discuteremo alcuni casi applicativi che evidenziano benefici e limitazione del metodo ad Onde Guidate per la detezione e classificazione della corrosione sotto i punti di appoggio di una tubazione.

5 Amp (Linear) -16dB Clock Caso studio 1: Linea 16 schedula 10 in deposito di stoccaggio In questo caso lo scopo del controllo era investigare la condizione della tubazione in termini di corrosione interna e/o esterna. Un dato tipico di questa ispezione é mostrato in Figura 2. Tutti gli appoggi sono stati classificati come non affetti da corrosione. Il test ha permesso di controllare 5 supporti a partire da un unico punto di ispezione. La call line (blu) é stata settata in questo caso su un valore di 3% e nessuno dei supporti eccede questo valore alla specifica frequenza mostrata in Figura 2. L ampiezza degli echi dei supporti nella parte positiva del test é leggermente superiore rispetto a quella relativa ai supporti nella parte negativa del test a causa della disuniforme distribuzione del peso (maggiore pressione sotto supporto nella parte positiva) Distance (ft) Figura 2. Risultati del test ad Onde Guidate su tubazione 16 appoggiata su supporti metallici. Caso studio 2: Linea di vapore schedula 40 La Figura 3 mostra un risultato relativo al controllo di una linea di vapore di all interno di un terminale. La condizione generale esterna, a seguito di controllo visivo, era stata classificata come buona/eccellente. Controllo ultrasonoro a spot aveva inoltre indicato assenza di fenomeni diffusi di corrosione interna. L esame ad Onde Guidate (dei quali un esempio in Figura 3) ha permesso di confermare il buono stato generale della tubazione evidenziandone peró un problema sotto uno dei supporti (non visibile al momento della esecuzione del test) nella direzione positiva del test a circa 10 (3m). Da questa posizione di test é stato possibile identificare tre saldature, una curva, due supporti saldati e tre supporti di tipo appoggio. Il SNR era tale da permettere in questo caso di individuare cambiamenti di sezione trasversale nell ordine dell 1% e la call DAC (blu) é stata settata sul 3%. Il segnale relativo alla posizione

6 Amp (Linear) welded support weld ed support -F2 ed support Corrosion pit High contact loading Elbow -18dB Clock +10 é stato poi verificato sollevando il tubo e la Figura 4 mostra una foto della corrosione sotto l appoggio Distance (ft) Figura 3. Risultati del test ad Onde Guidate su tubazione con supporti tipo appoggio e saldati. Figura 4. Corrosione sotto supporto (posizione +10 in Figura 3). Caso studio 3: Linea di trasporto 10 schedula 40 La Figura 5 mostra una vista generale della linea che trasporta petrolio greggio. La usura sotto il punto di contatto mostrata in Figura 6b é stata identificata a partire dall esame ad Onde Guidate ad una distanza di 10ft dall anello.

7 Amp (Linear) -F1 +F1 +F2-18dB Clock Figura 5a. Linea di trasporto 10 Figura 5b. Usura su punto di contatto identificata con Onde Guidate. Il risultato dell esame ad Onde Guidate per la linea di 10 é mostrato in Figura 6. Il target della ispezione era in questo caso possibile corrosione interna dovuta alla presenza di depositi all interno della tubazione. In Figura 6 é semplice distinguere la indicazione relativa al punto di contatto su entrambi A-Scan e C-Scan. Successivaente alla identificazione di questa anomalia, lo spessore rimanente é stato misurato su questa sezione di tubo indicando una perdita di spessore sul punto di contatto di circa il 30%. La perdita di spessore dovuta a usura é comune specialmente su linee di trasporto e il metodo ad Onde Guidate é estremamente efficace ad individuare questo tipo di difettologia Distance (ft) Figura 6. Risultato del test ad Onde Guidate relativo alla linea di trasporto di 10 appoggiata su supporti metallici. Caso studio 4: Linea d acqua 4 schedula 40 La Figura 7 mostra una vista generale della linea 4. La condizione generale esterna, a seguito di controllo visivo, era stata classificata come buona/eccellente. Tuttavia le linee ripiene d acqua senza inibitori possono avere all interno strati di

8 Amp (Linear) -30dB Clock deposito aderenti al tubo che aumentano sia l attenuazione che il livello di rumore. La Figura 8 mostra il risultato del test ad Onde Guidate. A partire da questa posizione due saldature sono visibili (anche se altre saldature sono evidenziabili a maggiore distanza a differenti frequenze). I numerosi echi presenti nella traccia sono dovuti alla presenza sia di depositi interni che di corrosione generalizzata (media). Inoltre la call DAC (blu) é stata settata sul 5%. Questo é uno dei casi nei quali non é possibile utilizzare l esame ad Onde Guidate in maniera affidabile per identificare corrosione sotto supporto appoggio visto che la presenza di corrosione generalizzata potrebbe mascherare la possibile presenza di corrosione sotto supporto. Figura 7. Vista della tubazione 4 ripiena di acqua Distance (ft) Figura 8. Risultato del test ad Onde Guidate relativo alla linea 4 in Figura 7. Formazione e certificazione La formazione e la esperienza dell operatore sono critici per il successo di questo tipo di applicazione del Metodo GWT. L operatore dovrà comprendere in dettaglio sia gli ultimi strumenti di interpretazione sviluppati sia la complessità di questo tipo di applicazione. Nuovi schemi di formazione sono stati inoltre sviluppati per fornire il know-how necessario agli operatori per questa specifica applicazione.

9 Conclusioni Il metodo ad Onde Guidate permette di effettuare il controllo sotto supporti di tipo appoggio senza necessità di sollevare l appoggio stesso. I casi applicativi discussi hanno evidenziato benefici e limitazioni del metodo ad Onde Guidate per la detezione e classificazione della corrosione sotto punti di appoggio. REFERENZE 1. Cawley, P., D.N. Alleyne and C.W. Chan, C.W., "Inspection of pipes", WO 96/951, priority date Alleyne, D.N. and P. Cawley, "The excitation of Lamb waves in pipes using dry coupled piezoelectric transducers", Journal of NDE, Vol. 15, pp.11-20, Alleyne, D.N. and P. Cawley, "Long range propagation of Lamb waves in chemical plant pipework", Materials Evaluation, Vol. 55, pp , Demma, A., Alleyne D. Guided Waves: opportunities and limitations, Cofrend conference, VM Nunez Ledesma, V.M., E. Perez Baruch, A. Demma, M.J.S. Lowe, "Guided wave testing of an immersed gas pipeline", Materials Evaluation, Vol. 67, pp , Davies, J., Cawley, P., "The application of synthetic focusing for imaging crack-like defects in pipelines using guided waves", IEEE Trans UFFC, Vol. 56, pp , 2009.