加氫裂化在役高壓空冷器翅片管束渦流檢測(cè)的應(yīng)用研究

只看該作者 · 2012-9-21 10:04:20

加氫裂化在役高壓空冷器翅片管束渦流檢測(cè)的應(yīng)用研究

（南京優(yōu)悅科技有限公司，江蘇南京 210033）

摘要：針對(duì)煉油加氫高壓空冷器翅片管的腐蝕特點(diǎn)，結(jié)合遠(yuǎn)場(chǎng)渦流和常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)能準(zhǔn)確檢測(cè)出在役空冷器翅片管中的缺陷。本文重點(diǎn)介紹了在役空冷器翅片管的渦流檢測(cè)方法，并以我們的檢測(cè)結(jié)果和解剖結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明該檢測(cè)方法具有較高的準(zhǔn)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(guān)鍵設(shè)備之一，一般每套加氫裂化裝置都有八臺(tái)反應(yīng)流出物高壓空冷器。我國(guó)早期加氫裂化裝置的設(shè)計(jì)都是以低硫減壓蠟油為原料,隨著原料油供應(yīng)的日益緊張，很多煉油企業(yè)已經(jīng)逐步加工高含硫劣質(zhì)原油，雖然多數(shù)裝置已進(jìn)行了高壓脫硫改造或新裝置增加了高壓脫硫設(shè)計(jì)，但高壓空冷器的腐蝕問(wèn)題仍然無(wú)法擺脫，嚴(yán)重的甚至?xí)斐筛g穿孔引起介質(zhì)的泄漏。由于高壓空冷器管束盛裝介質(zhì)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(shè)想。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家煉油企業(yè)的高壓空冷器出現(xiàn)過(guò)這種情況。因此，采取有效的檢測(cè)方

法，檢測(cè)并了解翅片管產(chǎn)生的腐蝕缺陷，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)準(zhǔn)確評(píng)估和判斷翅片管的使用壽命，從而及時(shí)采取措施，保證裝置經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行就顯得尤為重要。

為準(zhǔn)確有效的檢測(cè)出高壓空冷器翅片管的腐蝕狀況，南京優(yōu)悅科技有限公司利用自身在渦流檢測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)了解了設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝流程狀況后，逐步總結(jié)出一套能比較準(zhǔn)確反映翅片管腐蝕情況的檢測(cè)手段和方法。并已經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)廠家的多次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)驗(yàn)證。

2 、空冷器翅片管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

如上圖所示，高壓空冷器管束的基管的材質(zhì)一般為合金鋼或者是碳鋼，外面密集排列了鋁質(zhì)的翅片，在每根管子的進(jìn)口端都有一定長(zhǎng)度的、厚度約為1mm不銹鋼襯套管，目的是為了減緩介質(zhì)旋流剛進(jìn)管子時(shí)對(duì)管子入口端造成沖刷腐蝕。一般每臺(tái)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(diǎn)：

由于翅片管外壁是直接接觸大氣的，因而一般不會(huì)發(fā)生外壁腐蝕；而在管內(nèi)壁，由于油氣介質(zhì)和添加物結(jié)晶體的沖刷腐蝕和管內(nèi)垢下腐蝕的共同作用，會(huì)造成許多腐蝕凹坑，甚至出現(xiàn)較大面積的壁厚減薄。這種蝕坑和腐蝕減薄發(fā)生的區(qū)域是沒有規(guī)律的。減薄嚴(yán)重還會(huì)發(fā)生爆管（這個(gè)特點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和解剖后得到了驗(yàn)證）。

4 、渦流檢測(cè)的原理：

4.1遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)的原理：

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流（RFEC Remote Field Eddy Current）檢測(cè)技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流技術(shù)。它的探頭通常為內(nèi)穿過(guò)式探頭，由一個(gè)激勵(lì)線圈和一個(gè)設(shè)在與激勵(lì)線圈相距2至3倍管徑處的測(cè)量線圈構(gòu)成，激勵(lì)線圈通以低頻交流電，測(cè)量線圈能測(cè)到來(lái)自激勵(lì)線圈的穿過(guò)管壁后返回管內(nèi)的磁場(chǎng)信號(hào)，從而有效地檢測(cè)金屬管子內(nèi)壁缺陷和壁厚減薄程度。

4.2常規(guī)渦流檢測(cè)的原理：

常規(guī)渦流檢測(cè)的原理是：當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近導(dǎo)電試件時(shí)，由于激勵(lì)線圈磁場(chǎng)的作用，試件中會(huì)產(chǎn)生渦流，而渦流的大小、相位及流動(dòng)形式試件導(dǎo)電性能的影響，同時(shí)產(chǎn)生的渦流也會(huì)形成一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又會(huì)使檢測(cè)線圈的阻抗發(fā)生變化，因此通過(guò)測(cè)定檢測(cè)線圈阻抗的變化就能判斷出被檢試件的性能及有無(wú)缺陷等。

5 、在役空冷器翅片管的渦流檢測(cè)：

5.1 檢測(cè)方法的確定：

根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和腐蝕特性，我們認(rèn)為：

* 因管子材料為碳鋼，磁導(dǎo)率μ遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，是鐵磁性材料，因此一般的常規(guī)渦流檢測(cè)的方法由于滲透深度太小，根本無(wú)法檢測(cè)。

*在渦流檢測(cè)中，一般探傷用來(lái)發(fā)現(xiàn)管壁中較小的局部缺陷，而測(cè)厚用來(lái)檢查管壁較大范圍內(nèi)的壁厚變化。而空冷器翅片管的主要問(wèn)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(qū)域的管壁平均壁厚值減薄，因此除了進(jìn)行渦流探傷外，還應(yīng)進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域的管壁厚度檢測(cè)，以便綜合判斷。

5.2 檢測(cè)儀器及探頭的準(zhǔn)備

* 檢測(cè)儀器我們選用國(guó)產(chǎn)ET-556H便攜式全數(shù)字電腦多頻遠(yuǎn)場(chǎng)渦流儀。該檢測(cè)儀采用全數(shù)字化電路設(shè)計(jì)、微電腦控制、專用數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有良好的穩(wěn)定性和較高的性能價(jià)格比；并且同時(shí)具備常規(guī)和遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)的功能。

5.3 檢測(cè)探頭的制備

* 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)雖能對(duì)管壁缺陷進(jìn)行有效的檢測(cè)，但針對(duì)鋁質(zhì)翅片管來(lái)說(shuō)，也有其局限性。其一：由于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流在管外測(cè)沿軸向傳播，在傳播路徑上必然會(huì)受到鋁質(zhì)翅片的阻擋而衰減，因而檢測(cè)靈敏度會(huì)有所降低。其二：遠(yuǎn)場(chǎng)探頭的檢測(cè)線圈比較長(zhǎng)，對(duì)于較小的腐蝕坑，檢測(cè)精度較低，不易檢出。

* 我們通過(guò)多年的研究和試驗(yàn)分析并經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用，使用專門設(shè)計(jì)制作的系列檢測(cè)探頭，能夠比較快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出高壓空冷器翅片管內(nèi)壁的腐蝕坑和腐蝕減薄等缺損。

5.4 對(duì)比標(biāo)樣管的制作

* 對(duì)于空冷器翅片管使用過(guò)程中往往是內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕坑和腐蝕減薄的特點(diǎn)，我們分別設(shè)計(jì)了渦流探傷和渦流測(cè)厚兩種對(duì)比標(biāo)樣試管。（見下圖）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，試管截取和被檢管規(guī)格材質(zhì)完全一樣的無(wú)缺陷的帶鋁翅片鋼管段，以期獲得相同的檢測(cè)狀態(tài)。

* 探傷標(biāo)樣管的人工缺陷我們加工了通孔以及2mm、內(nèi)壁環(huán)槽和模擬內(nèi)壁腐蝕坑缺陷的電火花加工的一定寬度和深度的內(nèi)壁坑。

* 測(cè)厚標(biāo)樣管我們根據(jù)高壓空冷器翅片管的腐蝕特點(diǎn)，我們特別加工成內(nèi)減薄的形式，做成3個(gè)臺(tái)階，以便調(diào)整儀器參數(shù)時(shí)能獲得良好的線性方程，提高測(cè)厚的精度。

5.5 、 在役設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

5.5.1渦流管壁厚檢測(cè)實(shí)例：

某廠兩臺(tái)在役高壓空冷器，翅片管規(guī)格為:25.4×3.2×10506mm，材質(zhì):A516GR60和A213，從93年投用至今已經(jīng)使用了很多年，08年5月發(fā)生了爆管，廠方委托我們對(duì)該臺(tái)空冷器的翅片管做全面的渦流檢測(cè)，以期全面了解該臺(tái)設(shè)備的腐蝕情況和腐蝕成因，為能及時(shí)采取相應(yīng)措施、保證設(shè)備安全運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。

我們?cè)谌媪私饬嗽撆_(tái)設(shè)備的基本狀況、運(yùn)行記錄和使用情況后，制定了詳細(xì)的檢測(cè)方案，并在實(shí)驗(yàn)室做了一系列的試驗(yàn)等準(zhǔn)備工作。

經(jīng)過(guò)全面的渦流腐蝕檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)設(shè)備由于使用年限已經(jīng)很長(zhǎng)，存在的主要問(wèn)題是，不少列管已經(jīng)發(fā)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(chǎn)生部位沒有一定的規(guī)律。特別是最下面的一排，腐蝕情況最厲害。我們對(duì)最大腐蝕減薄量達(dá)壁厚10%以上共16根列管的缺陷信號(hào)和位置進(jìn)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(cè)得僅為1.6mm（原始壁厚應(yīng)為3.2mm），由于測(cè)得的厚度是最薄截面積的平均值，因此最薄部位的實(shí)際厚度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1.6mm，（經(jīng)過(guò)管子解剖后超聲定點(diǎn)測(cè)量，破口部位實(shí)際最薄壁厚小于0.8mm）。檢測(cè)結(jié)果與經(jīng)合肥通用機(jī)械研究所解剖分析驗(yàn)證結(jié)果完全吻合，證明了我們的檢測(cè)結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。

上圖可以看出管內(nèi)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(nèi)壁單側(cè)腐蝕減薄。

從上圖我們可以清楚看出管內(nèi)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(duì)比。

上圖是渦流檢測(cè)的信號(hào)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(cè)精度的因素：

*管束檢測(cè)前的清洗：

由于高壓空冷器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，管內(nèi)都會(huì)存在大量的強(qiáng)磁性腐蝕產(chǎn)物和結(jié)垢，甚至堵塞管子，造成合適的檢測(cè)探頭不能插入；更重要的是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)拾取的信號(hào)很微弱，若管內(nèi)的結(jié)垢和磁性污物會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磁性干擾信號(hào)，直接造成檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度的大大降低。因此在檢測(cè)前對(duì)所測(cè)列管是否進(jìn)行充分、徹底的清洗（必要時(shí)用高壓射流反復(fù)清洗）將直接影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

* 被測(cè)管材質(zhì)的影響：

被測(cè)管材質(zhì)一般為碳鋼，因此常規(guī)的渦流方法無(wú)效，必須采用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)。我們發(fā)現(xiàn)若換熱管為進(jìn)口材質(zhì)，則材料的組織均勻性較好，檢測(cè)干擾信號(hào)就很小，但有些國(guó)內(nèi)生產(chǎn)加工的碳鋼管，其組織均勻性較差，檢測(cè)中就會(huì)帶來(lái)許多干擾信號(hào)，給缺陷的判別帶來(lái)困難。

*襯管的影響：

一般在油氣進(jìn)口端管口內(nèi)有一段襯管，使管口內(nèi)徑變小，只能用較小直徑的探頭檢測(cè)，而插入到內(nèi)部后管內(nèi)徑變大，填充系數(shù)減小，檢測(cè)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(cè)中，由于沒有襯管的影響，檢測(cè)速度和檢測(cè)結(jié)果非常理想。

6、有待改進(jìn)的問(wèn)題：

* 由于采用了周向線圈，只能對(duì)所測(cè)部分的管壁缺陷產(chǎn)生周向平均效應(yīng)，因此，若管壁單邊減薄（一側(cè)厚一側(cè)薄），則只能測(cè)到這一段的壁厚平均值。同樣，對(duì)一個(gè)腐蝕坑，所測(cè)得的深度數(shù)據(jù)也可能比實(shí)際深度要小一些。在對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，必須要考慮這個(gè)誤差。

* 由于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的特點(diǎn)和受多種因素的影響，此項(xiàng)技術(shù)還不能發(fā)現(xiàn)比較小的體積缺陷，如小腐蝕坑或者微小的裂紋信號(hào)，一般可檢查到大于3mm小孔的缺陷。

7、結(jié)語(yǔ)：

對(duì)于帶翅片的高壓空冷器管束的渦流檢測(cè)，在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，取得比較成功的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的報(bào)道還比較少；從目前的檢測(cè)效果來(lái)看，渦流檢測(cè)是唯一的有效方法。但進(jìn)行渦流檢測(cè)，常用的探頭和檢測(cè)參數(shù)無(wú)法得到準(zhǔn)確的結(jié)果，必須針對(duì)翅片的影響，使用特別的探頭和檢測(cè)參數(shù)。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(jīng)驗(yàn)；這一點(diǎn)，不僅得到了使用廠家的認(rèn)可，而且檢測(cè)結(jié)果得到了權(quán)威機(jī)構(gòu)的解剖驗(yàn)證。以后，我們將在這方面做更進(jìn)一步的研究工作，以保障加氫裂化高壓空冷器的連續(xù)安全運(yùn)行。

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