Flagermus inspirerer detektorer til at forhindre lækager af olie- og gasrør

Ingeniører har udviklet en ny scanningsteknik inspireret af den naturlige verden, der kan detektere korroderende metaller i olie- og gasrørledninger.

Ved at efterligne, hvordan flagermus bruger forskellige bølgelængder af ultralyd til at detektere genstande, jage, og undgå rovdyr, ingeniører har udviklet et nyt system, der kombinerer to separate typer stråling, hurtige neutroner og gammastråler, at detektere korrosion - en væsentlig årsag til rørledningslækager.

Med tusindvis af kilometer rørledninger brugt til at transportere olie og gas over enorme afstande globalt, lækager er et stort problem, der koster millioner årligt og har potentiale til at forårsage ulykker og skader samt betydelige miljøskader.

Typisk, korrosion i olierørledninger måles med ultralyd eller elektromagnetiske teknikker. Imidlertid, disse er ikke praktiske til underjordiske rørledninger, eller til rørledninger dækket med isolerende lag af beton eller plast.

Det nye system, udviklet af ingeniører fra Lancaster University, det nationale fysiske laboratorium, og en teknologivirksomhed, Hybrid Instruments Ltd, udnytter de reflekterede signaler, kendt som :backscatter, " af en kombination af isoleret hurtig neutron- og gammastråling.

Neutroner og gammastråler har nyttige komplementære egenskaber. Neutroner interagerer hovedsageligt med materialer med lav densitet som plast. Ud over, hurtige neutroner har en høj penetreringskraft, så de er velegnede til at sondere tykke materialer. Gammastråler interagerer hovedsageligt med metaller og er ikke altid i stand til at trænge igennem meget tykke materialer med høj densitet.

De to strålingstyper producerer forskellige elektroniske signaler. Dette betyder, at forskere kan opbevare data om begge typer stråling samtidigt ved hjælp af en ny detekteringsenhed kaldet en "Mixed Field Analyser, " tidligere udviklet af Lancaster University og Hybrid Instruments Ltd.

Systemet producerer en blyantlignende stråle af sonderende stråling, af neutroner og gamma, som er rettet mod stålsektionen, der efterses.

Teamet testede de to billeddannelsesteknikker i realtid i et laboratorium på prøver af kulstofstål af forskellig tykkelse.

Forskerne kunne se forskelle i ståltykkelse. Sensorerne virkede også, når et isolerende lag blev replikeret, med beton eller plast, angiver sandsynligheden for defekter i stål, samt korrosion og rust, ville frembringe variationer i tilbagespredningen.

Disse resultater indikerer, at hvis de bruges på rigtige rørledninger, kan potentielle problemer lettere opdages og løses, før olie og gas er i stand til at undslippe.

"De kombinerede stråler af neutroner og gammastråler, der parallelt hopper tilbage til en række detektorer, giver en omfattende og hurtig repræsentation af stålets indre struktur, " sagde Mauro Licata, Ph.d. forsker på projektet fra Lancaster University.

"Dette system fungerer lidt ligesom de kvidren, der laves af flagermus. Disse kvidren er en superposition af forskellige ultralydsbølgelængder, som hopper tilbage til flagermusens ører. Ud over at fremhæve fordelene ved at kombinere flere reflektionsfølende teknikker for at detektere problemer som korrosion, vores arbejde illustrerer yderligere det betydelige potentiale, der kan fås ved at hente inspiration fra, og efterligne, systemer, der har udviklet sig i den naturlige verden."

"Isolering af neutroner og gammastråler tilbagespredt fra en ståloverflade i realtid, på en måde, der svarer til den måde, flagermusens hjerner isolerer backscatter ultralyd og dermed undgår forvirring med deres egne kvidren, kunne hjælpe os med at isolere fejl i rørvægge hurtigere og mere effektivt, " sagde professor Malcolm Joyce fra Lancaster University og Hybrid Instruments Ltd.

"Dette er et godt eksempel på, at NPLs verdensførende neutronfaciliteter bliver brugt til innovativ videnskab med en positiv indvirkning, "sagde Neil Roberts fra National Physical Laboratory.

Det er hensigten, at detektorsystemet skal videreudvikles og bruges til at detektere fejl ved at pege det på sektioner af rørledningen udefra. Imidlertid, efterforskerne siger, at der er behov for mere forskning inden for neutrondetektorer for at gøre systemet hurtigere.

Forskerne foreslår, at teknologien også kan bruges i andre applikationer, såsom inspektion af integriteten af ​​strukturer såsom broer.

Forskningen er blevet skitseret i papiret "Afbildning af korrosionsbårne defekter i rørledninger med kombineret neutron/γ-stråle tilbagespredning:en biometrisk tilgang, ", som er udgivet af tidsskriftet Videnskabelige rapporter .