Estudo de transdutores eletromagnético-acústicos para a inspeção de terminações em dutos resistentes à corrosão

Abstract

O aumento dos números referentes à produção de petróleo e seus derivados ao redor do mundo tem intensificado a construção de tubulações para o transporte de petróleo e seus derivados. Contudo, esses sistemas de transporte, usualmente fabricados em aço ao carbono, tem nos danos por corrosão um tópico de constante preocupação por parte dos operadores, exigindo que passem por manutenções periódicas, impactando no custo de sua operação. Visando reduzir a frequência de intervenções nas tubulações, o emprego de ligas resistentes à corrosão para revestir o interior de tubos de aço tem sido alavancado nesse cenário, o que trouxe consigo novos desafios no que tange as técnicas de fabricação, instalação e garantia da integridade estrutural dos componentes. Por conseguinte, esse fenômeno tem demandado o desenvolvimento de metodologias e construção de equipamentos para a inspeção por ensaios não destrutivos que atendam aos padrões definidos em códigos e normas de segurança. Para esse fim, ferramentas do tipo Pipe Intervention Gadget tem se destacado pela capacidade de cobrir longas distâncias de tubulações através do acesso interno em dutos. Nesse contexto, o desenvolvimento de transdutores acústicos eletromagnéticos, EMATs, tem surgido como alternativa para a geração de sinais ultrassônicos, explorando a habilidade desses dispositivos em gerar sinais ultrassônicos no componente sem a necessidade de contato físico entre transdutor e a superfície do componente. Esta pesquisa foca no emprego de EMATs para a geração de ondas guiadas de médio alcance visando a inspeção de juntas soldadas de dutos cladeados por colaminação e o ponto triplo em dutos mecanicamente revestidos. Para isso, o método de elementos finitos foi empregado como ferramenta a construção de modelos dos transdutores que auxiliaram na otimização do processo de geração de ondas e no estudo da propagação de ondas guiadas horizontalmente polarizadas em meios elásticos que formam esses dutos. Foram construídos corpos de prova representativos dos materiais estudados com defeitos artificialmente inseridos que foram inspecionados com protótipos de sensores construídos para a validação dos resultados encontrados nos modelos numéricos. Por fim, foi possível avaliar-se a técnica empregada no âmbito do trabalho, permitindo que fossem estimados limites de detecção de defeitos.

The current increase in production of oil and its derivatives worldwide has intensified pipeline construction for fluid transportation. These transport systems, which are usually built in carbon steel, are heavily prone to environmental damages such as corrosion making it a topic of serious concerns for pipeline operators. Because of this matter, the pipelines demand inspection and maintenance frequently, increasing the cost of operation. In this way, focusing on reducing the frequency of maintenance, many companies have substituted the conventional steel pipes for pipes internally protected by corrosion-resistant alloys (CRA), herein referred to as CRA-lined pipes and CRA-clad pipes. However, some challenges arose with this new technology in terms of safe installation and structural integrity management for the components. As a consequence, this phenomenon has led to the development of new methods and tools for non-destructive tests that could attend the standards established in international codes. For this purpose, in-line inspection tools like Pipe Intervention Gadgets have represented efficient options for flaw detection due to their ability to cover long distances traveling in the pipeline. Thus, in this context, the development of Electromagnetic Acoustic Transducers (EMAT) appears as an alternative as a non-contact tool for the generation of ultrasonic signals within the pipe wall. clad pipes and the triple point of mechanically lined pipes. This research focuses on the guided waves generation on the CRA layer by EMATs for flaw detection on thick wall For this, Finite Element Modelling helped to figure out the transduction and wave propagation phenomenon in the waveguides formed by each bilayer structure. For the study validation, test samples were produced to represent the conditions found during the inspection and the results confronted with those found in simulation. Finally, it was possible to evaluate the method making possible to estimate the detection limit for flaws in these samples.