Metoda fal skierowanych

Metoda skierowanych fal - metoda kontroli ultradźwiękowej ciągłych obiektów. W zasadzie, przy kontroli wykorzystują fali skrętne o niskiej częstości. Dzięki właściwości tych fali ich szybkość grupową nie zależy od częstości (Rys.1), tzn., nie obserwuje się dyspersji, a niska częstość pozwala falom rozprzestrzeniać się na dużą odległość.

Rys.1. Zależność zasad prędkości fal od częstotliwości

Fale skrętne (torsional waves) były znane w latach 50-tych ubiegłego wieku, jednak możliwość zastosowania ultradźwięków o niskiej częstotliwości w celu monitorowania rozszerzonych przedmiotów, takich jak szyny, rury i pręty, pojawiły się dopiero w latach 80-tych, poprzez rozwój technologii komputerowej. Po raz pierwszy model matematyczny skierowanych fal do kontroli rurociągów przedstawił profesor Imperial college w wielkiej Brytanii Michael Cawley w 1986 roku i już za 10 lat wspólnie z dr Davidem Alleynem stworzyli pierwsze urządzenie do kontroli przewodów - Wavemaker SE16.

W 2004 roku firma Guided Ultrasonics Ltd wprowadziła nowe urządzenie Wavemaker G3, w dużej mierze wyprzedzającego swego poprzednika SE16.

Sp. z o.o. Społeczeństwo nadzoru technicznego «DIEKS» już od sierpnia 2005 roku pomyślnie stosuje Wavemaker G3 przy diagnozowaniu technicznym rurociągów różnego przepisania, a od sierpnia 2012 roku - najnowsze opracowanie kompanii Guided Ultrasonics Ltd - Wavemaker G4.

Metoda skierowanych fal zaprojektowane się w pierwszej kolejności dla kontroli trudnodostępnych działek rurociągów, takich jak przejścia do etui pod że/д i autostradami, podwodne przejścia, działki na wysokości, podziemią i w ścianach.

Metoda jest oparta na właściwości skierowanych fal rozprzestrzenią się na dużą odległość od miejsca ustawienia czujników i odbijać się od dowolnej przemiany placu poprzecznego przecięcia rury, takich jak korozyjne obrażenia, pęknięcia, lokalne i ciągłe defekty, a także konstruktywnych elementów rurociągu - spawalniczych szwów, odprowadzeń, wcinań, opór i tak dalej. Ta właściwość skierowanych fal pozwala nie tylko wyznaczyć lokalizację tych czy innych konstruktywnych elementów na trudnodostępnych działkach rurociągów, ale i wyznaczyć obecność defektów w spawalniczych szwach, pod oporami, na prostych działkach i ocenić ich potencjalne niebezpieczeństwo, co gra znaczną rolę przy przeprowadzeniu ekspertowej obserwacji. Stosując metodę skierowanych fal przy ekspertowej obserwacji, nasi fachowcy otrzymują pełną informację o stanie technicznym 100%  rurociągu, nie opierać się wyłącznie na danych z tradycyjnej kontroli selektywnej.

Na przykład, zgodnie z wymogami istniejącej normatywnej dokumentacji, wymiar grubości ścianki technologicznych rurociągów trzeba przeprowadzać w trzech przecięciach po 4 punkty na każde 20 metrów długości, co składa mniej 0,01% całkowitej długości rurociągu. Stosowanie metody skierowanych fal przy technicznym diagnozowaniu pozwala otrzymać informację o technicznym stanie 100% rurociągu.

Typowa konfiguracja do testowania rurociągu jest przedstawiony na rys. 2.

Rys. 2. Typowa konfiguracja do testowania rurociągu.

Przy przygotowaniu miejsca ustawienia bloku okrężnego przetworników należy pamiętać o kilku właściwościach, a mianowicie:

• wokół rury powinien być zabezpieczony wolny dostęp ( Rys.3);
• przy obecności równomiernego pokrycia farbą grubością do 2 mm, jego usunięcie nie jest konieczne, jednak w razie niezabarwionego rurociągu produkty korozji i reszty farby należy wydalić do metalowego blasku powierzchni rury;
• temperatura powierzchni rur o średnicy więcej 100 mm nie musi przekraczać 70º C, a o średnicy do 100 mm włącznie - 120º C, obecność płynu w środku nie ma żadnego wpływu na zakres kontroli, tzn. nie jest konieczne zwolnienie rurociągu od produktu.

Rys.3. Dostęp dla instalacji bloku przetwornic.

Średnia długość rur, która może być kontrolowana z jednej instalacji pierścieniowej bloku okrężnego (w dowolnym kierunku) w standardowych zakresach częstotliwości trybie, podano w Tabeli 1. Podane są również średnie wartości tłumienia.

Tabela 1

Umowa	Diapazon typowy	Zagasanie (dB/m)
Linia prosta, prosta opora, słaba korozja	50 – 200 m	0.8 – 0.8
Typowa czysta 30-roczna rura	20 – 50 m	2.0 – 0.8
Typowa 30-roczna rura z ogólną korozją	15 – 30 m	2.6 – 1.3
Rura z izolacją ekstrudowanej	10 – 20 m	4 – 2
W cienkim twardym podłożu bitumicznym	5 – 25 m	8 – 1.6
W grubym miękkim podłożu bitumicznym	2 – 8 m	20 – 5
Rura cementacyjna	10 – 30 m	4 – 0.75
Słabo przylegająca betonowa ściana	2 – 8 м	20 – 5
Szczelnie przylegająca betonowa ściana	1 – 2 м	40 – 20

Za pomocą metody skierowanych fal można wykryć następne defekty:

• korozję wewnętrzną;
• korozję zewnętrzną;
• niemetaliczne włączenia;
• defekty w połączeniach spawanych (brak fuzji, pęknięcia, przesuwania skraji, i tak dalej).

Przy użyciu metody skierowanych fal pojawia się szereg ważnych przewag:

• możliwość oceny stanu technicznego dziesiątków metrów rurociągu z jednego punktu włączając takie trudnodostępne działki, jak powierzchnia pod oporami, podwodne i podziemne działki, działki, rozmieszczone na wysokościni tak dalej, co oszczędza środki właściciela sprzętu na demontaż-montaż pokrycia izolacyjnego, ziemnych prac czy dołączenia spec. technika dla zabezpieczenia dostępu do powierzchni elementów rurociągu;
• możliwość rejestracji i późniejszego porównania dowolnych przemian powierzchni poprzecznego przecięcia rury, lącznie z monitoringom stanu trudnodostępnych działek z ujawnionymi defektami dla realnej oceny konieczności stosowania drogich środków po remoncie;
• możliwość podjęcia prac bez wyprowadzenia rurociągu z eksploatacji.

Przykład wykrywania korozji na dolnej części rurociągu pod oporą w rurociągu, umieszczonego na wiadukt. Prawdopodobieństwo wykrycia tego defektu za pomocą tradycyjnych metodów kontroli jest mniejsza niż 0,01%.

Właściwość	Miejsce rozmieszczenia	Wielkość (мВ)	Szacunkowa strata poprzecznego przecięcia,%	Długość	Klasa	Notatki
W3	3.94	1.4	-	80	Spoina	-
A1	8.15	0.122	3	25	Uszkodzenie, kategoria 1	Korozja pod oparciem w dolnej części rury
S3	9.04	0.223	-	60	Opora	-
W4	13.66	0.22	-	60	Spoina	-
S2	-1.26	0.213	-	70	Opora	-
W2	-6.85	0.658	-	70	Spoina	-
S1	-12.12	0.0598	-	70	Opora	-
W1	-14.21	0.584	-	60	Spoina	-

Przykład ujawnienia działki rurociągu z zastrzeżeniem ogólnej korozji i wymagającego bezzwłocznej zamiany.

Na terytorium naszego przedsiębiorstwa jest ustalone specjalne stoisko próbne-kalibracyjne  (rys. 4.), na którym specjaliści z metody skierowanych fal badają optymalne reżimy i konfiguracje sprzętu dla wyznaczenia tych czy innych rodzajów uszkodzeń. Tak samo stoisko wykorzystuje się dla przeprowadzenia zajęćz praktycznych wykładowcami Guided Ultrasonics Ltd.