소개
심해 석유 시추 또는 고압 액체 이송과 같이은 부식이 일어나기 쉬운 유도 환경이나 까다로운 조건에서는 매우 두꺼운 벽 두께(WT) 또는 높은 WT/지름 비율의 파이프가 필요합니다. 이러한 파이프는, 사용되는 상황으로 인해 매우 얇은 벽의 파이프와 마찬가지로 품질 관리를 하기 위한 믿을 수 있는 고품질 검사 방법도 필요합니다.
유정용 강관(Oil Country Tubular Goods, OCTG) 및 해상 시추 시장에서 경쟁력을 유지하기 위해 튜브 제조업체들은 높은 수준의 생산력을 유지하면서 후육 튜브 품질을 관리할 수 있어야 합니다. 이 애플리케이션 노트는 이러한 요구사항을 충족하는 벽이 두껍고 WT/지름 비율이 높은 튜브에 대한 자동 검사 솔루션을 제시합니다.
그림 1: 후육강관
벽이 매우 두꺼운 파이프 검사를 위한 UT 활용 과제
두꺼운 벽의 파이프에 대해 표준 초음파 검사 방법은 때때로 효과적이지 않고 비효율적입니다. 어떤 경우에는 내경(ID) 벽 스킵이 특히 긴 소리 경로를 만들어, 신호 대 잡음비(SNR)를 낮추게 됩니다(그림 2 참조). 반대로, 파이프의 WT/지름 비율이 너무 높아 내경 반사가 발생하지 않을 때는 UT 검사도 수행하기 어렵습니다(그림 3 참조). 때때로 더 낮은 프로브 각도를 사용할 수도 있지만, 파이프 WT 또는 비율이 특정 값보다 높을 때는 이 솔루션에 한계가 있습니다. 두꺼운 파이프 벽 때문에 긴 물기둥이 필요한데, 이는 전체 소리 이동 경로를 더 길게 만듭니다. 표준 내경 반사법을 사용할 때 길어진 소리 경로는 검사 품질에 영향을 미치고 검사 속도를 늦춰, 생산성이 감소합니다.
그림 2: 후육강관 내 내경 스킵이 있는 긴 초음파 소리 경로
그림 3: 높은 비율의 두꺼운 벽 파이프에는 초음파 빔의 내부 반사 없음
위상 배열 초음파 검사(Phased Array Ultrasonic Testing, PAUT)를 사용한 두꺼운 파이프용 회전관 검사 솔루션
50.8mm(2인치) 이상의 파이프 벽 두께에는 이 회전관 검사 솔루션이 워터 웨지 내부에서 서로 다른 각도로 설정된 두 개의 프로브를 사용하여 종방향 내경 및 외경 노치 결함을 감지합니다.
- 8도 입사각은 내경 탐지에 사용됩니다.
- 외경 결함에는 외부 벽으로 직통로를 만드는 25도 입사각이 사용됩니다.
두 개의 워터 웨지를 사용하여 다음 각 결함의 양쪽을 검사합니다.
- 첫 번째 웨지는 내경 결함을 시계방향으로 검사하고, 외경 결함을 시계 반대 방향으로 검사합니다.
- 두 번째 워터 웨지의 경우에는 외경 결함을 시계 방향으로 검사하고 내경 결함을 시계 반대 방향으로 검사합니다.
이 구성은 결함에 더 직접적인 소리 경로를 제공하여, 50mm~75mm(1.96인치~2.95인치)의 파이프 벽 두께의 경우 물기둥을 60mm(2.36인치)로 줄일 수 있도록 합니다.
결과
결함에 대한 직통로는 초음파 이동 거리를 줄이고 두꺼운 벽 파이프의 종방향 결함에 대한 검출 확률(POD)을 높이는 데 도움이 됩니다. 높은 WT/지름 비율 파이프의 경우, 이 기술은 효율적인 내경 반사를 만드는 어려움을 해결하여 외경 결함을 탐지할 수 있습니다.
그림 5와 그림 6은 파이프 스캔 예를 보여줍니다. (위에 있는) 스크롤 보기에서 x 축은 파이프 축 길이를 나타내고 y 축은 내경 및 외경 결함에 대한 검출 진폭을 나타냅니다. 스크롤 보기 아래의 매핑 보기에서도 파이프 주변에 대한 전체 2D 결과를 보여줍니다. 아래 예제의 파이프 WT는 75mm(2.95인치)이고 SNR은 내경 노치와 외경 노치 각각에 대해 약 15dB과 22dB입니다.
그림 5: 종방향 내경 결함에 대한 검사 결과
그림 6: 종방향 외경 결함에 대한 검사 결과
이 두꺼운 벽 파이프 솔루션의 결론과 주요 이점
매우 두꺼운 벽의 파이프나 높은 WT 대 지름 비율 파이프인 경우, 이 단순 위상 배열(PA) 솔루션을 사용하여 내경 및 외경 표면의 종방향성 결함을 확실하게 검사할 수 있습니다. 내경 및 외경 결함을 감지하는 데 더 짧은 소리 경로와 전용 검사를 사용할 경우에는 반복성과 SNR이 손상되지 않습니다.
당사는 비율이 30% 이상이고 두께가 75mm(2.95인치)인 파이프에 이 방법의 타당성을 테스트하고 검증하여, 이전에는 너무 어렵고 힘들다고 간주되었던 광범위한 파이프 검사로 초음파 검사 기능을 확장했습니다. 두꺼운 벽의 파이프 검사 솔루션이 필요한 제조업체는 이 방법을 구현하여 품질 관리의 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
