石化系統(tǒng)中的渦流檢測技術(shù)

摘要：介紹一種無損檢測方法----電磁渦流技術(shù)，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(yīng)用。

關(guān)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(shù)之一，尤其近年來無論儀器和檢測技術(shù)都獲得了長足的進步，在石化、電力、冶金等各個工業(yè)領(lǐng)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(shù)的實際應(yīng)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(zhì)中運行，由于介質(zhì)腐蝕、沖刷、疲勞應(yīng)力等作用，會使列管管壁產(chǎn)生各種腐蝕缺陷、損傷和壁厚減薄，這將嚴重威脅設(shè)備的運行。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(shè)備長周期運行的關(guān)鍵。

在目前的幾種常用無損檢測技術(shù)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檢測手段。

一.檢測原理

電磁渦流檢測的理論基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)。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中就會感應(yīng)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(nèi)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

為滿足現(xiàn)場檢測要求，儀器至少應(yīng)具備以下特點

用阻抗平面顯示，以便能實時獲得缺陷信

1． 號的李薩育圖形，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(shù)，可將干擾與缺陷信號分開，提高信噪比。

2． 采用自動平衡技術(shù)。

3． 為適應(yīng)不同的檢測對象，要求儀器的頻率范圍寬廣可調(diào)，一般應(yīng)為100Hz～1MHz。

4． 儀器應(yīng)具備雙頻或多頻檢測功能，以便干擾。

隨著微機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在大多數(shù)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(shè)定、相位分析、數(shù)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(diào)試儀器、評定缺陷，需要預(yù)先制作標準樣管。目前大多按照ASME（美國材料試驗學(xué)會標準）有關(guān)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(jù)石化系統(tǒng)換熱器的結(jié)構(gòu)特點，探頭只能從管內(nèi)插入，要按被測管的尺寸材料來制作專用檢測探頭。在探傷時，應(yīng)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(yīng)采用外比較式線圈。

五.樣管標定

正式檢測前利用標準樣管對儀器進行參數(shù)選擇和設(shè)定，可根據(jù)渦流公式進行檢測頻率預(yù)選，再對標樣管進行測試，進一步修正參數(shù)，找出頻率、相位、增益等參數(shù)的較高值。在較好情況下，對標樣管上的人工缺陷圖形。

六.實際應(yīng)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(yīng)用渦流檢測技術(shù)對數(shù)千根列管進行探傷和測厚檢查。設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)如圖7。

(一)檢測前的

檢測前遵照有關(guān)規(guī)定辦好必要的手續(xù)并落實措施，對被測管子應(yīng)進行清洗，去除管內(nèi)雜物，以保證探頭能順利地插入。同時要了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)，判斷可能發(fā)生的主要問題，并編制管子排列圖。

(二) 實施檢測

儀器架設(shè)要可靠，參數(shù)設(shè)定以標樣管為準，檢測探頭可以人工拉動也可電機驅(qū)動，為保證檢測效率又不能漏過缺陷，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(dāng)然，若是經(jīng)驗豐富的檢測人員，且對設(shè)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(fù)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。

一般情況下，應(yīng)對每一根管子進行全長檢查（特殊要求例外）。檢測時應(yīng)做好各種參數(shù)和信號的記錄，在檢測過程中，應(yīng)定時對儀器參數(shù)及標樣管進行標定，以確保儀器參數(shù)的穩(wěn)定，防止漏檢。

三)缺陷評定

根據(jù)設(shè)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，而有時主要發(fā)生管壁的均勻腐蝕減薄，因此檢測的著有時以探傷為主，有時又以測壁厚為主，這時檢測的參數(shù)、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(nèi)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(nèi)外壁缺陷，判斷缺陷的相對。但它的檢測靈敏度與裂紋的走向有關(guān)，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(xiàn)場多次的檢測中都證實了這一點。為解決這一問題，應(yīng)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(fù)合信號而難于判別，有時甚至?xí)蜎]缺陷信號，因此抑制干擾。常用的方法是采用混頻技術(shù)。也可采用點式旋轉(zhuǎn)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(jīng)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(jié)構(gòu)，在此區(qū)域渦流場發(fā)生畸變，使缺陷信號難于檢測。根據(jù)具體情況不同，這個區(qū)域大約為20～40mm。當(dāng)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(xiàn)的缺陷信號進行評定是檢測關(guān)鍵的技術(shù)。由于現(xiàn)場的情況十分復(fù)雜，單靠上述原理有時根本無法判別，尤其對多信號

疊加形成的復(fù)合信號更難于分辨，這就要求技術(shù)人員有豐富的檢測經(jīng)驗和對所測設(shè)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(xiàn)大量復(fù)雜信號，信號波形如圖8。

由圖可見，這是一個較復(fù)雜的缺陷信號，經(jīng)復(fù)查和分析，認定這是管子外壁由于應(yīng)力腐蝕而造成的裂紋，但由于這是一臺新設(shè)備，剛投用一年多，為慎重起見，在征求廠方意見后決定當(dāng)場拔管驗證。在測定的位置用放大鏡看到兩條細的縱向裂紋，后經(jīng)金相照片顯示，裂紋深度已達60，由外壁向內(nèi)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改，保證了設(shè)備的正常開車運測厚：