石化系統(tǒng)中的渦流檢測技術

1、石化系統(tǒng)中的渦流檢測技術        【摘要】介紹一種無損檢測方法-電磁渦流技術，來解決石化行業(yè)交換器大量換熱器的快速在役檢查。對檢測原理，方案實施，缺陷評判等進行較詳細說明。著重舉例在管壁探傷和測厚的應用。 關鍵詞：渦流   在役檢測   探傷   測厚 電磁渦流檢測是五大常規(guī)無損檢測技術之一，尤其近年來無論儀器和檢測技術都得到了長足的進步，在石化、電力、冶金等各個工業(yè)領域發(fā)揮了越來越重要的作用。本文僅從石化系統(tǒng)熱交換器的在役檢測這一專題來介紹這一技術

2、的實際應用和重要意義。    在石化行業(yè)中，廣泛使用著各種形式的列管式熱交換器，其中有不少換熱器在高溫、高壓和強腐蝕介質中運行，由于介質腐蝕、沖刷、疲勞應力等作用，會使列管管壁產生各種腐蝕缺陷、損傷和壁厚減薄，這將嚴重威脅設備的安全運行。因此對這些在役換熱器管進行定期檢測，掌握缺陷的存在及發(fā)展情況，是保證整臺設備長周期安全運行的關鍵。在目前的幾種常用無損檢測技術中，電磁渦流檢測方法由于檢測速度快、靈敏度高、非接觸式檢測等優(yōu)點，因而成為目前換熱器管的唯一有效的檢測手段。一.檢測原理電磁渦流檢測的理論基礎是電磁感應。在探頭的激勵線圈中通以高頻交變電流，在附近的被測管壁

3、中就會感應出渦流，管子的幾何缺陷、電磁異常和尺寸變化等因素都將影響管內的渦流，而渦流的變化又使檢測線圈的阻抗和感生電壓發(fā)生改變，測出這種變化，就可得出管子的尺寸及缺陷情況。二.檢測儀器目前在石化系統(tǒng)廣泛應用的ET-555H多頻渦流檢測儀其典型的原理方框圖如圖2。為滿足現場檢測要求，儀器至少應具備以下特點：1  用阻抗平面顯示，以便能實時得到缺陷信號的李薩育圖形，全面反映缺陷信號的幅值、相位、波形走向等特征，利用相位分析技術，可將干擾與缺陷信號分開，提高信噪比。2  必須采用自動平衡技術。3  為適應不同的檢測對象，要求儀器的頻率范圍寬廣可調，一般應為100Hz1M

4、Hz。4  儀器應具備雙頻或多頻檢測功能，以便有效抑制干擾。5  隨著微機技術的發(fā)展，現在大多數渦流儀都采用計算機對檢測信號實時顯示。同時還可利用計算機進行信號處理，例如混頻、報警設定、相位分析、數值存儲記錄等工作，大大提高了檢測速度和準確性。三.標樣制作渦流檢測是一種比較法檢測，為了調試儀器、評定缺陷，必須預先制作標準樣管。目前大多按照ASME（美國材料試驗學會標準）有關規(guī)定進行加工，典型的探傷標樣管和測厚樣管如圖3，圖4。        四.探頭選擇根據石化系統(tǒng)換熱器的結構特點，探頭只能從管內插入，要

5、按被測管的尺寸材料來制作專用檢測探頭。在探傷時，應采用自比較式差動線圈，以利于檢出裂紋、蝕坑等微小缺陷，測量管壁厚度時，應采用外比較式線圈。五.樣管標定正式檢測前必須利用標準樣管對儀器進行參數選擇和設定，可根據渦流滲透深度公式進行檢測頻率預選，再對標樣管進行測試，進一步修正參數，最后找出頻率、相位、增益等參數的最佳值。在最佳情況下，對標樣管上的人工缺陷可得到圖5的信號圖形。          從圖中可看出，不同深度的內外壁缺陷信號的相位角是不同的。理論和實踐都表明，缺陷深度與信號相位角之間存在著如圖6的關

6、系。在實際檢測中，將檢測到的缺陷信號相位角與標準曲線對照，即可判定缺陷的相對深度。六.實際應用在石化裝置中大量使用著各種立式和臥式的列管式換熱器，下面以大化肥廠的尿素裝置中高壓甲銨冷凝器和氣提塔為例，介紹如何應用渦流檢測技術對數千根列管進行探傷和測厚檢查。設備的典型結構如圖7。(一) 檢測前的準備檢測前必須遵照有關規(guī)定辦好必要的手續(xù)并落實安全措施，對被測管子應進行清洗，去除管內雜物，以保證探頭能順利地插入。同時要了解設備的結構及工藝參數，判斷可能發(fā)生的主要問題，并編制管子排列圖7。(二) 實施檢測儀器架設要安全可靠，參數設定以標樣管為準，檢測探頭可以人工拉動也可電機驅動，為保證檢測效率又不能漏

7、過缺陷，探頭拉動速度以1米/秒為宜。一般情況下，在探頭拉出時進行觀察、分析、并存儲記錄。當然，若是經驗豐富的檢測人員，且對設備的狀況十分了解，在進行探傷檢查時，也可只對有問題的管子再進行復查并記錄，對于大量沒有問題的管子可以只注意觀察而不做記錄，以減少工作量，提高效率。   一般情況下，應對每一根管子進行全長檢查（特殊要求例外）。檢測時應做好各種參數和信號的記錄，在檢測過程中，應定時對儀器參數及標樣管進行標定，以確保儀器參數的穩(wěn)定，防止漏檢。(三) 缺陷評定     根據設備的具體情況，有時主要發(fā)生管壁的腐蝕、裂紋、穿孔等缺陷，而有時

8、主要發(fā)生管壁的均勻腐蝕減薄，因此檢測的著重點有時以探傷為主，有時又以測壁厚為主，這時檢測的參數、探頭、標樣也不同。為說明問題，下面分別敘述：探傷：1目的及特點 探傷的目的主要是檢查管壁內外表面的蝕坑、裂紋及冶金缺陷等。為提高靈敏度，一般采用差動式自比較檢測線圈，這種探頭檢測速度快，并可區(qū)分內外壁缺陷，判斷缺陷的相對深度。但它的檢測靈敏度與裂紋的走向有關，對于管壁中的環(huán)向裂紋，由于與渦流的方向一致，對渦流的干擾較小，因而難于檢測到，我們在現場多次的檢測中都證實了這一點。為解決這一問題，應采用斜線圈或點式探頭。2干擾的抑制由于換熱器管周圍有管板和支撐板環(huán)繞，將會對檢測造成一定干擾，如果恰

9、在此部位管子存在缺陷，則干擾信號將會與缺陷信號疊加形成復合信號而難于判別，有時甚至會淹沒缺陷信號，因此必須抑制干擾。常用的有效方法是采用混頻技術。也可采用點式旋轉探頭，但檢測成本較高，速度也慢一些。此外還可能存在一些無規(guī)則的電磁異常點等干擾，則要求檢測人員有豐富的實踐經驗來判斷。3檢測盲區(qū)在管子兩端，由于一般有管板、堆焊層、管子突出端等結構，在此區(qū)域渦流場發(fā)生畸變，使缺陷信號難于檢測。根據具體情況不同，這個區(qū)域大約為2040mm。當然，采用一定措施可以盡量縮短這一區(qū)域。4缺陷評定對檢測發(fā)現的缺陷信號進行評定是檢測最關鍵的技術。由于現場的情況十分復雜，單靠上述原理有時根本無法判別，尤其對多信號疊

10、加形成的復合信號更難于分辨，這就要求技術人員有豐富的檢測經驗和對所測設備的充分了解，有時對一些疑難信號還需拔管解剖驗證。例如，在某化肥廠的新甲銨冷凝器檢測中，發(fā)現大量復雜信號，信號波形如圖8。 由圖可見，這是一個較復雜的缺陷信號，經復查和分析，認定這是管子外壁由于應力腐蝕而造成的裂紋，但由于這是一臺新設備，剛投用一年多，為慎重起見，在征求廠方意見后決定當場拔管驗證。在測定的位置用放大鏡看到兩條極細的縱向裂紋，后經金相照片顯示，裂紋深度已達60%，由外壁向內壁發(fā)展。由于查到并確認了裂紋，引起了該廠的重視，及時對缺陷管進行了修復，保證了設備的正常開車運行。測厚：1重要性對某些設備來說，由于工藝條件的不同，一般不會發(fā)生裂紋、蝕坑等缺陷，但在管子的某一段會產生均勻腐蝕，使管壁每年以一定的速率減薄，當減薄到一定厚度時，如不處理，就有爆管的危險，嚴重威脅設備的安全運行，對這種設備，就必須經常進行渦流測厚，找出每根管子的最薄壁厚值，并可計算出所有管子的壁厚平均值，進而求出年平均腐蝕率。例如大化肥廠的汽提塔就是如此。多年運行經驗表明，這臺設備最終都以管壁減薄、導致堵管過多而報廢。因此每次大修進行全部管子測厚是必不可少的檢測項目。2檢測特點管壁厚度變化屬于緩慢變化，必須采用外比較式線圈探頭。同時采用較低的檢測頻率，一般為