Non-Destructive Inspection of Polymer Composite Pipelines

Abstract

Rør laget av fiberforsterket komposittplast (FRP) har potensial til å erstatte metalliske i olje- og gassindustrien, grunnet deres fordelaktige egenskaper som lav vekt, høy styrke og motstand mot korrosjon. En stor hindringen for implementasjon i områder med høye krav til sikkerhet er mangelen på system for integritetsstyring av denne typen rør (PIMS), inkludert pålitelige ikke-destruktive inspeksjonsmetoder (NDT). Det videre arbeidet har til hensikt og evaluerer ikke-destruktive inspeksjonsmetoder (NDT) for å oppdage kritiske feilmekanismer i tykke komposittmaterialer, med fokus på digital bildekorrelasjon (DIC) ultralydinspeksjon (UT).

Todimensjonal bildekorrelasjon (2D-DIC) i kombinasjon med lav strekkbelastning og puls-ekko ultralydtesting har blitt benyttet for å inspisere 21.5 mm tykke prøver laget av glassfiberforsterket epoxylaminat med flate hull (FBH) og fabrikerte delamineringer laget av folie av PTFE Teflon. Prober med tre ulike frekvenser, 5 MHz, 2.25 MHz og 0.5 MHz, ble benyttet til ultralydprøvingen. Feilene ble introdusert på ulike dybder gjennom laminatet fra 10.7 mm til 20.0 mm fra den inspiserte overflaten. Det ble funnet at DIC kunne detektere alle flate hull og delamineringer posisjonert 13.8 mm fra den insipserte overlfaten ved evaluering av strekktøyningsfeltet på ved 0.4% strekktøyning. Ved sammenligning, kunne alle feiliene bli oppdaget med UT ved alle de tre frekensene benyttet, der den laveste forsterkningen av mottakersignalet kunne benyttes ved 2.25 MHz .

Videre ble ulike UT teknikker for inspeksjon av runde geometrier utforsket. Rør laget av polyetylene- og fiberforsterket polytelyene, med flate hull i ulike størrelser, har blitt inspisert ved kontakttesting med og uten bruk av konturformet kile, og med testing av prøver nedsenket i vann. De benyttede metodene la til rette for god kontakt mellom transduser og prøvstykke slik at hull drillet i rørprøvene kunne bli oppdaget.

Fibre-reinforced polymer (FRP) composite pipes have the potential to replace metal pipes in the offshore oil and gas industry due to their advantageous properties such as light weight, high strength and corrosion resistance. However, a main bottleneck for their implementation in safety-critical areas is the lack of integrity management systems, including reliable non-destructive test (NDT) methods. The following aims to evaluate NDT methods for detecting critical failure mechanisms in thick composite materials, focusing on digital image correlation (DIC) and ultrasonic testing (UT).

Two-dimensional digital image correlation (2D-DIC) in combination with low tensile load and ultrasonic pulse echo testing has been used to inspect 21.5 mm thick glass fibre reinforced epoxy laminate specimens containing flat bottom holes (FBH) and fabricated delaminations made of PTFE Teflon film. Three different frequency transducers, 5 MHz, 2.25 MHz and 0.5 MHz, were used for the ultrasonic inspection. The defects were introduced at different depths throughout the laminate ranging from 10.7 mm to 20.0 mm from the inspected surface. It was found that DIC could detect all FBH and delaminations up to 13.8 mm from the inspected surface by evaluating the tensile strain field at a strain level of 0.4% average tensile strain. Comparably, all defects could be detected with UT at all three frequencies, with 2.25 MHz enabling inspection at the lowest receiver gain.

Moreover, UT techniques for inspecting curved geometry pipe samples have been explored. Polyethylene (PE) and fibre-reinforced PE pipe samples with FBH have been inspected using contact testing with and without a contoured wedge and immersion technique. The methods enabled proper coupling between the transducer and the inspected specimens, enabling the detection of FBH within the pipe samples.