Desenvolvimento de sistema de monitoramento de integridade estrutural por ondas guiadas para tanques de unidades FPSO

Abstract

Um sistema de monitoramento por ondas guiadas para tanques de cargas de unidades FPSO (floating production storage and offloading) foi projetado e testado em um painel representativo de uma região desta estrutura. Inicialmente, foram realizados estudos para definir o melhor modelo de transdutor e condições de operação para utilização neste tipo de estrutura. Em seguida, foi instalado um arranjo de transdutores no painel de teste, onde sinais de base desta estrutura em estado íntegro foram adquiridos dentro de um intervalo representativo de temperaturas. Após a usinagem de defeitos com dimensões controladas no painel, sinais foram adquiridos e então processados com os algoritmos OBS (optimal baseline subtraction), OS (optimal stretch) e PSC (phase-shift compensation). O algoritmo de imagem DAS (delay-and-sum) foi aplicado aos sinais residuais para avaliar a capacidade de localização dos defeitos pelo sistema. Dois índices de dano distintos foram gerados a partir dos resultados de imagem para verificar a capacidade de detecção dos defeitos pelo sistema. As imagens obtidas foram então pós-processadas através de três diferentes métodos, um baseado em uma abordagem probabilística, outro em decomposição em valores singulares (SVD), e o terceiro sendo uma combinação dos outros dois métodos. O ganho obtido na relação sinal-ruído (SNR) através da aplicação das estratégias de pós-processamento foi calculado e comparado com as imagens originais. Os resultados demonstraram que o sistema é capaz de detectar perdas de espessura localizadas e de indicar sua correta posição para danos maiores de 20% de perda de espessura de parede. Os resultados também mostraram que os métodos de pós-processamento aplicados melhoraram a relação sinal-ruído das imagens, levando a ganhos maiores de 15 dB para a relação entre a indicação do defeito e artefatos.

A guided wave monitoring system for storage tanks of floating production storage and offloading (FPSO) units was projected and tested on a panel which is representative of a region of such structures. Initially, studies were performed to define the best type of transducer and operation conditions to be used in this kind of structure. Then, an array of transducers was installed in such structure, where baseline signals of the undamaged structure were acquired within a representative temperature range. After the machining of controlled defects on the panel, signals were acquired and subsequently processed with the optimal baseline subtraction (OBS), optimal stretch (OS) and phase-shift compensation (PSC) algorithms. A delay-and-sum (DAS) image algorithm was then applied to the residual signals in order to evaluate the defect localization capabilities of the system. Two distinct damage indexes were generated from the resulting images in order to verify the detection capability of the system. The images were than post-processed with three different methods, one based on a probabilistic approach, another on singular value decomposition (SVD), and the third with a combination of these two methods. The signal-to-noise ratio (SNR) gain obtained by applying the post-processing strategies was calculated and compared to the original images. Results demonstrate that the system is capable of detecting localized wall loss and indicating its correct position for damage larger than 20% wall thickness loss. Results also show that the post-processing methods helped to improve the SNR, leading to gains of more than 15dB in damage to artifact amplitude ratios.