Rightrax Korrosions- und Erosionsüberwachung mit Ultraschall

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1 DACH-Jahrestagung 2008 in St.Gallen - Mi.2.B.3 Rightrax Korrosions- und Erosionsüberwachung mit Ultraschall Werner ROYE, GE Inspection Technologies, Hürth Kurzfassung. Durch Korrosion und Erosion ist die Lebensdauer von Rohrleitungen und Behältern begrenzt. Um Schadensfälle zu vermeiden, ist eine regelmäßige Überwachung der Wanddicke erforderlich. Die übliche wiederkehrende manuelle Inspektion ist zeitaufwändig und weist relativ große Messwertstreubreiten auf. Bei der GE Rightrax-Technik werden permanent befestigte Schallwandler verwendet. Aufgrund der Fixposition wird die Meßgenauigkeit deutlich erhöht. Die Sensoren können in schwer zugänglichen Bereichen eingesetzt werden oder nach der Installation ummantelt werden, zum Beispiel mit Isolation oder Feuerschutz. Mit der Rightrax-Technologie werden Wanddickenmesswerte in einstellbaren Zeitabständen vollautomatisch ausgelesen und können per Funkmodem an eine Zentrale übertragen werden. Dadurch wird der Aufwand für Prüfpersonal komplett eliminiert. Mit der Software für die Korrosionsdatenanalyse lässt sich der zeitliche Verlauf der Wanddickenreduzierung erfassen und damit die Restlebensdauer bestimmen. Einführung Korrosion und Erosion basieren auf ungewollten chemischen, elektrochemischen und mechanischen Reaktionen, wodurch Wanddicken von Rohrleitungen und Kesselsystemen reduziert werden und damit zum Versagen führen. Aus diesem Grund ist eine wiederkehrende Prüfung unerlässlich. In vielen Fällen erfolgt die Wanddickenprüfung manuell. Zu diesem Zweck begibt sich der Prüfer an den Ort des Bauteils und misst manuell an definierten Punkten die Wanddicke mit einem geeigneten Ultraschallprüfkopf und Prüfgerät. Das ist zum einen zeitaufwändig und teuer und zum anderen können sich Messungenauigkeiten ergeben, wenn der Prüfkopf nicht extrem exakt auf jeweils die selbe Stelle aufgesetzt wird. Problematisch ist diese Prozedur in Gefahrenzonen oder auch auf unbemannten Offshore-Plattformen. Unter diesen Aspekten wurde das Rightrax-Verfahren entwickelt. Dabei werden Abb. 1: Der flexible Ultraschallsensor M2 permanent befestigte Schallwandler eingesetzt, die in einstellbaren Zeitintervallen die Messung durchführen. Die Ergebnisse werden per Servicekabel oder auch per Funk an eine Zentrale im sicheren Bereich übertragen und dort ausgewertet. 1

2 Mit einer speziell für diese Aufgabe entwickelten Software lassen sich Trends und die finale Lebensdauer exakt bestimmen. 1. Der Ultraschallsensor Der Ultraschallsensor besteht aus 14 Ko-Polymer-Schallwandlern, die auf einer flexiblen Leiterplatte angebracht sind, siehe Abbildung 1. Der flexible Schallwandlerstreifen wird mit einem doppelseitigen Klebeband auf dem Bauteil befestigt. Durch die Klebung ist gleichzeitig die akustische Ankopplung sichergestellt. Das Elektronik-Modul, links in Abbildung 1, beinhaltet einen Identifikations-Chip für die spätere eindeutige Zuordnung, einen Kalibrationsblock mit eigenem Ko-Polymer- Schallwandler, womit vor jeder Messung eine Systemkalibration vorgenommen wird, und einen Temperatursensor. Der Aufbau ist in Abbildung 2 schematisch dargestellt. Abb. 2: Aufbau des Sensors M2 2. Datenlogger und weitere Systemkomponenten Das Datenloggersystem DL1 liest die 14 Schallwandler eines Sensorstreifens nacheinander aus. Das Gerät steht in zwei Varianten zur Verfügung: Als portables Gerät, siehe Abbildung 3, und als festmontierbares Gerät für den Einsatz in Gefahrenzonen, Abbildung 4. 2

3 Abb. 3: Portabler Datenlogger DL1 Abb. 4: Geschützter Datenlogger DL1 Als weitere Systemkomponenten stehen zur Verfügung: Multiplexer zum Anschluss von 10 Sensoren (=140 Schallwandler) an den Datenlogger Systemtreiber für die DC-Spannnungsversorgung und Kommunikation mit dem Datenloggergerät und Multiplexer. Verstärkerbox für eine Kabelverlängerung bis 70 m zwischen Sensor(en) und Datalogger. Alle Komponenten sind bei Bedarf mit EX-geschützen Gehäusen lieferbar. 3. Messaufbau Die Sensoren sind im allgemeinen fest installiert. Sie können wahlweise mit dem portablen Datenlogger-Gerät ausgelesen werden oder mit einer stationären Anlage verbunden sein. Die erste Variante wird in Abbildung 5 vorgestellt. Dabei wird der Datenlogger direkt mit dem M2-Sensor verbunden. Über den Multiplexer lassen sich weitere Sensoren anschließen. Falls erforderlich, kann über die Verstärkerbox auch ein bis zu 70 m langes Verbindungskabel zwischengeschaltet sein. Über eine serielle Schnittstelle RS232 werden die Daten an einen Rechner übergeben und können dort mit Datenanalyse-Software weiterverarbeitet werden. Die zweite Variante gemäß Abbildung 6 beschreibt den stationären Messaufbau für Messungen in schwer zugänglichen oder gefährlichen Bereichen. Hier wird der Datenlogger (DL1-Box) über ein bis 260 m langes Servicekabel mit der Rechnerzentrale im sicheren Kontrollraum verbunden. Der Datentransfer kann auch über ein Radio-Modem an eine entfernte Zentrale erfolgen. 3

4 Abb. 5: Messaufbau für die manuelle Datenerfassung Abb. 6: Stationärer Messaufbau 4

5 4. Installationsbeispiele Im folgenden werden einige Anwendungsbeispiele vorgestellt: Abb. 7: M2-Installation an einer Unterwasser- Pipeline vor der Beschichtung Abb. 8: M2-Heiß-Installation 130 C vor dem Anbringen des Hitzeschildes Servicekabel Splitterbox Gehäuse für Datenlogger und Multiplexer M2-Sensoren Abb. 9: Rightrax-Installation an einem Rohrleitungssystem vor dem Anbringen der Isolierung 5

6 5. Datenerfassung und Auswertung Mit dem Datenlogger werden jeweils 14 Schallsignale von einem Sensorstreifen erfasst und als A-Bilder dargestellt, siehe Abbildung 10. Unterschreitet ein gemessener Wanddickenwert den eingestellten Mindestwert, dann wird für diese Stellen direkt ein Alarmsignal ausgegeben. Für die Auswertung der Abb. 10: Darstellung der Messergebnisse vom Datenlogger in Zeitintervallen erfassten Messwerte steht die Software CMDA (Corrosion Measurement Data Analysis) zur Verfügung. Damit werden zum Beispiel in der Map- View-Darstellung die zeitlich nacheinander erfassten Messwerte farbcodiert als contour map dargestellt, siehe Abbildung 11. Darin beschreibt die Ordinate die Messzeiten und die Abszisse die Reihe der Schallwandler auf dem Sensorträger. Im Diagramm unten ist der Wanddickenverlauf entlang der Wandlerreihe auf dem Sensor dargestellt und das Diagramm rechts beschreibt die Wanddickenabnahme über der Zeit. Damit lassen sich alle kontinuierlichen als auch plötzlich der Wanddickenwerte Abb. 11: MapView-Darstellung des zeitlichen Verlaufs neu auftretenden Veränderungen mit einem Blick erfassen. Darüberhinaus können Trends analysiert und auf der Basis der minimal zulässigen Wanddicke die Restlebensdauer berechnet werden. 6