石化系統(tǒng)中的渦流檢測(cè)技術(shù)
石化系統(tǒng)中的渦流檢測(cè)技術(shù)
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)都獲得了長(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
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)
用阻抗平面顯示,以便能實(shí)時(shí)獲得缺陷信
1. 號(hào)的李薩育圖形,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(kāi),提高信噪比。
2. 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,以便干擾。
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,需要預(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),找出頻率、相位、增益等參數(shù)的較高值。在較好情況下,對(duì)標(biāo)樣管上的人工缺陷圖形。
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
檢測(cè)前遵照有關(guān)規(guī)定辦好必要的手續(xù)并落實(shí)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。
(二) 實(shí)施檢測(cè)
儀器架設(shè)要可靠,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(méi)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。
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)。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](méi)缺陷信號(hào),因此抑制干擾。常用的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)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(jiàn),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(jiàn),在征求廠方意見(jiàn)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)行了修改,保證了設(shè)備的正常開(kāi)車運(yùn)測(cè)厚: