LA RADIOGRAPHIE NUMÉRIQUE : UNE APPLICATION INNOVANTE AU SERVICE DE LA QUALITÉ DES PIPELINES FILMLESS RADIOGRAPHY: AN INNOVATIVE APPLICATION TO GUARANTEE PIPELINES QUALITY O. MARLIER VIARD, G. DELATTRE, F. LEROUX (EUROPIPE France) Résumé : EUROPIPE leader mondial dans la fabrication de gros tubes soudés longitudinalement en SAW pour le transport du gaz et du pétrole recherche en permanence à rester à la pointe de la technologie. En 2004, EUROPIPE France a été la première tuberie au monde à installer un équipement de radiographie numérique en lieu et place d une installation de radiographique classique. A ce jour l ensemble de nos installations RX est équipé de cette technologie. Ce choix stratégique découle d une étude R&D portant sur le choix du matériel et le développement de l informatique associée. L implantation industrielle prend en compte les impératifs de production, le respect des impositions normatives de qualité d images et des textes en vigueur concernant la radioprotection. Ces avances technologiques, acceptées par nos clients permettent de garder leur confiance dans la qualité du contrôle des tubes effectué par EUROPIPE. Summary: EUROPIPE is the world market leader for longitudinally submerged arc welded pipe for oil and gas transportation, always wants to stay at the forefront of researches and technologies. In this way, in 2004, EUROPIPE France was the first pipe mill which has installed filmless radiography to replace its conventional radiography equipment. This strategic choice comes from R&D study, which deals with the equipment choice, and the IT developments. The industrial installation takes into account production requirements, and fulfils all applicable standards of image quality, and all rules concerning Radioprotection. These technological evolutions, accepted by our customers, help to keep their confidence in the pipe control performed by EUROPIPE. 1. INTRODUCTION Etre leader sur le marché mondial requiert des qualités spécifiques, comme fournir des tubes en quantité à travers le monde. La gamme de production du groupe EUROPIPE répond aux standards internationaux et aux besoins de chaque client. Cela comprend notamment la fabrication de tubes soudés (pipe) longitudinalement pour les projets de pipelines onshore et offshore, pour le transport de gaz et pétrole. Une des usines européennes du groupe, située à Dunkerque «Ep-Dk», produit des tubes d une longueur moyenne de 12 mètres, suivant le procédé UOE (Figure1). 1
Usinage des rives Croquage Presse en U Presse en O Agrafage Soudage intérieur Contrôle en radiographie numérique final Contrôle ultrason final Expansion mécanique Contrôle en radiographie numérique initial Contrôle ultrason initial Soudage extérieur Etape de contrôle Etape de production Figure 1 : Les étapes clés du process de fabrication suivant le procédé UOE La production du tube de gros diamètres impose de respecter des spécifications clients sévères et de garantir la qualité des produits en toutes circonstances. Pour ce faire, l un des axes stratégiques d EUROPIPE consiste à rester à la pointe de la technologie, et ce en investissant dans le domaine de la Recherche et du Développement. Pour conserver sa place de leader mondial, en 2004, Europipe Dunkerque a été la première tuberie au monde à installer un équipement de radiographie numérique pour contrôler les soudures mettant en œuvre des rayons X (RX). Depuis, toutes les installations de radiographie conventionnelle (RX) utilisées jusqu alors ont été remplacées. Ce choix stratégique a impliqué une démarche de projet construite, et dont le véritable challenge résidait dans l intégration de cette nouvelle technique de contrôle en accord avec les spécifications clients, les cadences de production et l assurance de la traçabilité des produits. 2. POURQUOI LA RADIOGRAPHIE NUMERIQUE? La radiographie numérique présente de nombreux avantages, et ce dans différents domaines. En terme de production notamment. En effet l utilisation d un tel matériel permet de diminuer considérablement le temps de cycle. En radiographie conventionnelle, le temps d exposition du film était en moyenne de trente secondes, alors que grâce au numérique, une exposition du détecteur pendant vingt seconde est suffisante pour obtenir une image de bonne qualité. De plus, il n est plus nécessaire d attendre le développement du film (dont la durée moyenne était de sept minutes) pour en faire l interprétation, celle-ci peut être réalisée dès l acquisition terminée. Grâce à cette technologie, des avancées dans les domaines de la réduction des déchets et des coûts sont réalisées. Il n y a plus d achat de film radiographique, donc plus de recyclage de ces derniers, et plus de développeuse ni de produits de développement. Les images numériques sont disponibles sur différents postes de travail ; ainsi, l opérateur interprète l image, et ensuite cette dernière peut être consultée par le réparateur, l inspecteur, le technicien qualité et le niveau 3 sur leur poste de travail respectif. L image est de qualité équivalente voire meilleure à celle obtenue sur un film classique ( de classe C4). De plus l interprétation des images est facilitée par l utilisation d outils informatiques tels que des filtres. Et un développement visant à mettre au point un logiciel 2
d aide à la décision pour les opérateurs est en cours. Ce dernier permettra d effectuer une interprétation automatique des images, confortant la prise de décision effectuée par le lecteur. Ce dernier restant maître de la sanction finale. De façon contractuelle, un archivage des radios / images doit être réalisé pour une période de douze ans. Par le passage à la radiographie numérique, un archivage informatique est effectué de manière automatique, assurant ainsi un stockage sécurisé sur du long terme. 3. DESCRIPTION DE L INVESTISSEMENT 3.1. Généralités Pour garantir la santé interne de la soudure SAW, celle-ci est systématiquement contrôlée sur toute sa longueur via un banc de contrôle ultrasons automatique. Les indications ultrasons sont ensuite radiographiées, afin de confirmer ou d infirmer la présence d un défaut, ceci est effectué sur l installation appelée RX Corps. De plus, contractuellement toutes les extrémités de tubes sont radiographiées sur une longueur de 203mm (correspondant à 8 pouces), contrôle effectué sur l installation RX extrémités. Du fait des évolutions des spécifications clients, les normes les plus contraignantes sont appliquées pour les contrôles RX. La probabilité de détection des défauts est par conséquent élevée. 3.2. Contraintes à respecter La mise en place de cette nouvelle technologie impliquait de repenser entièrement les installations de contrôle RX. Le système choisi doit être capable d effectuer des contrôles sur toute la gamme de fabrication de tubes d Ep-DK, à savoir des diamètres allant de 20 à 56 pouces (soit de 508 à 1420mm), et des épaisseurs de 7 à 35mm. Les règles de cadence d EUROPIPE imposent de respecter un temps de cycle maximum de deux minutes par tube, cela comprend les phases d introduction, d acquisition des images et d évacuation. Toutes ces phases doivent être réalisées en sécurité et dans le respect des textes légaux en vigueur en matière de radioprotection (Décret 2003 296 du 31 Mars 2003 et Articles du code du travail). C est donc dans ce cadre le système nommé E-FLORAD (Filmless Radiography after Expansion) est installé, sur l ensemble des installations après expansion. 4. LES INSTALLATIONS 4.1. Le matériel RX choisi La technique utilisée est dite DR (Digital Radiography), c'est-à-dire qu elle met en œuvre un écran plat pixélisé qui associe une couche de matériau scintillateur directement au contact d un ensemble de photodiodes implanté sur un substrat en silicium (Figure 2). 3
Figure 2 : Détecteur Digital Le détecteur digital choisi est le Paxscan 2520V de chez Varian, qui outre ses qualités techniques a pour avantage d avoir de petites dimensions (267 x 328) permettant le contrôle des tubes de petits diamètres (20 ). La zone active présente une surface de 195mm x 244mm, la taille d un pixel est de 127µm, soit une matrice de 2.9 Mégapixels. La conversion des niveaux de gris s effectue sur 12 Bits (soit 4096 niveaux de gris). Les tubes RX utilisés sont de marque ISOVOLT 320 HP, avec une puissance maximale de 800 W en petit foyer (0,4mm). Cet équipement présente notamment comme intérêt d atteindre les paramètres de tirs dans un temps très court avec une excellente stabilité. 4.2. Les installations de contrôle 4.2.1. «Le RX Corps» Le schéma de l installation RX corps est représenté sur la Figure 3. Le détecteur se situe sur une perche et se trouve alors à l intérieur du tube pendant la phase de contrôle. Le Tube RX est à l extérieur du pipe. Le cordon de soudure est positionné de manière à se trouver dans l alignement du Flat Panel et du tube RX avant l introduction du pipe dans l alvéole de contrôle. Le pipe est introduit à l aide d un chariot et se positionne automatiquement pour que les indications détectées sur le banc de contrôle ultrasons automatique soient radiographiées. Une fois le contrôle terminé, le pipe est évacué. L ensemble du process de contrôle est automatisé. Les images sont enregistrées et intertprétées par le lecteur certifié COFREND RT niveau 2. Tube RX Isovolt 320 HP Perche Flat Panel Paxscan 2520 de chez Varian Tube Figure 3 : RX Corps 4
4.2.2 «Le RX extrémités» De manière contractuelle, les deux extrémités du pipe doivent être radiographiées. Pour intégrer la technologie de radiographie numérique un nouveau bâtiment appelé «bunker» a été construit. Ainsi le contrôle s effectue dans une enceinte complètement hermétique. Le détecteur et le tube RX sont embarqués sur un robot motorisé, de sorte que le flat panel soit à l intérieur du pipe et que le tube RX soit à l extérieur. Il y a un robot pour chaque extrémité (Figure 4). Ici encore avant d entrer dans le bunker, le pipe est positionné de sorte que l alignement entre le détecteur, le cordon de soudure et le tube RX soit parfait. Les robots se positionnement automatiquement, l acquisition des images est réalisée, celles-ci sont enregistrées puis interprétées. Robots Flat panel + Tube RX embarqués Figure 4 : RX Extrémités Ces installations répondent aux règles de radioprotection en vigueur. Les études de postes permettent de ne pas avoir à classer le personnel qui travaille dans ces zones. 4.3. Système de pilotage E Florad Ces installations sont pilotées par le système informatique appelé E Florad. Celui-ci est en liaison avec notre système de traçabilité usine, appelé PRODIS, et avec l automate qui pilote l installation. Il assure la mise en service et l arrêt des appareils RX, tout en ayant vérifié toute la chaîne de sécurité, ainsi les toutes les opérations de contrôle se déroulent en automatique et dans le respect des règles de radioprotection. Lors de l interprétation, des outils informatiques sont mis à disposition par E Florad pour faciliter l analyse (utilisation de filtres ). 5
5. QUALITE D IMAGES ET QUALIFICATION DU SYSTEME A l origine de la réflexion du système E Florad, il n existait pas de standard précis sur l utilisation de détecteur digital, contrairement à ce qui existe dans le cadre de la radiographie conventionnelle. Un travail en collaboration avec l institut Berlinois «Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung» (BAM) a été mené pour qualifier les équipements, le fonctionnement du E Florad et les procédures avant que le système ne soit installé. C est dans cet optique que des essais ont été réalisés en laboratoire. Lors de cette qualification, le BAM a déterminé les règles de validation de la qualité d image, à savoir : L utilisation de l Indicateur de Qualité d Image simple fil, pour vérifier la sensibilité de l image (comme sur un film radiographique) L utilisation de l Indicateur de Qualité d Image duplex à fils, pour vérifier la résolution spatiale de l image la mesure du rapport Signal sur Bruit (Signal to Noise Ration SNR), qui correspond à la vérification de la densité pour un film radiographique. L ensemble de ces mesures est représenté sur la Figure 5, les cadres verts représentent les zones de mesure du SNR. Figure 5 : Vérification de la qualité d image En respectant les spécifications du BAM, le E Florad est capable de répondre aux standards applicables dans le domaine du contrôle des tubes, à savoir : API 5L, DNV OS-F101, EN 13068-3, EN 10246-10, EN 1435. 6. CONCLUSION Ces investissements permettent à EUROPIPE de faire un bon en avant dans le domaine du contrôle, mais également dans les domaines de réduction de coûts, de l énergie et de l environnement. Les mesures de qualité d images démontrent une sensibilité équivalente voire meilleure que celle obtenue sur des films de classe C4. Grâce au système E Florad l acquisition des images suivant les bons paramètres de tirs RX est assurée. L interprétation est facilitée par l utilisation d outils informatique sécurisés, ne modifiant pas l image d origine. Une fois l image stockée, celle-ci peut être visionnée rapidement, facilitant ainsi les échanges entre les représentants du client et le département CND de l usine. Cette technologie de pointe permet d être tourné vers le futur et de se positionner sur les marchés de demain. 6