La fuga de flujo magnético ( TFI o tecnología de inspección de campo transversal) es unmétodo magnético de pruebas no destructivas que se utiliza para detectar corrosión y picaduras en estructuras de acero, más comúnmente tuberías y tanques de almacenamiento. El principio básico es quese utilizaun imán potentepara magnetizar el acero. En áreas donde hay corrosión o falta metal , el campo magnético"fugas" del acero. En una herramienta MFL (o fuga de flujo magnético), se coloca un detector magnético entre los polos del imán para detectar el campo de fuga. Los analistas interpretan el registro gráfico del campo de fugas para identificar las áreas dañadas y estimar la profundidad de la pérdida de metal.
Introducción al examen de tuberías
Existen muchos métodos para evaluar la integridad de una tubería . Las herramientas de inspección en línea (ILI) están diseñadas para viajar dentro de una tubería y recopilar datos a medida que avanzan. El tipo de ILI que nos interesa aquí, y el que se ha utilizado durante más tiempo para la inspección de tuberías, es la herramienta de inspección en línea de fugas de flujo magnético (MFL-ILI). Los MFL-ILI detectan y evalúan áreas donde la pared de la tubería puede resultar dañada por la corrosión. Las versiones más avanzadas se denominan "alta resolución" porque tienen una gran cantidad de sensores. Los MFL-ILI de alta resolución permiten una identificación más confiable y precisa de anomalías en una tubería, minimizando así la necesidad de costosas excavaciones de verificación (es decir, excavar la tubería para verificar cuál es el problema). La evaluación precisa de las anomalías de la tubería puede mejorar el proceso de toma de decisiones dentro de un Programa de Gestión de Integridad y los programas de excavación pueden luego enfocarse en las reparaciones necesarias en lugar de en la calibración o en las excavaciones exploratorias. Utilizar la información de una inspección MFL ILI no solo es rentable, sino que también puede resultar un componente extremadamente valioso de un Programa de Gestión de Integridad de Tuberías.
El suministro confiable y el transporte del producto de una manera segura y rentable es un objetivo principal de la mayoría de las empresas operativas de oleoductos y la gestión de la integridad del oleoducto es fundamental para mantener este objetivo. Los programas de inspección en línea son uno de los medios más efectivos para obtener datos que se pueden utilizar como base fundamental para un programa de gestión de integridad. Hay muchos tipos de herramientas de ILI que detectan varios defectos de canalización, pero las herramientas de MFL de alta resolución son cada vez más frecuentes a medida que sus aplicaciones superan a aquellas para las que fueron diseñadas originalmente. Diseñada originalmente para detectar áreas de pérdida de metal, la moderna herramienta MFL de alta resolución está demostrando ser capaz de evaluar con precisión la gravedad de las características de corrosión, definir abolladuras , arrugas , combaduras y, en algunos casos, grietas. Tener un dispositivo que pueda realizar tareas simultáneas de manera confiable es más eficiente y, en última instancia, brinda beneficios de ahorro de costos.
Herramientas de inspección de tuberías MFL
Antecedentes y origen del término "cerdo": en el campo, un dispositivo que viaja dentro de una tubería para limpiarlo o inspeccionarlo se conoce típicamente como cerdo. PIG es un acrónimo de "Pipeline Inspection Gauge". El acrónimo PIG surgió más tarde como el sobrenombre de "cerdo" que se originó en los cerdos de limpieza (cerdos diseñados por primera vez) que en realidad sonaban como cerdos chillando o chillando cuando pasaban por las líneas raspando, restregando y "exprimiendo" la superficie interna. El nombre sirve como jerga industrial común para todos los cerdos, tanto herramientas inteligentes como herramientas de limpieza. Los cerdos, para encajar dentro de la tubería, son cilíndricos y necesariamente cortos para poder sortear curvas en la tubería. Muchos otros objetos cilíndricos cortos, como los tanques de almacenamiento de propano, también se conocen como cerdos y es probable que el nombre provenga de la forma de los dispositivos. En algunos países, un cerdo se conoce como "Diablo", que se traduce literalmente como "el Diablo " en relación con el sonido estremecedor que haría la herramienta al pasar bajo los pies de las personas. Los cerdos están construidos para que coincidan con el diámetro de una tubería y utilizan el mismo producto que se lleva a los usuarios finales para transportarlos. Los cerdos se han utilizado en tuberías durante muchos años y tienen muchos usos. Algunos separan un producto de otro, otros limpian y otros inspeccionan. Una herramienta MFL se conoce como un cerdo de inspección "inteligente" o "inteligente" porque contiene componentes electrónicos y recopila datos en tiempo real mientras viaja a través de la tubería. La electrónica sofisticada a bordo permite que esta herramienta detecte con precisión características tan pequeñas como 1 mm por 1 mm, las dimensiones de la pared de una tubería, así como la profundidad o el grosor de la pared (ayuda a indicar una posible pérdida de pared).
Normalmente, una herramienta MFL consta de dos o más cuerpos. Un cuerpo es el magnetizador con los imanes y sensores y los otros cuerpos contienen la electrónica y las baterías . El cuerpo del magnetizador aloja los sensores que se encuentran entre potentes imanes de "tierras raras". Los imanes se montan entre las escobillas y el cuerpo de la herramienta para crear un circuito magnético junto con la pared de la tubería. A medida que la herramienta se desplaza por la tubería, los sensores detectan interrupciones en el circuito magnético. Las interrupciones son causadas típicamente por la pérdida de metal y que en la mayoría de los casos es corrosión y las dimensiones de la pérdida potencial de metal se denotan previamente como "característica". Otras características pueden ser defectos de fabricación y no corrosión real. La indicación de característica o "lectura" incluye su longitud por ancho por profundidad, así como la posición en punto de la anomalía / característica. También se pueden detectar daños mecánicos como, por ejemplo, ranuras en las palas. La pérdida de metal en un circuito magnético es análoga a una roca en un arroyo. El magnetismo necesita metal para fluir y, en ausencia de él, el flujo del magnetismo girará alrededor, arriba o abajo para mantener su camino relativo de un imán a otro, similar al flujo de agua alrededor de una roca en un arroyo. Los sensores detectan los cambios en el campo magnético en las tres direcciones (axial, radial o circunferencial) para caracterizar la anomalía. Los sensores suelen estar orientados axialmente, lo que limita los datos a condiciones axiales a lo largo de la tubería. Otros diseños de cerdos inteligentes pueden abordar otras lecturas de datos direccionales o tener funciones completamente diferentes a las de una herramienta MFL estándar. A menudo, un operador ejecutará una serie de herramientas de inspección para ayudar a verificar o confirmar las lecturas de MFL y viceversa. Una herramienta MFL puede tomar lecturas del sensor basadas en la distancia que recorre la herramienta o en incrementos de tiempo. La elección depende de muchos factores, como la duración del recorrido, la velocidad a la que la herramienta pretende viajar y la cantidad de paradas o interrupciones que puede experimentar la herramienta.
El segundo cuerpo se llama Electronics Can. Esta sección se puede dividir en varios cuerpos según el tamaño de la herramienta. Esto puede, como sugiere su nombre, contener la electrónica o "cerebros" del cerdo inteligente. La lata electrónica también contiene las baterías y, en algunos casos, es una IMU (Unidad de medición inercial) para vincular la información de ubicación a las coordenadas GPS. En la parte trasera de la herramienta hay ruedas de odómetro que viajan a lo largo del interior de la tubería para medir la distancia y la velocidad de la herramienta.
Principio MFL
A medida que una herramienta MFL navega por la tubería, se crea un circuito magnético entre la pared de la tubería y la herramienta. Los cepillos actúan típicamente como un transmisor de flujo magnético desde la herramienta hacia la pared de la tubería, y cuando los imanes se orientan en direcciones opuestas, se crea un flujo de flujo en un patrón elíptico. Las herramientas High Field MFL saturan la pared de la tubería con flujo magnético hasta que la pared de la tubería ya no puede contener más flujo. El flujo restante se escapa de la pared de la tubería y los cabezales sensores de efecto Hall triaxiales estratégicamente colocados pueden medir con precisión el vector tridimensional del campo de fuga.
Dado que la fuga de flujo magnético es una cantidad vectorial y que un sensor Hall solo puede medir en una dirección, se deben orientar tres sensores dentro de un cabezal sensor para medir con precisión los componentes axiales , radiales y circunferenciales de una señal MFL. El componente axial de la señal vectorial se mide mediante un sensor montado ortogonal al eje de la tubería, y el sensor radial se monta para medir la fuerza del flujo que se escapa de la tubería. La componente circunferencial de la señal vectorial se puede medir montando un sensor perpendicular a este campo. Las herramientas MFL anteriores registraban solo el componente axial, pero las herramientas de alta resolución generalmente miden los tres componentes. Para determinar si se está produciendo una pérdida de metal en la superficie interna o externa de una tubería, se utiliza un sensor de corriente de Foucault separado para indicar la ubicación de la anomalía en la superficie de la pared. La unidad de medida cuando se detecta una señal MFL es el gauss o el tesla y, en términos generales, cuanto mayor es el cambio en el campo magnético detectado, mayor es la anomalía.
Análisis de señales
El propósito principal de una herramienta MFL es detectar la corrosión en una tubería. Para predecir con mayor precisión las dimensiones (largo, ancho y profundidad) de una característica de corrosión, se realizan pruebas exhaustivas antes de que la herramienta ingrese a una tubería operativa. Utilizando una colección conocida de defectos medidos, las herramientas se pueden entrenar y probar para interpretar con precisión las señales MFL. Los defectos se pueden simular utilizando una variedad de métodos.
La creación y, por lo tanto, el conocimiento de las dimensiones reales de una característica hace que sea relativamente fácil hacer correlaciones simples de señales con anomalías reales encontradas en una tubería. Cuando las señales en una inspección de tubería real tienen características similares a las señales encontradas durante la prueba, es lógico suponer que las características serían similares. Los algoritmos y las redes neuronales diseñados para calcular las dimensiones de una característica de corrosión son complicados y, a menudo, son secretos comerciales muy bien guardados . A menudo, una anomalía se informa de forma simplificada como una característica cúbica con una longitud, anchura y profundidad estimadas. De esta manera, el área efectiva de pérdida de metal se puede calcular y utilizar en fórmulas reconocidas para predecir la presión de rotura estimada de la tubería debido a la anomalía detectada.
Otro factor importante en la mejora continua de los algoritmos de dimensionamiento es la retroalimentación de los clientes a los proveedores de ILI. Cada anomalía en una tubería es única y es imposible replicar en el taller lo que existe en todos los casos en el campo. Por lo general, existen líneas abiertas de comunicación entre las empresas de inspección y los operadores de la tubería en cuanto a lo que se informó y lo que realmente se observó visualmente en una excavación.
Después de una inspección, los datos recopilados se descargan y compilan para que un analista pueda interpretar con precisión las señales recopiladas. La mayoría de las empresas de inspección de tuberías tienen software patentado diseñado para ver los datos recopilados de sus propias herramientas. Los tres componentes del campo vectorial MFL se ven de forma independiente y colectiva para identificar y clasificar las características de corrosión. Las características de pérdida de metal tienen señales únicas que los analistas están capacitados para identificar.
Estimación de la tasa de crecimiento de la corrosión.
Las herramientas MFL de alta resolución recopilan datos aproximadamente cada 2 mm a lo largo del eje de una tubería y esta resolución superior permite un análisis completo de las señales recopiladas. Los programas de gestión de la integridad de las tuberías tienen intervalos específicos para inspeccionar los segmentos de las tuberías y, mediante el empleo de herramientas MFL de alta resolución, se puede realizar un análisis excepcional del crecimiento de la corrosión. Este tipo de análisis resulta extremadamente útil para pronosticar los intervalos de inspección.
Otras características que puede identificar una herramienta MFL
Aunque se utilizan principalmente para detectar la corrosión, las herramientas MFL también se pueden utilizar para detectar características para las que no fueron diseñadas originalmente para identificar. Cuando una herramienta MFL encuentra una deformidad geométrica como una abolladura, arruga o pandeo, se crea una señal muy distinta debido a la deformación plástica de la pared de la tubería.
Detección de grietas
Hay casos [ ¿dónde? ] donde se han encontrado grandes grietas orientadas no axiales en una tubería que fue inspeccionada por una herramienta de fuga de flujo magnético. Para un analista de datos MFL experimentado, una abolladura es fácilmente reconocible por la señal de "herradura" de marca registrada en el componente radial del campo vectorial. Lo que no es fácilmente identificable para una herramienta MFL es la firma que deja una grieta.
Referencias
- DUMALSKI, Scott, FENYVESI, Louis - Determinar el crecimiento de la corrosión de forma precisa y fiable
- MORRISON, Tom, MANGAT, Naurang, DESJARDINS, Guy, BHATIA, Arti - Validation of an In-Line Inspection Metal Loss Tool, presentado en la Conferencia Internacional de Oleoductos, Calgary, Alberta, Canadá, 2000
- NESTLEROTH, JB, BUBENIK, TA, - Tecnología de fuga de flujo magnético (MFL) - para el Instituto de Investigación de Gas - Centro Nacional de Información Técnica de los Estados Unidos 1999
- REMPEL, Raymond - Detección de anomalías usando tecnología de fuga de flujo magnético (MFL) - Presentado en la Conferencia y Exposición de Oleoductos de Rio, Rio de Janeiro, Brasil 2005
- WESTWOOD, Stephen, CHOLOWSKY, Sharon. - Sensores triaxiales y modelado magnético tridimensional de la cosechadora para mejorar el tamaño de los defectos de las señales de fuga de flujo magnético. presentado en NACE International, Conferencia Oeste del Área Norte, Victoria, Columbia Británica, Canadá 2004
- WESTWOOD, Stephen, CHOLOWSKY, Sharon. - Verificación experimental independiente de la precisión del dimensionamiento de las herramientas de fuga de flujo magnético, presentada en la 7ma Conferencia Internacional de Oleoductos, Puebla, México 2003
- AMOS, DM - "Fuga de flujo magnético aplicado a la inspección del piso del tanque de fondo plano del tanque de almacenamiento sobre el suelo", Evaluación de materiales , 54 (1996), p. 26
enlaces externos
- Tecnología de fuga de flujo magnético (MFL) para la inspección de tuberías de gas natural
- Introducción a la inspección de tuberías , incluido MFL
- Una comparación de la fuga de flujo magnético y los métodos ultrasónicos en la detección y medición de picaduras por corrosión en placas y tuberías ferrosas , John Drury
- Detección de daños mecánicos mediante la técnica de fuga de flujo magnético , L. Clapham, Queen's University, Canadá.
- Cómo funciona MFL Introducción y animación
MFL para tanques
- Inspección de flujo magnético de componentes de paredes gruesas
- Herramientas MFL y de corriente inducida pulsada (PEC) para la inspección de plantas
- Fuga de flujo magnético según se aplica a las inspecciones del piso del tanque
- Preguntas frecuentes de MFL (FAQ)
- Artículos técnicos sobre fugas de flujo magnético de John Drury y Silverwing