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標題: 加氫裂化在役高壓空冷器翅片管束渦流檢測的應用研究 [打印本頁]
作者: 汪冬兵 時間: 2012-9-21 10:04
標題: 加氫裂化在役高壓空冷器翅片管束渦流檢測的應用研究
加氫裂化在役高壓空冷器翅片管束渦流檢測的應用研究
（南京優悅科技有限公司，江蘇 南京 210033）
摘要：針對煉油加氫高壓空冷器翅片管的腐蝕特點，結合遠場渦流和常規渦流檢測技術能準確檢測出在役空冷器翅片管中的缺陷。本文重點介紹了在役空冷器翅片管的渦流檢測方法，并以我們的檢測結果和解剖結果進行了對比驗證，結果表明該檢測方法具有較高的準確性和可靠性。
1 、概況：
高壓空冷器是煉廠加氫裂化等裝置的關鍵設備之一，一般每套加氫裂化裝置都有八臺反應流出物高壓空冷器。我國早期加氫裂化裝置的設計都是以低硫減壓蠟油為原料,隨著原料油供應的日益緊張，很多煉油企業已經逐步加工高含硫劣質原油，雖然多數裝置已進行了高壓脫硫改造或新裝置增加了高壓脫硫設計，但高壓空冷器的腐蝕問題仍然無法擺脫，嚴重的甚至會造成腐蝕穿孔引起介質的泄漏。由于高壓空冷器管束盛裝介質為高壓氫氣和生成油，一旦泄漏，大量外噴，就有可能引起爆炸和燃燒，其后果不堪設想。國內已經有多家煉油企業的高壓空冷器出現過這種情況。因此，采取有效的檢測方
法，檢測并了解翅片管產生的腐蝕缺陷，并根據檢測結果來準確評估和判斷翅片管的使用壽命，從而及時采取措施，保證裝置經濟安全運行就顯得尤為重要。
為準確有效的檢測出高壓空冷器翅片管的腐蝕狀況，南京優悅科技有限公司利用自身在渦流檢測領域的技術優勢，詳細了解了設備結構和工藝流程狀況后，逐步總結出一套能比較準確反映翅片管腐蝕情況的檢測手段和方法。并已經過數個廠家的多次現場檢測驗證。
2 、空冷器翅片管的結構特點：
如上圖所示，高壓空冷器管束的基管的材質一般為合金鋼或者是碳鋼，外面密集排列了鋁質的翅片，在每根管子的進口端都有一定長度的、厚度約為1mm不銹鋼襯套管，目的是為了減緩介質旋流剛進管子時對管子入口端造成沖刷腐蝕。一般每臺空冷器從上到下交叉排列了5至6排列管，排列方式如下圖。
3 、空冷器翅片管的腐蝕特點：
由于翅片管外壁是直接接觸大氣的，因而一般不會發生外壁腐蝕；而在管內壁，由于油氣介質和添加物結晶體的沖刷腐蝕和管內垢下腐蝕的共同作用，會造成許多腐蝕凹坑，甚至出現較大面積的壁厚減薄。這種蝕坑和腐蝕減薄發生的區域是沒有規律的。減薄嚴重還會發生爆管（這個特點在現場檢測和解剖后得到了驗證）。
4 、渦流檢測的原理：
4.1遠場渦流檢測的原理：
遠場渦流（RFEC Remote Field Eddy Current）檢測技術是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流技術。它的探頭通常為內穿過式探頭，由一個激勵線圈和一個設在與激勵線圈相距2至3倍管徑處的測量線圈構成，激勵線圈通以低頻交流電，測量線圈能測到來自激勵線圈的穿過管壁后返回管內的磁場信號，從而有效地檢測金屬管子內壁缺陷和壁厚減薄程度。
4.2常規渦流檢測的原理：
常規渦流檢測的原理是：當載有交變電流的檢測線圈靠近導電試件時，由于激勵線圈磁場的作用，試件中會產生渦流，而渦流的大小、相位及流動形式試件導電性能的影響，同時產生的渦流也會形成一個磁場，這個磁場反過來又會使檢測線圈的阻抗發生變化，因此通過測定檢測線圈阻抗的變化就能判斷出被檢試件的性能及有無缺陷等。
5 、在役空冷器翅片管的渦流檢測：
5.1 檢測方法的確定：
根據設備結構特點和腐蝕特性，我們認為：
* 因管子材料為碳鋼，磁導率μ遠遠大于1，是鐵磁性材料，因此一般的常規渦流檢測的方法由于滲透深度太小，根本無法檢測。
*在渦流檢測中，一般探傷用來發現管壁中較小的局部缺陷，而測厚用來檢查管壁較大范圍內的壁厚變化。而空冷器翅片管的主要問題是由于油氣的沖刷腐蝕造成的局部管壁沖蝕，有一定的面積，甚至影響到該區域的管壁平均壁厚值減薄，因此除了進行渦流探傷外，還應進行危險區域的管壁厚度檢測，以便綜合判斷。
5.2 檢測儀器及探頭的準備
* 檢測儀器我們選用國產ET-556H便攜式全數字電腦多頻遠場渦流儀。該檢測儀采用全數字化電路設計、微電腦控制、專用數據分析軟件進行分析等多項先進技術，具有良好的穩定性和較高的性能價格比；并且同時具備常規和遠場渦流檢測的功能。
5.3 檢測探頭的制備
* 遠場渦流檢測雖能對管壁缺陷進行有效的檢測，但針對鋁質翅片管來說，也有其局限性。其一：由于遠場渦流在管外測沿軸向傳播，在傳播路徑上必然會受到鋁質翅片的阻擋而衰減，因而檢測靈敏度會有所降低。其二：遠場探頭的檢測線圈比較長，對于較小的腐蝕坑，檢測精度較低，不易檢出。
* 我們通過多年的研究和試驗分析并經過多次現場檢測的實際應用，使用專門設計制作的系列檢測探頭，能夠比較快速準確地檢測出高壓空冷器翅片管內壁的腐蝕坑和腐蝕減薄等缺損。
5.4 對比標樣管的制作
* 對于空冷器翅片管使用過程中往往是內壁產生腐蝕坑和腐蝕減薄的特點，我們分別設計了渦流探傷和渦流測厚兩種對比標樣試管。（見下圖）根據標準，試管截取和被檢管規格材質完全一樣的無缺陷的帶鋁翅片鋼管段，以期獲得相同的檢測狀態。
* 探傷標樣管的人工缺陷我們加工了通孔以及2mm、內壁環槽和模擬內壁腐蝕坑缺陷的電火花加工的一定寬度和深度的內壁坑。
* 測厚標樣管我們根據高壓空冷器翅片管的腐蝕特點，我們特別加工成內減薄的形式，做成3個臺階，以便調整儀器參數時能獲得良好的線性方程，提高測厚的精度。
5.5 、 在役設備的現場檢測
5.5.1渦流管壁厚檢測實例：
某廠兩臺在役高壓空冷器，翅片管規格為:25.4×3.2×10506mm，材質:A516GR60和A213，從93年投用至今已經使用了很多年，08年5月發生了爆管，廠方委托我們對該臺空冷器的翅片管做全面的渦流檢測，以期全面了解該臺設備的腐蝕情況和腐蝕成因，為能及時采取相應措施、保證設備安全運行提供可靠的依據。
我們在全面了解了該臺設備的基本狀況、運行記錄和使用情況后，制定了詳細的檢測方案，并在實驗室做了一系列的試驗等準備工作。
經過全面的渦流腐蝕檢測后，發現該臺設備由于使用年限已經很長，存在的主要問題是，不少列管已經發生了大面積的沖刷腐蝕減薄和多處局部垢下腐蝕而形成的腐蝕坑；但是腐蝕缺陷的產生部位沒有一定的規律。特別是最下面的一排，腐蝕情況最厲害。我們對最大腐蝕減薄量達壁厚10%以上共16根列管的缺陷信號和位置進行了逐根記錄。其中爆管的那根列管在爆管部位壁厚截面平均值測得僅為1.6mm（原始壁厚應為3.2mm），由于測得的厚度是最薄截面積的平均值，因此最薄部位的實際厚度要遠遠小于1.6mm，（經過管子解剖后超聲定點測量，破口部位實際最薄壁厚小于0.8mm）。檢測結果與經合肥通用機械研究所解剖分析驗證結果完全吻合，證明了我們的檢測結果是準確可靠的。
上圖可以看出管內壁有明顯的由于大面積沖刷腐蝕痕跡以及由此造成的列管內壁單側腐蝕減薄。
從上圖我們可以清楚看出管內壁局部腐蝕坑和腐蝕減薄；以及有腐蝕的列管和沒有腐蝕的列管的截面對比。
上圖是渦流檢測的信號圖，從圖上我們可以看出列管存在多處腐蝕減薄缺陷。
5.5.2影響檢測精度的因素：
*管束檢測前的清洗：
由于高壓空冷器經過長時間的運行后，管內都會存在大量的強磁性腐蝕產物和結垢，甚至堵塞管子，造成合適的檢測探頭不能插入；更重要的是遠場渦流檢測拾取的信號很微弱，若管內的結垢和磁性污物會產生嚴重的磁性干擾信號，直接造成檢測靈敏度和準確度的大大降低。因此在檢測前對所測列管是否進行充分、徹底的清洗（必要時用高壓射流反復清洗）將直接影響檢測結果的準確性。
* 被測管材質的影響：
被測管材質一般為碳鋼，因此常規的渦流方法無效，必須采用遠場渦流技術。我們發現若換熱管為進口材質，則材料的組織均勻性較好，檢測干擾信號就很小，但有些國內生產加工的碳鋼管，其組織均勻性較差，檢測中就會帶來許多干擾信號，給缺陷的判別帶來困難。
*襯管的影響：
一般在油氣進口端管口內有一段襯管，使管口內徑變小，只能用較小直徑的探頭檢測，而插入到內部后管內徑變大，填充系數減小，檢測的靈敏度降低。但在焦化、催化、重整及常減壓等中低壓空冷翅片管的檢測中，由于沒有襯管的影響，檢測速度和檢測結果非常理想。
6、有待改進的問題：
* 由于采用了周向線圈，只能對所測部分的管壁缺陷產生周向平均效應，因此，若管壁單邊減薄（一側厚一側薄），則只能測到這一段的壁厚平均值。同樣，對一個腐蝕坑，所測得的深度數據也可能比實際深度要小一些。在對檢測數據進行分析時，必須要考慮這個誤差。
* 由于遠場渦流的特點和受多種因素的影響，此項技術還不能發現比較小的體積缺陷，如小腐蝕坑或者微小的裂紋信號，一般可檢查到大于3mm小孔的缺陷。
7、結語：
對于帶翅片的高壓空冷器管束的渦流檢測，在國內還處于起步階段，取得比較成功的檢測經驗的報道還比較少；從目前的檢測效果來看，渦流檢測是唯一的有效方法。但進行渦流檢測，常用的探頭和檢測參數無法得到準確的結果，必須針對翅片的影響，使用特別的探頭和檢測參數。我們這幾年在這方面做了大量的工作，取得了比較成功的經驗；這一點，不僅得到了使用廠家的認可，而且檢測結果得到了權威機構的解剖驗證。以后，我們將在這方面做更進一步的研究工作，以保障加氫裂化高壓空冷器的連續安全運行。
參考文獻：
[1] 合肥通用機械研究所壓力容器檢驗站，《加氫裂化高壓空冷管束檢測與腐蝕性分析》報告
[2] 徐可北 周俊華主編培訓教材 《渦流檢測》北京.機械工業出版社
[3] 南京優悅科技有限公司，鎮海煉化加氫裂化高壓空冷翅片管渦流檢測報告（2008.05
作者: MT006 時間: 2012-9-21 10:20
很好，過來支持一下
作者: xq279930372 時間: 2012-9-22 08:53
{:soso_e163:}
作者: xq279930372 時間: 2012-9-22 08:54
{:soso_e163:}
作者: Lookforcracks 時間: 2012-9-28 15:06
{:soso_e179:}{:soso_e179:}{:soso_e179:}
作者: 107659109 時間: 2012-12-18 08:36
導波檢測翅片管效果很好，廣石化有過案例
作者: 汪冬兵 時間: 2013-2-28 11:50
目前，我們已經檢測過石化系統高壓空冷器翅片管一百多臺（包括廣石化的加氫裂化高壓空冷器翅片管）。
作者: 雨多 時間: 2013-3-29 17:04
很好的文章
作者: 汪冬兵 時間: 2013-4-15 09:24
渦流檢測只是個方法，應用于不同的場合，才是我們這些技術人員的思考方向。
作者: 王聯國 時間: 2013-4-16 15:30
應該頂一下
作者: 小兵 時間: 2013-4-27 08:35
學習了。謝謝分享！
作者: katherina 時間: 2013-8-7 11:16
有認識從事渦流探頭的研發人員嗎
作者: 汪冬兵 時間: 2013-8-8 08:21
我們的探頭都是自己做。有什么需求嗎？
作者: 汪冬兵 時間: 2013-8-22 10:59
從我們檢測空冷器翅片管的效果看，非鐵磁性管束要比鐵磁性管束復雜（外面的翅片都是鋁片）
作者: N-D-E 時間: 2015-2-1 10:06
說得好！
作者: 汪冬兵 時間: 2015-3-6 15:34
謝謝
作者: jorsonsh 時間: 2015-3-6 16:17
yue du l !
作者: 汪冬兵 時間: 2015-5-25 09:18
必須要考慮管外翅片的影響，而且影響很大。
作者: wanqinwen 時間: 2015-6-15 23:10
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作者: 汪冬兵 時間: 2015-6-16 08:03
你的發言是為了做廣告嗎？
作者: N-D-E 時間: 2016-5-25 13:02
汪工，看不到圖片。
作者: 汪冬兵 時間: 2016-5-25 15:28
貼上去的時候，照片上不去。要么，我給你發一份完整的文章？
作者: 汪冬兵 時間: 2016-5-25 15:32
導波現場檢測在用冷換管束的靈敏度太低。
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