石化電力系統(tǒng)中的渦流檢測(cè)

石化電力系統(tǒng)中的渦流檢測(cè)技術(shù)

南京優(yōu)悅科技有限公司    汪冬兵

【摘要】介紹一種無(wú)損檢測(cè)方法----電磁渦流技術(shù)，來(lái)解決石化行業(yè)交換器大量換熱器的快速在役檢查。對(duì)檢測(cè)原理，方案實(shí)施，缺陷評(píng)判等進(jìn)行較詳細(xì)說(shuō)明。著重舉例在管壁探傷和測(cè)厚的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：渦流   在役檢測(cè)   探傷   測(cè)厚

電磁渦流檢測(cè)是五大常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一，尤其近年來(lái)無(wú)論儀器和檢測(cè)技術(shù)都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在石化、電力、冶金等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。本文僅從石化系統(tǒng)熱交換器的在役檢測(cè)這一專題來(lái)介紹這一技術(shù)的實(shí)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(qiáng)腐蝕介質(zhì)中運(yùn)行，由于介質(zhì)腐蝕、沖刷、疲勞應(yīng)力等作用，會(huì)使列管管壁產(chǎn)生各種腐蝕缺陷、損傷和壁厚減薄，這將嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。因此對(duì)這些在役換熱器管進(jìn)行定期檢測(cè)，掌握缺陷的存在及發(fā)展情況，是保證整臺(tái)設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

在目前的幾種常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中，電磁渦流檢測(cè)方法由于檢測(cè)速度快、靈敏度高、非接觸式檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，因而成為目前換熱器管的唯一有效的檢測(cè)手段。

一.檢測(cè)原理

電磁渦流檢測(cè)的理論基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)。在探頭的激勵(lì)線圈中通以高頻交變電流，在附近的被測(cè)管壁中就會(huì)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(cè)線圈的阻抗和感生電壓發(fā)生改變，測(cè)出這種變化，就可得出管子的尺寸及缺陷情況。

二.檢測(cè)儀器  

目前在石化系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的多頻渦流檢測(cè)儀其典型的原理方框圖如圖2。

為滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求，儀器至少應(yīng)具備以下特點(diǎn)：

1．  用阻抗平面顯示，以便能實(shí)時(shí)得到缺陷信號(hào)的李薩育圖形，全面反映缺陷信號(hào)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(hào)分開，提高信噪比。

2．  必須采用自動(dòng)平衡技術(shù)。

3．  為適應(yīng)不同的檢測(cè)對(duì)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(cè)功能，以便有效抑制干擾。

5．  隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在大多數(shù)渦流儀都采用計(jì)算機(jī)對(duì)檢測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)還可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，例如混頻、報(bào)警設(shè)定、相位分析、數(shù)值存儲(chǔ)記錄等工作，大大提高了檢測(cè)速度和準(zhǔn)確性。

三.標(biāo)樣制作

渦流檢測(cè)是一種比較法檢測(cè)，為了調(diào)試儀器、評(píng)定缺陷，必須預(yù)先制作標(biāo)準(zhǔn)樣管。目前大多按照ASME（美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）有關(guān)規(guī)定進(jìn)行加工，典型的探傷標(biāo)樣管和測(cè)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(diǎn)，探頭只能從管內(nèi)插入，要按被測(cè)管的尺寸材料來(lái)制作專用檢測(cè)探頭。在探傷時(shí)，應(yīng)采用自比較式差動(dòng)線圈，以利于檢出裂紋、蝕坑等微小缺陷，測(cè)量管壁厚度時(shí)，應(yīng)采用外比較式線圈。

五.樣管標(biāo)定

正式檢測(cè)前必須利用標(biāo)準(zhǔn)樣管對(duì)儀器進(jìn)行參數(shù)選擇和設(shè)定，可根據(jù)渦流滲透深度公式進(jìn)行檢測(cè)頻率預(yù)選，再對(duì)標(biāo)樣管進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步修正參數(shù)，最后找出頻率、相位、增益等參數(shù)的最佳值。在最佳情況下，對(duì)標(biāo)樣管上的人工缺陷可得到圖5的信號(hào)圖形。

              

從圖中可看出，不同深度的內(nèi)外壁缺陷信號(hào)的相位角是不同的。理論和實(shí)踐都表明，缺陷深度與信號(hào)相位角之間存在著如圖6的關(guān)系。

在實(shí)際檢測(cè)中，將檢測(cè)到的缺陷信號(hào)相位角與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照，即可判定缺陷的相對(duì)深度。

六.實(shí)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(cè)技術(shù)對(duì)數(shù)千根列管進(jìn)行探傷和測(cè)厚檢查。設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)如圖7。

  

(一) 檢測(cè)前的準(zhǔn)備

檢測(cè)前必須遵照有關(guān)規(guī)定辦好必要的手續(xù)并落實(shí)安全措施，對(duì)被測(cè)管子應(yīng)進(jìn)行清洗，去除管內(nèi)雜物，以保證探頭能順利地插入。同時(shí)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(wèn)題，并編制管子排列圖7。

(二) 實(shí)施檢測(cè)

儀器架設(shè)要安全可靠，參數(shù)設(shè)定以標(biāo)樣管為準(zhǔn)，檢測(cè)探頭可以人工拉動(dòng)也可電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為保證檢測(cè)效率又不能漏過(guò)缺陷，探頭拉動(dòng)速度以1米/秒為宜。一般情況下，在探頭拉出時(shí)進(jìn)行觀察、分析、并存儲(chǔ)記錄。當(dāng)然，若是經(jīng)驗(yàn)豐富的檢測(cè)人員，且對(duì)設(shè)備的狀況十分了解，在進(jìn)行探傷檢查時(shí)，也可只對(duì)有問(wèn)題的管子再進(jìn)行復(fù)查并記錄，對(duì)于大量沒有問(wèn)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(yīng)對(duì)每一根管子進(jìn)行全長(zhǎng)檢查（特殊要求例外）。檢測(cè)時(shí)應(yīng)做好各種參數(shù)和信號(hào)的記錄，在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)定時(shí)對(duì)儀器參數(shù)及標(biāo)樣管進(jìn)行標(biāo)定，以確保儀器參數(shù)的穩(wěn)定，防止漏檢。

(三) 缺陷評(píng)定

    根據(jù)設(shè)備的具體情況，有時(shí)主要發(fā)生管壁的腐蝕、裂紋、穿孔等缺陷，而有時(shí)主要發(fā)生管壁的均勻腐蝕減薄，因此檢測(cè)的著重點(diǎn)有時(shí)以探傷為主，有時(shí)又以測(cè)壁厚為主，這時(shí)檢測(cè)的參數(shù)、探頭、標(biāo)樣也不同。

為說(shuō)明問(wèn)題，下面分別敘述：

探傷：

1．目的及特點(diǎn)

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(dòng)式自比較檢測(cè)線圈，這種探頭檢測(cè)速度快，并可區(qū)分內(nèi)外壁缺陷，判斷缺陷的相對(duì)深度。但它的檢測(cè)靈敏度與裂紋的走向有關(guān)，對(duì)于管壁中的環(huán)向裂紋，由于與渦流的方向一致，對(duì)渦流的干擾較小，因而難于檢測(cè)到，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)多次的檢測(cè)中都證實(shí)了這一點(diǎn)。為解決這一問(wèn)題，應(yīng)采用斜線圈或點(diǎn)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(huì)對(duì)檢測(cè)造成一定干擾，如果恰在此部位管子存在缺陷，則干擾信號(hào)將會(huì)與缺陷信號(hào)疊加形成復(fù)合信號(hào)而難于判別，有時(shí)甚至?xí)蜎]缺陷信號(hào)，因此必須抑制干擾。常用的有效方法是采用混頻技術(shù)。也可采用點(diǎn)式旋轉(zhuǎn)探頭，但檢測(cè)成本較高，速度也慢一些。此外還可能存在一些無(wú)規(guī)則的電磁異常點(diǎn)等干擾，則要求檢測(cè)人員有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷。

3．檢測(cè)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(chǎng)發(fā)生畸變，使缺陷信號(hào)難于檢測(cè)。根據(jù)具體情況不同，這個(gè)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(píng)定

對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷信號(hào)進(jìn)行評(píng)定是檢測(cè)最關(guān)鍵的技術(shù)。由于現(xiàn)場(chǎng)的情況十分復(fù)雜，單靠上述原理有時(shí)根本無(wú)法判別，尤其對(duì)多信號(hào)疊加形成的復(fù)合信號(hào)更難于分辨，這就要求技術(shù)人員有豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)所測(cè)設(shè)備的充分了解，有時(shí)對(duì)一些疑難信號(hào)還需拔管解剖驗(yàn)證。例如，在某化肥廠的新甲銨冷凝器檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)大量復(fù)雜信號(hào)，信號(hào)波形如圖8。

由圖可見，這是一個(gè)較復(fù)雜的缺陷信號(hào)，經(jīng)復(fù)查和分析，認(rèn)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(tái)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(chǎng)拔管驗(yàn)證。在測(cè)定的位置用放大鏡看到兩條極細(xì)的縱向裂紋，后經(jīng)金相照片顯示，裂紋深度已達(dá)60%，由外壁向內(nèi)壁發(fā)展。由于查到并確認(rèn)了裂紋，引起了該廠的重視，及時(shí)對(duì)缺陷管進(jìn)行了修復(fù)，保證了設(shè)備的正常開車運(yùn)行。

測(cè)厚：

1．重要性

對(duì)某些設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于工藝條件的不同，一般不會(huì)發(fā)生裂紋、蝕坑等缺陷，但在管子的某一段會(huì)產(chǎn)生均勻腐蝕，使管壁每年以一定的速率減薄，當(dāng)減薄到一定厚度時(shí)，如不處理，就有爆管的危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全運(yùn)行，對(duì)這種設(shè)備，就必須經(jīng)常進(jìn)行渦流測(cè)厚，找出每根管子的最薄壁厚值，并可計(jì)算出所有管子的壁厚平均值，進(jìn)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這臺(tái)設(shè)備最終都以管壁減薄、導(dǎo)致堵管過(guò)多而報(bào)廢。因此每次大修進(jìn)行全部管子測(cè)厚是必不可少的檢測(cè)項(xiàng)目。

2．檢測(cè)特點(diǎn)

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(shí)采用較低的檢測(cè)頻率，一般為1KHz左右。由于管外的碳鋼管板會(huì)造成極大干擾，此處較難檢測(cè)。當(dāng)探頭拉出時(shí)，所記錄的數(shù)據(jù)為這根管子的最薄段在各方位上的壁厚平均值。

3．檢測(cè)精度

在儀器和探頭、標(biāo)樣管正常情況下，壁厚的測(cè)量精度為±0.05mm。我們?cè)鴮?duì)幾段不同尺寸的管子做了解剖試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如下：

    

    管號(hào)

  

壁厚

      

61-26-8

      

BB-16

      

TT-01

      

TT-02

  
    

卡尺實(shí)

  

測(cè) 值

  

mm

      

1.74

      

2.83

      

1.82

      

1.95

  
    

儀器

  

檢測(cè)值   mm

      

1.75

      

2.85

      

1.80

      

1.90

  
    

誤 差

  

mm

      

0.01

      

0.02

      

—0.02

      

—0.05

  

4．?dāng)?shù)據(jù)處理

由于管子數(shù)量多，每次需要讀取并記錄的數(shù)據(jù)都在幾千個(gè)以上，近來(lái)都采用微機(jī)直接讀取渦流信號(hào)，轉(zhuǎn)換成壁厚值，并實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)在硬盤上。由于事先編制了管子排列圖，只要按一定次序逐根檢測(cè)，就可自動(dòng)將每根管子的壁厚值填入相應(yīng)的位置。求平均值、分類等工作也可瞬間完成，并可隨時(shí)打印。

5．工作效率

由于渦流檢測(cè)的非接觸測(cè)量及微機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力，使得測(cè)厚工作的效率非常高，2～3名操作人員每個(gè)工作日可完成1200根管子的測(cè)厚工作，并能立即打印出檢測(cè)報(bào)告。這在現(xiàn)場(chǎng)搶修時(shí)間緊急時(shí)是很有意義的，能夠立刻給出結(jié)果，供廠家快速修理，減少停車時(shí)間就意味著效益。

七.經(jīng)濟(jì)效益

石化企業(yè)的生產(chǎn)都是連續(xù)進(jìn)行的，如何保證設(shè)備的安全長(zhǎng)周期運(yùn)行是提高效益的關(guān)鍵。多年的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明：有計(jì)劃地對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，確實(shí)能預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷，掌握設(shè)備的實(shí)際狀況，并預(yù)測(cè)其殘余壽命，不僅能合理地安排修理與更換，減少非計(jì)劃停車，同時(shí)可以從設(shè)備的異常情況來(lái)分析出操作或工藝中的問(wèn)題，以便使操作更加優(yōu)化。

八.技術(shù)發(fā)展

目前，渦流檢測(cè)在我國(guó)石化系統(tǒng)已應(yīng)用達(dá)16年之久，技術(shù)已相當(dāng)成熟，隨著遠(yuǎn)場(chǎng)渦流理論的提出和遠(yuǎn)場(chǎng)渦流儀的推廣使用，對(duì)于各種厚壁管和碳合金鋼管的在役檢測(cè)也逐步廣泛使用。針對(duì)設(shè)備中某些難于檢查的部位，也研制開發(fā)了各種專用檢測(cè)探頭。計(jì)算機(jī)技術(shù)與渦流檢測(cè)相結(jié)合使得檢測(cè)信息處理更加快速準(zhǔn)確。這些都使渦流檢測(cè)技術(shù)在石化系統(tǒng)中的應(yīng)領(lǐng)域日益擴(kuò)展。

{:soso_e179:}