S.M.I. STRESS MAGNETIC INVESTIGATION

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1 - CIVIL ENGENEERING - GEOLOGY AND ENVIRONMENT - GROUND PENETRATING RADAR - LOSSES DETECTING RADAR SYSTEM - ARCHEOLOGY & CULTURAL HERITAGE - CARGO INSPECTION - LOSS CONTROL - CHEMICAL ANALYSIS - INDUSTRIAL SYSTEMS AND TECNOLOGY - RESEARCH S.M.I. STRESS MAGNETIC INVESTIGATION DIAGNOSTICA NON DISTRUTTIVA PER LA VERIFICA DI INTEGRITA DI STRUTTURE IN METALLO Head Off. I Catania, Via Cagliari, 56 T: +39 (095) F: +39 (095) M: scheduling@pccgroup.it T: +39 (095) Via delle Ginestre, Zafferana Etnea (CT) P.IVA REA CT

2 INDICE Introduzione... 3 Definizione di Stress Magnetic Investigation (S.M.I.)... 3 Principio fisico... 4 Perché scegliere S.M.I Scopi... 6 Vantaggi... 6 Tipologia di Servizio... 7 SMI a Contatto (CSMI)... 7 SMI Non a Contatto (NCSMI)... 8 Parametri Esempi - Saldature Esempi - Saldature Esempi - Alcune applicazioni Esempi Analisi serbatoi Esempi - Diagnostica tubazioni oil&gas Esempi - Interno tubazioni Esempi - Correlazioni con le dimensioni fisiche Esempi - Curve Esempi - Misure non a Contatto su Coibentante Esempi - Misure non a Contatto strutture interrate Esempi - Misure non a Contatto - PIG Esempi - Risultati di un indagine SMI Non a Contatto Settori di interesse Campi di applicazione:

3 Introduzione Metodi e mezzi convenzionali di diagnostica (ultrasuoni, raggi-x, ecc...), sono orientati a rilevare difetti già sviluppati e non possono prevenire imminenti danni alle attrezzature. E risaputo che le aree a presenza di stress sono quelle nelle quali corrosioni, fatiche e processi di rottura si sviluppano rapidamente. Di conseguenza l'individuazione di aree a presenza di stress è uno degli obiettivi principali nella diagnostica di attrezzature e strutture ferromagnetiche. I materiali ferromagnetici variano le proprie proprietà magnetiche nelle aree soggette a stress. Definizione di Stress Magnetic Investigation (S.M.I.) Le strutture metalliche dalla fase di produzione, compreso il raffreddamento, passando per le fasi di installazione, saldatura e utilizzo, subiscono degli stress. Di conseguenza il campo magnetico da loro emesso subisce delle variazioni. Stress Magnetic Investigation è un metodo non distruttivo che consente di ispezionare, mediante rilevazione di campo magnetico, le caratteristiche di integrità (imperfezioni ed eterogeneità, in generale «STRESS») della microstruttura del metallo. In particolare, viene rilevato il campo magnetico generato dal metallo, emesso per sua natura, in grado di portare con se informazioni relative ai cambiamenti strutturali subiti. Le regole generali per le ispezioni sono regolate dalle normative ISO di riferimento. 3

4 Principio fisico Il metodo SMI si basa sui seguenti effetti fisici: Effetto magnetostrittivo inverso, detto anche effetto Villari, ovvero il cambiamento della magnetizzazione (o della suscettività magnetica) di un materiale quando soggetto a stress meccanici; Effetto di perdita di campo magnetico da inomogeneità strutturali e meccaniche come ad es. rotture, porosità, assottigliamenti da corrosione e variazioni della geometria. Perché scegliere S.M.I. SMI è un metodo investigativo passivo, non ha quindi bisogno di generare alcun tipo campo, elettrico e/o magnetico, per i fini delle indagini, sfrutta la sola presenza di campo magnetico emesso dal metallo quindi è in grado di valutare le caratteristiche di integrità della microstruttura del metallo. L immissione di un campo esterno, elettrico e/o magnetico, ridurrebbe le capacità di rilevare anomalie a livello microscopico. 4

5 A differenza degli altri metodi che usano campi magnetici per il rilevamento dei difetti strutturali, la diagnostica SMI è in grado di rilevare variazioni di campo magnetico molto piccole, che spesso corrispondono a difetti micro-strutturali. I metodi tradizionali rilevano per lo più difetti macro-strutturali 5

6 Metodi di controllo non distruttivi comunemente usati nell industria Oil&Gas sono: Esame Visivo Ultrasuoni (UT) Radiografia (Rx) Analisi Magnetica (metodi in cui viene indotto un campo magnetico) Correnti parassita Tutti i controlli sopra indicati, hanno lo scopo di rilevare, interpretare e misurare, difetti già esistenti nelle strutture ferromagnetiche ispezionate. In una logica di prevenzione, questo è inammissibile Scopi I principali scopi del metodo SMI sono: Determinazione di aree a presenza di stress, viste come principali sorgenti del danno; Diagnosi preventiva del danneggiamento; Vantaggi Misura degli Stress subiti dal materiale; Range di danni individuabili: micro e macro dimensioni; Fermo impianto non necessario; Preparazione della superficie per il test non necessaria; Magnetizzazione esterna non richiesta; Rapida valutazione della qualità della struttura del metallo; Utilizzo di strumentazione portatile di piccole dimensioni; 6

7 Tipologia di Servizio Il metodo SMI fornito da PCC GROUP si articola in: - Metodologia SMI per indagine a Contatto (CSMI) - Metodologia SMI per indagine Non a Contatto (NCSMI) SMI a Contatto (CSMI) Per un analisi dettagliata di quelli che sono gli stress presenti su una struttura metallica, si ricorre alla SMI a contatto, in grado di fornire dati sulla microstruttura del metallo. La SMI a contatto viene eseguita muovendo, in maniera opportuna, un apposito sensore sulla superficie da investigare. 7

8 Durante l indagine vengono rilevate le aree con presenza di stress che rappresentano le principali sorgenti di danneggiamento e dove si svilupperanno corrosioni, cricche, ecc.. La rilevazione di aree a presenza di stress è importante per una valutazione della vita utile della struttura. SMI Non a Contatto (NCSMI) Grazie alla NCSMI è possibile individuare distorsioni del campo magnetico terrestre dovute alle condizioni di stress presenti sulla condotta ferromagnetica interrata. 8

9 Gli step fondamentali per un indagine completa sono: 1) Esecuzione di una NCSMI (SMI Non a Contatto) sulla conduttura interrata investigata, per la rilevazione di tutte le anomalie magnetiche presenti. 2) Esecuzione di una CSMI (SMI a Contatto) sulle sezioni anomale individuate, localizzando esattamente le aree a presenza di stress, anche senza la rimozione di coibentante. 3) Se l indagine necessita di ulteriori verifiche, eseguire test non distruttivi convenzionali, nelle sole aree a presenza di stress, dopo la rimozione del coibentante. 9

10 Parametri I parametri magnetici usati per le ispezioni SMI sono: Componente normale e/o tangenziale del campo emesso Gradiente del campo magnetico in direzione della lunghezza (dh/dx) e/o della profondità (dh/dz) Esempi - Saldature Nelle immagini di seguito, vediamo il risultato dell indagine SMI condotta su una saldatura. Si nota un anomalia del segnale emesso dalla struttura metallica in prossimità della rottura. Il risultato è stato poi confermato con un esame radiografico. 10

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12 Esempi - Saldature Di seguito immagini relative al controllo saldature. Rottura in prossimità della saldatura sulla T 12

13 Tronchetto da 6 STRESS 2 STRESS 1 STRESS 1 STRESS 2 13

14 Esempi - Alcune applicazioni Nelle immagini di seguito sono riportate alcune applicazioni con metodo SMI. Esempi Analisi serbatoi La metodologia SMI viene usata per la valutazione delle condizioni del mantello e delle sue saldature 14

15 Esempi - Diagnostica tubazioni oil&gas L ispezione può essere realizzata senza la rimozione dell'isolamento plastico, della vernice e dell'isolante non magnetico. Esempi - Interno tubazioni Grazie ad appositi supporti, è possibile investigare condutture dal loro interno compresi gli scambiatori di calore. 15

16 Esempi - Correlazioni con le dimensioni fisiche Quando la microstruttura del metallo raggiunge il punto di snervamento, è possibile notare una correlazione tra il magnetogramma ottenuto sulla zona interessata e le dimensioni fisiche della struttura analizzata. Nel caso riportato in figura, l andamento del campo magnetico è correlabile con il diametro esterno della tubazione oggetto di studio. Esempi - Curve 16

17 Esempi - Misure non a Contatto su Coibentante Con opportuni settaggi, è possibile investigare le strutture metalliche senza rimuovere il coibentante non ferromagnetico. Esempi - Misure non a Contatto strutture interrate E stato sviluppato un complesso sistema di misura per la diagnostica magnetometrica non a contatto di tubazioni interrate ad una profondità fino a circa dieci volte il diametro. L operatore, camminando lungo l asse della tubazione, individua le distorsioni del campo magnetico terrestre dovute alle condizioni di stress presenti sulla condotta ferromagnetica interrata. Successivamente vengono realizzati scavi cognitivi e ispezioni aggiuntive, per l esatta identificazione di difetti specifici. Nel seguente grafico, le anomalie riscontrate durante un'indagine non a contatto di tubazioni interrate. 17

18 Esempi - Misure non a Contatto - PIG La SMI Non a Contatto (NCSMI) è suggerita quando si presenta l impossibilità a procedere con l ispezione PIG, ad esempio, per via delle seguenti: - Le dimensioni interne non permettono l ispezione dall interno; - Linea non progettata per ispezione dall interno; - Assenza di rampe di lancio e uscita. 18

19 Esempi - Risultati di un indagine SMI Non a Contatto Di seguito una tabella riepilogativa dei risultati di un indagine con SMI Non a Contatto. 19

20 Settori di interesse Industria petrolchimica Shoreline Sealine Serbatoi Impianti di produzione Saldature Metallurgia Prodotti finiti Elementi di macchine Ingegneria meccanica Controllo qualità su produzione Produzione Energia Trasporti Ferroviari Binari Sala montata Trasporto Marittimo Pipelines Elementi produzione energia Strutture Metalliche Strutture di ponti Strutture Pipelines Serbatoi Armature Turbine 20

21 Campi di applicazione: Diagnostica di tubazioni, recipienti a pressione e apparati per vari scopi industriali; Diagnostica di condutture di greggio e gas, sistemi per acqua calda, incluse le tubazioni interrate; Valutazione di punti di saldatura di serbatoi e apparati vari; Valutazione dello stato delle saldature e curve di tubazioni per vari scopi industriali con rilevamento delle rotture; Diagnostica di scambiatori di calore, sia dall interno che dall esterno; Diagnostica di rotori di turbine a gas e a vapore, incluse le pale; Diagnostica di pompe e macchine varie; Diagnostica di strutture metalliche e parti individuali; Diagnostica di armature per vari scopi industriali; Diagnostica di binari e ruote nel settore del trasporto ferroviario; Controllo qualità di corde e cavi; Controllo qualità di componenti di macchine in produzione di massa; Controllo qualità del trattamento termico di prodotti nuovi e usati; Sviluppo di metodi di analisi tramite SMI per qualsiasi attrezzatura e struttura metallica ferromagnetica. 21