Análise de viabilidade da técnica de vibro-acustografia para a avaliação da integridade de trechos de dutos metálicos utilizados na indústria de petróleo e gás

Abstract

A garantia da integridade estrutural na indústria de petróleo e gás é fundamental para assegurar a confiabilidade operacional e tipicamente é atingida com o uso de ensaios não destrutivos. No caso específico de dutos, a avaliação da integridade de sua superfície interna é normalmente realizada por meio da técnica de ultrassom pulso-eco, cujo desempenho pode ser prejudicado quando a superfície do objeto avaliado possui irregularidades, como em casos de dutos com corrosão. Dentro desse contexto, este trabalho de doutorado apresenta os resultados de uma análise de viabilidade da técnica de ultrassom de vibro-acustografia para avaliação da integridade de trechos de dutos metálicos utilizados na indústria de petróleo e gás, comparando seus resultados com os da tradicional técnica de ultrassom pulso-eco. Com esse propósito, foi verificada a capacidade das referidas técnicas de ultrassom por meio de avaliações qualitativas e quantitativas de descontinuidades com características geométricas bem definidas, as quais foram usinadas na superfície interna de uma peça metálica. Os resultados alcançados na análise qualitativa mostram que, a partir das imagens geradas por ambas as técnicas, foi possível detectar todas as descontinuidades presentes na superfície interna da peça metálica. Quanto à análise quantitativa, os diâmetros das cavidades presentes nas imagens produzidas pelas técnicas de vibro-acustografia e pulso-eco foram definidos e, posteriormente, comparados aos seus respectivos valores medidos por um micrômetro. Analisando os desvios calculados, pode-se afirmar que a vibro-acustografia apresentou um desempenho satisfatório para a caracterização desse tipo de descontinuidade, obtendo erros em torno de 0,18 mm quando cavidades do tipo passante foram avaliadas. Além disso, o emprego de ferramentas de fusão de imagens possibilitou combinar os dados de ambas as técnicas de ultrassom, na tentativa de agregar as suas contribuições e superar as limitações apresentadas. A partir de uma das abordagens de fusão utilizadas neste trabalho, foi possível obter erros com pelo menos a metade da magnitude dos observados para as técnicas pulso-eco e de vibro-acustografia tomadas de forma isolada, proporcionando resultados promissores para o aprimoramento da avaliação da integridade de dutos metálicos.

Abstract: The assurance of the structural integrity in the oil and gas industry is an essential measure to ensure operational reliability, which can be achieved by using nondestructive tests. Although the pulse-echo ultrasonic technique is commonly applied for the assessment of pipeline integrity, its performance can be affected by the surface conditions of the structure under inspection. Within this context, this work presents the results of a feasibility analysis of the vibroacustography technique for the inspection of sections of metal pipelines by comparing its performance with the one of conventional pulse-echo technique. With this purpose, the performances of both techniques were evaluated by means of a quality assessment and a quantitative analysis of discontinuities with known geometry, which were artificially inserted on a metal specimen surface. The results obtained in the quality assessment show that vibroacoustography and pulse-echo techniques were able to detect all discontinuities on the specimen surface. Regarding the quantitative analysis, the diameters of the cavities presented in the vibroacustography and pulse-echo images were first defined and then compared to the conventional true values of the discontinuity dimensions. It is shown that vibroacustography presented a satisfactory performance for the characterization of this type of discontinuity, obtaining errors of about 0.2 mm when through hole cavities were evaluated. In addition, the use of image fusion tools for merging pulse-echo and vibroacoustography data have shown promising results to the improvement of metal pipelines integrity evaluation. Applying one of the fusion approaches used in this work, it was possible to obtain an error with at least half the magnitude observed for pulse-echo and vibroacustography techniques when considered in isolation.