1. Principe de détection des défauts de pliage des tubes en acier sans soudure
Lorsque le tube d'acier de la ligne de détection traverse à grande vitesse la zone de mesure d'épaisseur de paroi, en suivant son axe, le coupleur hydraulique en rotation autour du tube génère une colonne d'eau à pression constante qui pulvérise sur le tube. Le signal ultrasonore, perpendiculaire à l'axe du tube et émis par la sonde ultrasonore en rotation, est couplé au tube par cette colonne d'eau. Les ondes d'interface et de fond, formées lors du passage du signal ultrasonore à travers les surfaces interne et externe du tube, sont couplées à la sonde par cette même colonne d'eau. La sonde convertit ces ondes en un signal électrique. Après traitement, analyse et calcul, une courbe numérique représentant l'épaisseur de la paroi du tube est générée. Lorsque le signal ultrasonore rencontre un pli ou un autre défaut dans la paroi du tube, un signal de défaut spécifique se forme entre l'onde d'interface et l'onde de fond, et la largeur de son impulsion varie significativement. La taille et l'étendue du défaut sont ainsi indiquées sur la courbe.
2. Technologie de mesure d'épaisseur par ultrasons couplée à un jet d'eau à haute énergie multi-sondes
La technologie et le dispositif de détection décrits ci-dessus ne conviennent qu'à l'inspection à haute vitesse de canalisations à surface lisse. Or, l'état de surface des canalisations en acier à inspecter est généralement médiocre. Nombre d'entre elles sont réutilisées, rouillées et présentent des piqûres. Certaines sont également polluées par des hydrocarbures, etc., ce qui atténue le signal ultrasonore à leur surface. L'onde d'interface et l'onde de fond sont alors très faibles, rendant difficile la formation d'une impulsion d'épaisseur stable. Certaines canalisations sont même équipées de raccords, ce qui rend le parcours de l'inspection irrégulier et compromet fortement la qualité du contrôle.
Le « dispositif de mesure d’épaisseur par ultrasons couplé à un jet d’eau à haute énergie multi-sondes » utilise principalement les technologies suivantes pour résoudre ces problèmes :
(1) Adopter une « plaquette de titanate de baryum » avec une résistance à la pression de 1500 V p2p et une sonde ultrasonique focalisée de 10 MHz pour améliorer l’énergie des signaux ultrasoniques ;
(2) Adopter un circuit d'excitation à haute énergie avec des caractéristiques de fonction d'impact pour stimuler la sonde afin de générer des ultrasons à haute énergie ;
(3) Technologie de mesure d'épaisseur ultrasonique multicanaux et circuit d'élargissement linéaire d'impulsion d'épaisseur pour améliorer la vitesse et la précision de détection ;
(4) Technologie de transmission de signaux multicanaux « multiplexage temporel, échantillonnage à haute vitesse » pour transmettre de manière fiable des signaux d’épaisseur multicanaux ;
(5) Le logiciel informatique élimine l'influence de l'instabilité du signal ultrasonique sur les résultats de détection, affiche les résultats de détection sous forme de chiffres et de courbes, et marque l'emplacement du défaut ;
(6) Dispositif de couplage d'eau à pression et température constantes pour améliorer la fiabilité du couplage de la colonne d'eau pulvérisée aux signaux ultrasoniques ;
(7) Mécanisme de positionnement et d'entraînement précis pour garantir que le tuyau en acier traverse la sonde strictement le long de son axe dans la zone de détection, surmonter le problème de fonctionnement cahoteux causé par le couplage du tuyau en acier afin que chaque sonde maintienne une distance de couplage verticale et constante avec la paroi extérieure du tuyau en acier.
3. Résultats expérimentaux
La sensibilité de la sonde à plaquette en « titanate de baryum » peut être augmentée de 10 dB ; la plaquette est équipée d'une lentille de focalisation acoustique concave pour former une sonde à focalisation ponctuelle avec une distance focale de 15 mm et une distance de couplage de la colonne d'eau de 12 mm, de sorte que le foyer de chaque sonde tombe au milieu de la paroi du tuyau en acier, réduisant efficacement l'effet de diffusion de la corrosion de surface du tuyau de production pétrolière et empêchant le couplage du tuyau en acier (épaisseur de 6 à 8 mm) d'endommager la sonde ; la « triode à avalanche » est composée d'un circuit d'excitation haute énergie de 6 ns avec une caractéristique de fonction d'impact et une amplitude de Vp2p = 1000, qui excite la sonde ultrasonore pour générer un signal ultrasonore haute énergie, de sorte que le rapport signal/bruit de l'onde de surface et de l'onde de fond atteint plus de 20 dB ; Lorsque la sonde tourne à 240 tr/min, l'impulsion d'épaisseur de paroi à la surface du tube en acier est stable et les données relatives aux irrégularités de la circonférence sont affichées avec une précision de 0,05 mm. Simultanément, lorsque le tube en acier traverse la zone de détection à une vitesse de 15 mm/s, chaque sonde effectue un balayage en spirale avec un pas de 15,625 mm, et les 4 sondes détectent 2 400 points par seconde. La distance entre les points est de 0,16 mm et la précision de la mesure de l'épaisseur de paroi est d'au moins ± 0,1 mm.
4. Le dispositif de mesure d'épaisseur par ultrasons à sonde rotative pour canal se compose d'un coupleur d'eau et de quatre sondes à ultrasons disposées à 90° les unes des autres et strictement perpendiculaires à l'axe du tube en acier. Le réservoir d'eau suspendu, à niveau d'eau constant (6 m), et l'eau de couplage à température constante de 40 °C garantissent une pression homogène et un couplage fiable des colonnes d'eau pulvérisées sur les quatre sondes, éliminant ainsi l'influence des bulles. La colonne d'eau, perpendiculaire à l'axe du tube de production pétrolière, assure un couplage fiable du signal ultrasonore entre la sonde et le corps du tube.
Le circuit d'étirement linéaire des impulsions d'épaisseur, composé de sources de courant constant, étire chaque impulsion d'épaisseur de 2 µs par un facteur 20, pour atteindre 40 µs, améliorant ainsi la précision de la détection d'épaisseur et réduisant l'erreur d'échantillonnage. Le circuit de multiplexage temporel à échantillonnage haute vitesse échantillonne des impulsions de 4 largeurs à une fréquence de 2,5 MHz et les fusionne en un seul canal. Ce canal est transmis par un collecteur tournant, puis multiplexé de manière synchrone pour séparer plusieurs signaux. La distorsion du signal est inférieure ou égale à 1 %.
Les interférences dues aux images parasites affectent les résultats de la détection. L'onde de fond du tube d'acier est faible, ce qui favorise la formation d'impulsions d'images parasites instables et très épaisses ; les oscillations de l'onde de surface peuvent également générer des impulsions d'images parasites très fines ; et les défauts de pliage produisent généralement des dizaines d'impulsions continues correspondant à la profondeur de pliage. Un logiciel d'analyse informatique permet de distinguer l'épaisseur de la paroi, les pliages et les interférences dues aux images parasites, et d'afficher des données et des courbes stables.
4. Résultats des tests
Sur la ligne de contrôle des défauts des canalisations en acier, ces dernières ont d'abord été testées par détection magnétique de fuites, puis par mesure rapide de l'épaisseur de paroi à l'aide d'une sonde rotative à quatre canaux avec jet d'eau. Les canalisations présentant des défauts de pliage ont ainsi été éliminées. Lors du test de pression d'eau ultérieur, aucune rupture n'a été constatée sur les canalisations présentant ces défauts.
Date de publication : 11 novembre 2024