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Étude de la propagation des ondes guidées basse fréquence au travers de joints de recouvrement soudés dans le cadre d’inspection de réservoirs industriels

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Chaboty, Aubin (2020). Étude de la propagation des ondes guidées basse fréquence au travers de joints de recouvrement soudés dans le cadre d’inspection de réservoirs industriels. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les grands réservoirs de stockage sont très largement utilisés dans l’industrie pétrolière. L’épaisseur des planchers de ces réservoirs est cartographiée périodiquement lors d’interruption de service. La méthode d’inspection actuelle commence avec un scan du plancher par fuite de flux magnétique. L’épaisseur des points critiques identifiés à l’aide du criblage est ensuite contrôlée par ultrasons. Cette méthode d’inspection nécessite qu’un inspecteur scanne l’intégralité du plancher en se trouvant à l’intérieur de la cuve. Le réservoir de stockage doit donc être vidé et nettoyé avant de procéder à l’inspection. Il y a donc une forte demande pour examiner le fond du réservoir à partir du périmètre extérieur et d’identifier les cuves qui nécessitent une inspection ou une réparation plus poussée. Les ondes guidées ultrasonores basse fréquence sont aujourd’hui couramment utilisées pour cartographier de longues sections de pipelines. En dessous de la première fréquence de coupure des modes d’onde d’ordre élevé, les ondes guidées ont la capacité de se propager sur de longue distance avec une atténuation minimale. Cependant, il existe plusieurs sources d’atténuation dans les planchers de réservoirs : (1) le contact avec le fluide stocké dans la cuve, (2) le contact avec le sol sur lequel repose le plancher et (3) l’assemblage du plancher. En effet, les fonds de réservoir sont généralement constitués de plusieurs plaques d’acier soudées entre elles par chevauchement. Dans les plus grands réservoirs, une ligne de plaques peut compter jusqu’à 15 joints de recouvrement soudés. Il est donc primordial de minimiser la perte d’amplitude des ondes guidées à chaque joint. Dans ce mémoire, la perte d’amplitude induite par les joints de recouvrements soudés est étudiée pour le mode fondamental de cisaillement horizontal (SHₒ) et le mode fondamental d’onde de Lamb symétrique (Sₒ). Le mode fondamental d’onde de Lamb antisymétrique (Aₒ) a été rejeté en raison de sa forte atténuation en présence d’un fluide. La propagation des modes SHₒ et Sₒ dans des plaques d’acier de 12.7 mm d’épaisseur soudées entre elles par un joint de recouvrement a été étudiée à l’aide de simulation par éléments finis et d’expériences. Il apparait que le mode SHₒ peut être jusqu’à 6 dB moins atténué que le mode Sₒ. Par conséquent, une sélection minutieuse du mode et de la fréquence peut permettre une propagation de l’onde sur une longue distance et donc un scan du plancher à l’aide d’ondes guidées ultrasonores.

Titre traduit

Study of the propagation of low frequency guided waves through welded lap joints in the inspection of industrial tanks

Résumé traduit

Large storage tanks are heavily used to hold liquid in the petrochemical industry. The thickness mapping of the storage tank floor is carried out periodically during out of-service inspection. The current inspection method begins with a screening of the whole floor using magnetic flux leakage. The thickness of the hot spots identified during screening is then gauged using ultrasonic testing. The current method requires an inspector to scan the whole floor from inside the tank. The storage tank must therefore be empty and the floor needs to be cleaned ahead of the inspection. There is therefore a need to screen storage tank bottom from the annular chime and identify the tanks requiring further inspection or repair. Low frequency ultrasonic guided waves are nowadays routinely used to screen long sections of pipelines. Under the cutoff frequency of the first high order mode, ultrasonic guided waves have the ability to propagate over long distances with minimal attenuation. However, multiple sources of attenuation are present in tank bottoms: (1) contact with fluid inside the tank, (2) contact with soil outside the tank and (3) the floor assembly. Indeed, the floors of the storage tanks are typically constructed using many overlapping welded steel plates. In the largest storage tanks, a line across the diameter may go through up to 15 welded joints. Minimisation of the ultrasonic guided wave amplitude loss at each joint is therefore paramount. In this paper, the amplitude loss through welded lap joints is studied for the fundamental shear horizontal mode (SHₒ) and the fundamental symmetric Lamb wave mode (Sₒ). The antisymmetric fundamental mode (Aₒ) was rejected as a result of its high attenuation due to fluid loading. Using finite element simulations and experiments the propagation of SHₒ and Sₒ was studied in 12.7 mm steel plates welded in a lap joint configuration. The SHₒ mode can be up to 6 dB less attenuated than the Sₒ mode. Therefore, careful selection of the mode and frequency may result in long propagation distances and may enable screening of the floors using ultrasonic guided waves.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maitrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 75-78).
Mots-clés libres: ondes guidées, modes fondamentaux, réservoirs de stockage industriels, joints de recouvrement soudés
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bélanger, Pierre
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 22 avr. 2021 20:24
Dernière modification: 22 avr. 2021 20:24
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2653

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