مطالعه موردی ارزیابی خوردگی لوله های مدفون با آکوستیک امیشن

خسارات خوردگی لوله‌ های مدفون مشکل مهمی در پالایشگاه‌ها است. از آنجایی که لوله‌ها مدفون هستند، اعمال روش‌های NDT مانند UT، RT، PT و بازرسی بصری برای مناطق دارای آسیب دشوار می‌باشد. آزمون آکوستیک امیشن (AE) به طور گسترده برای ارزیابی آسیب‌های خوردگی کف مخزن در سرویس استفاده شده‌است، اما کاربردهای AE در لوله کشی محدود است. مزیت روش این است که می‌تواند بدون خارج کردن سازه از سرویس، آسیب‌ها را ارزیابی و مکان‌یابی کند.
به منظور بررسی کاربرد روش AE برای ارزیابی آسیب‌های خوردگی در لوله های مدفون، آزمایش‌های سیستماتیک انجام شده‌است. آزمایش‌های خوردگی در آزمایشگاه نشان داد که نمونه‌های فولادی با لایه اکسید ضخیم سیگنال‌های AE را با دامنه‌های بیش از ۸۰ دسی‌بل در طول فرآیند خوردگی تولید می‌کنند.
آزمایش‌های انتشار موج با استفاده از لوله‌ ها در شرایط مختلف سطحی و مدفون نشان داد که محل منبع باید برای لوله های مدفون پوشیده با لایه محافظ تا طول 4 متر قابل استفاده باشد. برای تأیید سودمندی تکنیک، اندازه‌گیری AE برای 13 لوله مدفون در حال سرویس در یک پالایشگاه انجام شد. نتایج AE نشان داد که AE می‌تواند یک روش بسیار امیدوارکننده برای ارزیابی آسیب‌های خوردگی در لوله‌های مدفون باشد.

روش آزمون و نتایج

 AE ناشی از خوردگی چهار قطعه نمونه فولادی کوچک برای آزمایش از سقف یک مخزن در حال سرویس بریده شد (شکل1). سه نمونه (شماره های 2-4) از یک طرف با لایه اکسید ضخیم پوشانده شدند. محصول خوردگی (لایه اکسید) در نمونه شماره 1 به طور کامل از سطح حذف شد. اندازه آن تقریباً 270 میلی متر طول، 35 میلی متر عرض و 2 میلی متر ضخامت داشت.

نمونه ها در آب نمک 3 درصد (9 سانتی متر پایین) غوطه ور شدند تا فعالیت های AE ناشی از خوردگی را بررسی کنند، همانطور که در شکل 2 مشاهده می‌شود. سه نوع مختلف سنسور رزونانس AE، PAC R3I (رزونانس 30 کیلوهرتز)، R6I (60 کیلوهرتز) و R15I (150 کیلوهرتز) برای آزمایشات استفاده شد.

شکل2: چهار نمونه در آب نمک 3 درصد (آزمون1). شکل1: نمونه ها قبل از آزمایش.

آزمایش آکوستیک امیشن در لوله های مدفون

آزمایش‌های آکوستیک امیشن روی چندین لوله در یک کارخانه و لوله‌های مدل در شرایط مختلف (خالی، پر از مایع، با و بدون پوشش ضد زنگ) انجام شد.جنس لوله‌ها از فولاد کربنی با قطر 254 میلی متر است. لوله‌های دیگر دارای قطر 50.4 میلی‌متر (B2) تا 610 میلی متر (B20) بودند. این لوله ها در هر دو جهت بسیار بیشتر از فواصل آزمایش‌شده گسترش می‌یابند. چهار سنسور AE با فرکانس‌های رزونانس متفاوت R1.5I (15 کیلوهرتز)، R3I (30 کیلوهرتز)، R6I (60 کیلوهرتز) و R15I (150 کیلوهرتز) روی لوله‌ها نصب شده‌اند تا سیگنال‌های AE را به دلیل شکستن مداد سرب تشخیص دهند.

شکل3: نتایج آزمون 1 (تاریخچه دامنه و توزیع).

شکل4: نتایج آزمون 2 با نمونه شماره 1 (تاریخچه دامنه و توزیع).

لوله‌های روی زمین (خالی و پر از مایع) و لوله‌ های مدفون شبیه سازی پوشیده‌شده با کیسه‌های شن استفاده شد. در شکل 5 سنسورهای AE نصب‌شده روی یک لوله مدفون شبیه سازی شده مشخص است. توجه داشته باشید که آنها با موارد ذکرشده در جدول 1 متفاوت هستند.

شکل5: سنسورهای AE بر روی یک لوله مدفون شبیه سازی.

شکل6 منحنی‌های میرایی امواج A₀ را در یک لوله خالی بالای زمین نشان می‌دهد. سیگنال‌های AE در باند فرکانس بالا (R15I) پس از طی مسافت 17 متر حدود 30 دسی بل کاهش می‌یابد، در حالی که در فرکانس‌های پایین‌تر (R6I، R3I، و R1.5I) حدود 10-15 دسی بل است. در شکل 7 منحنی‌های تضعیف شده‌ی لوله‌های سطحی پر از مایع را میبینیم که کمی بیشتر از لوله خالی است و سیگنال‌ها پس از طی مسافت 8 متر حدود 10 دسی بل تضعیف می‌شوند.

شکل6 : منحنی میرایی روی یک لوله خالی بالای زمین (منابع شکست مدادی-سرب).

شکل 8 منحنی‌های میرایی یک لوله خالی مدفون بدون لایه محافظ را نشان میدهد. سیگنال‌ها پس از طی مسافت 4 متر حدود 20 دسی بل ضعیف می‌شوند. شکل 9 لوله‌های خالی مدفون با لایه محافظ را نشان میدهد. تضعیف در این مورد بزرگترین است و سیگنال‌ها پس از طی مسافت 4 متر تقریباً 30 دسی بل تضعیف می‌شوند.

شکل 7: منحنی تضعیف روی یک لوله بالای زمین پر از مایع (سرب مدادی می‌شکند).

شکل 8: منحنی تضعیف یک لوله مدفون خالی بدون لایه محافظ (شکاف سرب مدادی).

لایه اکسید این سیگنال‌ها باید در یک ولتاژ آستانه معمولی در فاصله 4 متری از منبع حتی با در نظر گرفتن تضعیف در طول انتشار موج،قابل تشخیص باشند. بنابراین نتیجه‌گیری می‌شود که محل منبع باید برای لوله مدفون با لایه محافظ تا طول 4 متر قابل استفاده باشد.

شکل9: منحنی میرایی یک لوله مدفون خالی با پوشش لایه محافظ. (سرب مدادی می‌شکند).

اندازه گیری میدانی AE برای 13 لوله مدفون و روی زمین در یک پالایشگاه

اندازه گیری‌های میدانی AE برای 13 لوله در یک پالایشگاه انجام شد. در جدول 1 تعداد لوله‌ها، اندازه‌ها (قطر اسمی بر حسب اینچ)، مایع درونی و میزان جریان (حجم) فهرست شده‌است. ده مورد از آنها (شماره 02 – 11) تا حدی مدفون هستند (طول حدود 3 متر) و سه مورد از آنها (شماره 12 – 14) لوله‌های روی زمین هستند که با بخار گرم می‌شوند و عایق می‌شوند. این لوله‌ها را در شکل 10 میبینیم.

شکل 10: لوله های نیمه مدفون.

جدول1: لوله‌های آزمایشی

اندازه‌گیری AE به طور معمول به مدت 30 دقیقه با سنسورهای 30 کیلوهرتز و 60 کیلوهرتز نصب‌شده بر روی سطح لوله با نگهدارنده آهنربا انجام شد. هر دو سنسور جفت شدند و در نزدیکی هر دو انتهای قسمت مدفون با فاصله 4 متر قرار گرفتند.

شکل 11 نتایج آزمایش لوله 02 را نشان می‌دهد که با سنسورهای 30 کیلوهرتز به دست آمده‌است.  تعداد سیگنال‌های شناسایی‌شده توسط هر کانال، بیشینه دامنه، مکان منبع و رویداد نشان داده‌شده‌است. 280 ضربه توسط دو سنسور تشخیص داده‌می‌شود. حداکثر دامنه بیش از 70 دسی بل است. 10 رویداد واقع شده‌اند و یک خوشه رویداد در یک طرف (سمت N) منطقه مدفون مشاهده می شود. نتایج آزمایش به‌دست‌آمده با سنسورهای 60 کیلوهرتز در شکل 12 مشخص است. 120 ضربه شناسایی شده‌است اما تنها یک رویداد در این مورد قابل مکان‌یابی است، که نشان‌دهنده قابلیت تشخیص بسیار کمتر در 60 کیلوهرتز است.

جدول 2 نتایج آزمایش برای همه لوله ها را نشان میدهد. تعداد سیگنال‌ها، تعداد رویدادها و نظرات در مورد محل منبع با شماره لوله و نوع سنسور فهرست شده‌است. توجه داشته باشید که اندازه گیری‌ها در محیط‌های بسیار پر سر و صدا برای لوله‌های شماره 12 تا 14 به دلیل نویز زیاد ناشی از نشت بخار انجام شده‌است.

شکل 11: نتایج آزمایش لوله 02 (با سنسور R3I).

جدول 2: خلاصه نتایج آزمون.

نتیجه گیری

از نتایج آزمون می‌توان نتایج زیر را به دست آورد:

1.  آزمایش‌های خوردگی در آزمایشگاه نشان داد که نمونه‌های فولادی با لایه اکسید ضخیم سیگنال‌های AE قوی با دامنه‌های بیش از 80 دسی‌بل در طول فرآیند خوردگی در آب نمک تولید می‌کنند. همچنین مشخص شد که سیگنال‌های با فرکانس پایین (20 تا 80 کیلوهرتز) عمدتاً در طول فرآیند تولید می‌شوند.
2.   آزمایش‌های انتشار موج با استفاده از لوله‌ ها در شرایط مختلف سطحی و مدفون نشان داد که محل منبع می‌تواند روی لوله مدفون پوشیده شده با لایه محافظ تا طول 4 متر اعمال شود.
3.  اندازه گیری AE برای 13 لوله در حال سرویس در یک پالایشگاه انجام شد و سودمندی بالقوه تکنیک AE را برای ارزیابی آسیب‌های خوردگی در لوله‌های مدفون نشان داد.

لوله های مدفون – ارزیابی خوردگی با آکوستیک امیشن