Kỹ thuật Chime/SRUT trong kiểm tra vị trí ăn mòn dưới giá đỡ

Kiểm tra siêu âm phạm vi ngắn còn được gọi là CHIME/SRUT hay SRGW là một trong những phương pháp kiểm tra siêu âm trong đó sóng siêu âm được truyền dưới dạng sóng dẫn hướng sử dụng đầu dò siêu âm đặc biệt. Khi sóng laminar chạm vào các mặt phân cách hay bất liên tục, chuyển đổi dạng sóng và sự phản xạ của sóng được phát hiện bởi đầu dò đặt theo chế độ Phát-Thu.

Tổng quan kỹ thuật siêu âm CHIME/SRUT

Kỹ thuật kiểm tra sàng lọc để kiểm tra đường ống tại các cơ sở hoặc nhà máy, là một yêu cầu cấp thiết khi khai thác và vận hành. Một kỹ thuật siêu âm mới là CHIME đã được phát triển để đáp ứng nhu cầu này và được mô tả trong bài viết này. Siêu âm được hướng vào mẫu ở góc tới hạn và hai đầu dò đóng vai trò phát và thu. CHIME là một kỹ thuật sàng lọc tầm trung, cung cấp phạm vi kiểm tra nằm giữa hai đầu dò cách nhau một khoảng cách lên đến một mét hoặc hơn. Kỹ thuật này đã chứng minh độ nhạy đối với ăn mòn hoặc nứt trên một phạm vi độ dày của thành ống và đã được chứng minh thành công trên các mẫu ống bị ăn mòn, trong các thử nghiệm thực địa.

Giới thiệu về phương pháp kiểm tra CHIME/SRUT/SRGW

Các phương pháp siêu âm thông thường để kiểm tra các khu vực rộng lớn, chẳng hạn như tàu hoặc đường ống dài, thường tốn nhiều thời gian và chi phí. Việc kiểm tra độ dày chia lưới, mã hóa bản đồ ăn mòn hoặc kiểm tra từng điểm được thực hiện để tạo thành hình ảnh quét C của vùng được kiểm tra. Ngoài ra, các khu vực không thể tiếp cận như đường ống trên giá đỡ ống hoặc dưới gá kẹp thường không thể được kiểm tra bằng các phương pháp thông thường này. Đối với các ứng dụng này, các kỹ thuật sàng lọc tầm xa và tầm trung có những lợi thế đáng kể so với các kỹ thuật thông thường, đặc biệt là nếu có thể quét nhanh các khu vực rộng vào các vị trí không thể tiếp cận trong kiểm tra siêu âm thông thường.

Các hệ thống siêu âm sóng có dẫn hướng như LRUT sử dụng, ví dụ như sóng Lamb, đang được phát triển để kiểm tra tầm xa [1,2]. Các chế độ kiểm tra hữu ích nhất cần có bước sóng phù hợp với kích thước của độ dày tấm. Những tần số tương đối thấp này giúp thực hiện phạm vi kiểm tra dài nhưng chắc chắn sẽ gây ra độ phân giải thấp. Ở tần số cao, nhiều sóng hài được tạo ra và âm thanh khuếch tán khiến việc giải thích các tín hiệu trở nên phức tạp.

Một kỹ thuật kiểm tra siêu âm mới được mô tả đã được phát triển bởi Harwell Offshore Inspection R&D Service (HOIS) [3]. Kỹ thuật này sử dụng các sóng âm Creeping (hoặc sóng mặt – Lateral wave) và sóng Head trong kim loại có vách song song hoặc gần song song. Kỹ thuật này được đặt tên là CHIME (Creeping/Head wave Inspection MEthod) [4]. Sóng creeping hay sóng mặt hay chính xác hơn là sóng dọc lan truyền gần bề mặt. Vì sóng mặt được tạo bởi đầu dò ở góc tới hạn thường được gọi là sóng Creeping, chúng ta sẽ tiếp tục sử dụng tên này.

Khái nhiệm về CHIME/SRUT

Sóng mặt có thể được tạo ra ở bề mặt của mẫu bằng cách sử dụng đầu dò đặt ở góc tới hạn. Sóng Creeping tiếp tục tạo ra một sóng biến đổi truyền vào vật liệu và thường được gọi là sóng Head (Xem Hình 1). Trong một tấm kim loại có hai bề mặt sóng song, sóng Head sẽ tạo ra một sóng Creeping khác ở bề mặt đối diện (sóng Creeping thứ cấp), tiếp đó sóng Creeping lan truyền dọc theo mỗi bề mặt và lại tạo ra sóng Head. Sóng Head truyền đi dưới dạng mặt sóng phẳng ở một góc cụ thể, chính là góc tới hạn của sóng ngang trong vật liệu.

Kỹ thuật kiểm tra CHIME/SRUT

Các sóng Creeping và Head có thể được tạo ra bằng cách sử dụng đầu dò siêu âm gắn trên nêm. Nêm được chế tạo với góc để tạo ra sóng ngang trong vật liệu có vách song song ở góc tới hạn (Hình 2). Thiết bị siêu âm phát xung siêu âm tạo ra sóng Creeping lan truyền dọc theo cả hai bề mặt và sóng Head được tạo ra theo ở dọc bề mặt. Nếu đầu dò thu được đặt trên mẫu ở khoảng cách xa (thông thường lên đến 1m) thì sẽ có nhiều tín hiệu được thu nhận và toàn bộ mẫu nằm giữa đầu dò được kiểm tra (Hình 2). Tín hiệu thu được là một loạt các đỉnh được tạo thành từ sóng Creeping trực tiếp, đến sau đó là tín hiệu đã thực hiện Full-skip trên tấm dưới dạng sóng Head và truyền đi dưới dạng sóng Creeping. Sau đó, một tín hiệu sau 2 lần Full-Skip dưới dạng sóng Creeping và cứ như vậy lên đến số lần skip tối đa. Đối với mỗi đỉnh xung liên tiếp, độ dài đường truyền của sóng Creeping sẽ bị giảm. Lưu ý rằng vị trí xung sau mỗi 1 skip trên ống sẽ thu được tín hiệu liên tục và tạo thành các đường thẳng. Ngoài các sóng Creeping và Head, cũng sẽ có các sóng được tạo ra bên dưới hoặc bên trên góc tới hạn do sự phân kỳ chùm tia trên một đầu dò đặc trưng bởi kích thước rộng của mỗi đầu dò đó (Hình 1). Các tổ hợp sóng Creeping / Head đầu tiên thường yếu, tuy nhiên các sóng có hướng truyền theo các đường truyền trực tiếp hơn tới đầu dò thu kết hợp với một số tín hiệu sóng Head / Creeping sẽ tạo ra sóng phản hồi cực đại gần nửa đầu của dải đo (Hình 2). Sóng Head là sóng phẳng không phân kỳ do đó chúng ít bị suy giảm và cho thấy các cực đại mạnh ở nửa sau của dải đo.

Cách các sóng cung cấp sự âm hóa hoàn toàn (isonification) của tấm hoặc ống cùng với độ suy hao thấp cho phép các đầu dò truyền và nhận được có tín hiệu tốt hơn so với kiểm tra sóng Creeping truyền thống. Độ phủ theo chiều dày hoàn chỉnh đạt được cho độ dày lên đến 40mm ở tần số hoạt động tiêu chuẩn và chiều dài dải kiểm tra (khoảng cách giữa hai đầu dò) có thể lên tới 1m.

Thông tin thu được từ các phản hồi tới đầu dò thu sẽ hiển thị tín hiệu đặc trưng và có thể cung cấp thông tin về độ dày của mẫu hoặc về bất kỳ khuyết tật nào làm thay đổi độ dày. Các khuyết tật do ăn mòn hoặc nứt ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu và thời gian đến các đỉnh tín hiệu (Hình 2) và không phụ thuộc vào vị trí của chúng giữa đầu dò phát và đầu dò thu. Khiếm khuyết cũng có thể phản ánh các đường tín hiệu và những phản xạ này có thể được kiểm tra lại theo chế độ xung-vọng, đặc biệt là trong việc phát hiện vết nứt.

Đầu dò nhận được cả các sóng bulk waves lan truyền tới trước, và sau đó là các sóng creeping và head waves theo sau. Khi có sự xuất hiện của các khuyết tật, sóng creeping sẽ bị chặn cũng như sóng head wave, do vậy, tín hiệu thu nhận được sẽ gồm 2 phần.

Khi kiểm tra ăn mòn dưới giá đỡ, kỹ thuật CHIME/SRUT với đầu dò được đặt ở hai phía của vị trí cần kiểm tra, và một khoảng đường kính cần được làm sạch các lớp sơn phủ (khoảng 60mm mỗi bên) là cần thiết để bố trí đầu dò. Kiểm tra có thể thực hiện được khi nhà máy đang hoạt động. Các vòng đỡ bên dưới bình chứa cũng có thể sử dụng phương pháp này để kiểm tra.

Cài đặt kỹ thuật CHIME/SRUT trên thiết bị OmniScan MX2

Các cài đặt kiểm tra CHIME sẽ được thực hiện trên thiết bị Omniscan MX2 (MXU 4.4). với các thông số như sau:

• Thiết bị Omniscan được sử dụng với kênh UT truyền thống, ở chế độ Phát-Thu độc lập.
• Năng lượng xung phát đặt ở 340V.
• Chế độ trung bình hóa tín hiệu A-scan có thể đặt 4, 8 hoặc cao hơn.
• CHIME là kỹ thuật Thu-Phát, trong đó hầu hết các thông số được sử dụng như ToFD, ngoại trừ khoảng cách đầu dò PCS được đặt xa và đầu dò và nêm được chọn để cho sóng bulk, creeping và head.
• Video filter tắt
• Filter để ở chế độ tắt
• Chế độ đầu dò đặt ở 0 độ, với đầu dò Phát và Thu đặt đối diện nhau và cách nhau 250mm hoặc lớn hơn.

Kết quả thu nhận được thể hiện ở màn hình Omniscan theo chế độ B-Scan, giúp dễ dàng quan sát khi tín hiệu head wave suy giảm. Việc phát hiện có thể được thực hiện nhưng các đánh giá định lượng trên khuyết tật không đơn giản.

Thảo luận và kết luận

CHIME là một kỹ thuật mới chủ yếu để sàng lọc/khảo sát nhanh và đánh dấu các khuyết tật trong đường ống hoặc tấm. CHIME là kỹ thuật truyền siêu âm giữa hai đầu dò đặt cách nhau một khoảng cách (tối đa 1m) song song (hoặc gần song song). Âm thanh truyền đi như bao gồm sóng Creeping dọc theo các bề mặt và sóng Head phản xạ giữa các bề mặt.

Các thông số kỹ thuật chính của kỹ thuật kiểm tra:

• Kiểm tra toàn bộ 100% chiều dày giữa hai đầu dò cách nhau tới một mét.
• Đầu dò lớn cho phép sàng lọc diện tích lớn nhanh chóng và kiểm tra đường ống theo chu vi.
• Quét toàn bộ ống khi tỷ lệ bên đường kính ngoài / bên trong không vượt quá giá trị 1,2.
• Đo độ dày của thành ống trong các khu vực ăn mòn.
• Kiểm tra được chiều dày lên tới 40mm.
• Sự thay đổi tín hiệu không tỷ lệ thuận với độ dày vật liệu lại nhưng việc mất tín hiệu có thể cung cấp một số thông tin về mức độ nghiêm trọng của khuyết tật.
• Bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện bề mặt và điều kiện lớp phủ.
• Một số ứng dụng đã được thực hiện, bao gồm kiểm tra các khu vực không thể tiếp cận như giá đỡ, đai bọc đường ống, tà vẹt, kẹp riser, đường ống dài, đường ống trong sàn bể và đường ống có khả năng tiếp cận hạn chế như ống bị chôn một nửa.

Nhược điểm của phương pháp CHIME/SRUT

• Chỉ có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp
• Đánh giá độ dày còn lại tương đối khó khăn và có sai số lớn cỡ ±10% so với siêu âm truyền thống.
• Dù SRUT có thể phát hiện được các khuyết tật cả phía bên ngoài và bên trong ống, vị trí chính xác của khuyết tật lại không thể đánh giá ngay được.
• SRUT chỉ có thể thực hiện tốt cho dải chiều dày từ 6 tới 25mm.