1. Principio de detección de defectos de plegado en tubos de acero sin costura
Cuando la tubería de acero en la línea de detección atraviesa el área de detección de espesor de pared siguiendo estrictamente su eje a alta velocidad, el acoplador de agua que gira alrededor de la tubería genera una columna de agua pulverizada con presión constante que rocía sobre la tubería. La señal ultrasónica, perpendicular al eje de la tubería, emitida por la sonda ultrasónica que gira conjuntamente se acopla a la tubería a través de la columna de agua. La onda de interfaz y la onda de fondo, que se forman al atravesar las superficies interna y externa de la tubería, se acoplan a la sonda ultrasónica a través de la columna de agua. La sonda convierte la onda de interfaz y la onda de fondo en una señal eléctrica y, tras su procesamiento, análisis y cálculo, se forma una curva digital que refleja el espesor de la pared de la tubería. Cuando la señal ultrasónica detecta pliegues u otros defectos en la pared de la tubería, se forma una señal de defecto entre la onda de interfaz y la onda de fondo, cuyo ancho de pulso de espesor varía significativamente. La magnitud y el alcance de los defectos de pliegue se muestran en la curva.
2. Tecnología de medición de espesor ultrasónico con acoplamiento de agua pulverizada de alta energía y múltiples sondas
La tecnología y el dispositivo de detección mencionados anteriormente solo son adecuados para la detección a alta velocidad de tuberías con superficies lisas. Sin embargo, el estado de la superficie de las tuberías de acero que requieren inspección suele ser deficiente. Muchas tuberías de acero son reutilizadas, están oxidadas y presentan picaduras superficiales. Algunas también están contaminadas con aceite, etc., lo que atenúa la señal ultrasónica en la superficie de la tubería. La onda de interfaz y la onda de fondo son muy débiles, lo que dificulta la formación de un pulso de espesor estable. Algunas tuberías de acero incluso están equipadas con acoplamientos. Su recorrido en la línea de inspección es irregular, por lo que el rendimiento de la inspección sigue siendo muy bajo.
El "dispositivo de medición de espesor ultrasónico acoplado a agua pulverizada de alta energía con múltiples sondas" adopta principalmente las siguientes tecnologías para resolver estos problemas:
(1) Adoptar una “oblea de titanato de bario” con una resistencia a la presión de 1500 V p2p y una sonda ultrasónica de punto focal de 10 MHz para mejorar la energía de las señales ultrasónicas;
(2) Adopte un circuito de excitación de alta energía con características de función de impacto para estimular la sonda para generar ultrasonido de alta energía;
(3) Tecnología de medición de espesor ultrasónico multicanal y circuito de ensanchamiento lineal de pulso de espesor para mejorar la velocidad y precisión de detección;
(4) Tecnología de transmisión de señales multicanal de “multiplexación por división de tiempo, muestreo de alta velocidad” para transmitir de manera confiable señales de espesor multicanal;
(5) El software de computadora elimina la influencia de la inestabilidad de la señal ultrasónica en los resultados de detección, muestra los resultados de detección en números y curvas y marca la ubicación del defecto;
(6) Dispositivo de acoplamiento de agua a presión y temperatura constantes para mejorar la confiabilidad del acoplamiento de la columna de agua pulverizada a las señales ultrasónicas;
(7) Mecanismo de posicionamiento y accionamiento preciso para garantizar que la tubería de acero pase a través de la sonda estrictamente a lo largo de su eje en el área de detección, superando el problema de funcionamiento irregular causado por el acoplamiento de la tubería de acero de modo que cada sonda mantenga una distancia de acoplamiento vertical y constante con la pared exterior de la tubería de acero.
3. Resultados experimentales
La sensibilidad de la sonda de oblea de "titanato de bario" se puede aumentar en 10 dB; la oblea está equipada con una lente de enfoque acústico cóncava para formar una sonda de enfoque puntual con una longitud focal de 15 mm y una distancia de columna de agua de acoplamiento de 12 mm, de modo que el foco de cada sonda cae en el punto medio de la pared de la tubería de acero, reduciendo efectivamente el efecto de dispersión de la corrosión superficial de la tubería de producción de petróleo y evitando que el acoplamiento de la tubería de acero (espesor 6 ~ 8 mm) dañe la sonda; el "triodo de avalancha" está compuesto por un circuito de excitación de alta energía de 6 ns con una característica de función de impacto y una amplitud de Vp2p = 1000, que excita la sonda ultrasónica para generar una señal ultrasónica de alta energía, de modo que la relación señal-ruido de la onda superficial y la onda inferior alcanza más de 20 dB; Cuando la sonda gira a 240 rpm, el pulso de espesor de pared en la superficie del tubo de acero es estable y las irregularidades de la circunferencia se pueden mostrar con una precisión de 0,05 mm. Cuando el tubo de acero pasa simultáneamente por el área de detección a una velocidad de 15 mm, cada sonda tiene un escaneo en espiral con una distancia entre puntos de 15,625 mm, y cuatro sondas detectan 2400 puntos por segundo. La distancia entre los puntos es de 0,16 mm y la precisión de la variación del espesor de pared no es inferior a ±0,1 mm.
4. El medidor de espesor ultrasónico con sonda rotatoria de canal consta de un acoplador de agua y cuatro sondas ultrasónicas distribuidas a 90° entre sí y perpendiculares al eje de la tubería de acero. El tanque de agua suspendido con control automático de nivel de líquido, con un nivel de líquido de 6 m, y el agua de acoplamiento a temperatura constante de 40 °C garantizan una presión constante y un acoplamiento fiable de las cuatro columnas de agua de pulverización de la sonda en cada posición, eliminando así la formación de burbujas. La columna de agua perpendicular al eje de la tubería de producción de petróleo acopla de forma fiable la señal ultrasónica entre la sonda y el cuerpo de la tubería.
El circuito de estiramiento de pulsos de espesor lineal, compuesto por dispositivos de fuente de corriente constante, estira cada pulso de espesor de 2 Λs 20 veces hasta 40 Λs, lo que mejora la precisión de detección de espesor y reduce el error de muestreo. El circuito de multiplexación por división de tiempo y muestreo de alta velocidad muestrea 4 pulsos de ancho a una frecuencia de muestreo de 2,5 MHz y los fusiona en un canal, que se transmite a través del anillo colector y luego el multiplexor lo separa sincrónicamente en múltiples señales. La distorsión de la señal es ≤1 %.
La interferencia de imágenes falsas afecta los resultados de la detección. La onda inferior de la tubería de acero es débil, lo que facilita la formación de pulsos de imagen falsa ultragruesos e inestables; la oscilación de la onda superficial también puede generar pulsos de imagen falsa ultrafinos; y los defectos de plegado generalmente forman docenas de pulsos continuos de profundidad de plegado. El software de análisis informático puede distinguir el espesor de la pared, el plegado y la interferencia de imágenes falsas, y mostrar datos y curvas estables.
4. Resultados de la prueba
En la línea de detección de fallas en tuberías de acero, se probaron las tuberías con el detector magnético de fugas y, posteriormente, con el dispositivo de detección de alta velocidad de espesor de pared de tuberías de acero de 4 canales con sonda giratoria acoplada a agua pulverizada. Se eliminaron las tuberías con defectos de plegado. En la prueba de presión de agua posterior, las tuberías con defectos de plegado dejaron de reventar.
Hora de publicación: 11 de noviembre de 2024