曲申，張道君，周家成，米孜拉夫·麥麥提，徐文明

（中國石油獨(dú)山子石化公司乙烯廠，新疆 獨(dú)山子 833699）

渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)加氫裝置二段冷卻器的安全性能評(píng)價(jià)

曲申，張道君，周家成，米孜拉夫·麥麥提，徐文明

（中國石油獨(dú)山子石化公司乙烯廠，新疆 獨(dú)山子 833699）

某公司針對(duì)換熱器換熱管泄漏問題，采用了渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)該換熱器的換熱管進(jìn)行檢驗(yàn)。渦流檢測(cè)的主要目的：根據(jù)渦流檢測(cè)數(shù)據(jù)和圖像，評(píng)定冷換設(shè)備管束換熱管壁厚損失情況，據(jù)此提出處理措施和建議。檢測(cè)結(jié)果表明冷卻器換熱管存在明顯的減薄和缺陷，不能滿足長(zhǎng)周期運(yùn)行要求，需要采取進(jìn)一步的防護(hù)措施，保證安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

渦流檢測(cè)；性能；腐蝕；汽油加氫

中石油獨(dú)山子石化分公司乙烯廠乙烯一聯(lián)合車間加氫裝置10-E-6413作為二段加氫反應(yīng)器出料冷卻器是該裝置的關(guān)鍵設(shè)備，若該換熱器列管泄漏將導(dǎo)致裝置非計(jì)劃停工?；谝陨锨闆r，對(duì)該換熱器的性能評(píng)估成為迫切需要解決的問題，只有掌握了這臺(tái)設(shè)備的性能才能為下一步采取措施提供依據(jù)。

1 二段冷卻器運(yùn)行參數(shù)、列管分布圖

1.1 設(shè)備參數(shù)

10-E-6413換熱器是汽油加氫裝置二段冷卻結(jié)構(gòu)形式為AES，換熱器規(guī)格為φ1900×34×14575，換熱面積1828m2，管程材質(zhì)為10#鋼，具體運(yùn)行參數(shù)詳見下表1。

1.2 換熱器管程分布圖（圖1）

圖1 10-E-6413換熱器管程分布圖

2 設(shè)備缺陷檢驗(yàn)的難點(diǎn)

對(duì)于浮頭式換熱器檢驗(yàn)其性能主要從兩個(gè)方面入手，一是殼程，另一方面是管程。殼程的評(píng)估主要通過全面檢驗(yàn)來完成。此項(xiàng)工作已經(jīng)于2015年大修時(shí)完成。結(jié)果顯示該換熱器殼程及接管部位均不存在任何問題，能夠安全平穩(wěn)運(yùn)行下去。所以，對(duì)這臺(tái)設(shè)備的性能評(píng)估的重點(diǎn)和難點(diǎn)就是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)管程的檢驗(yàn)，換熱器能否安全穩(wěn)定運(yùn)行，最主要的是檢查換熱器的列管是否存在隱患。運(yùn)行多年后的換熱器列管如果存在問題一般包括兩方面，首先是列管經(jīng)過多年運(yùn)行可能存在沖刷減薄的情況，其次是列管材料原始存在的缺陷，如果存在以上問題就要考慮在合適機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行整體更換。

表1 換熱器運(yùn)行參數(shù)表

2.1 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)的基本原理

渦流檢測(cè)技術(shù)屬于無損且能夠?qū)崿F(xiàn)在役檢測(cè)，在本公司石化乙烯裝置應(yīng)用還是首次。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測(cè)技術(shù)。探頭由激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈構(gòu)成，通常為內(nèi)通過式，檢測(cè)線圈與激勵(lì)線圈相距約二倍管內(nèi)徑的長(zhǎng)度，激勵(lì)線圈通過低頻交流電，檢測(cè)線圈能夠拾取發(fā)自激勵(lì)線圈穿過管壁后又返回管內(nèi)的渦流信號(hào)，從而有效地檢測(cè)金屬管子的內(nèi)、外壁缺陷和管壁的厚薄情況。

如圖2所示，在激勵(lì)線圈附近是渦流直接感應(yīng)的近場(chǎng)區(qū)，常規(guī)渦流檢測(cè)即在此區(qū)域，因此無論哪種線圈配置，都要求檢測(cè)線圈與激勵(lì)線圈靠的很近，以便相互間的耦合，得到較高檢測(cè)靈敏度。研究表明，激勵(lì)磁場(chǎng)除了主要發(fā)生在近場(chǎng)區(qū)外，還有極小的一部分能量會(huì)穿透管壁沿軸向傳播，一般認(rèn)為在距激勵(lì)線圈約2．5倍管徑以外即完全沒有近場(chǎng)渦流的影響而進(jìn)入遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。若在此處放置檢測(cè)線圈，則管外的渦流能量流會(huì)再次穿透管壁而被檢測(cè)到，而遠(yuǎn)場(chǎng)渦流傳播路徑上的障礙或管壁的缺損、電導(dǎo)率磁導(dǎo)率變化等都將影響遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的幅值及相位，從而能被檢測(cè)到。當(dāng)然這部分渦流是十分微弱的，一般也只有μV數(shù)量級(jí)，因此必須有高靈敏度的放大器才能有效檢測(cè)到。

2.2 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)的組成

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)設(shè)備一般由下列五個(gè)部分組成。

（1）振蕩器：作為驅(qū)動(dòng)線圈的激勵(lì)源，同時(shí)提供相位測(cè)量的參考信號(hào)。

（2）功率放大器：用來提高激勵(lì)源的信號(hào)。

（3）探頭的驅(qū)動(dòng)定位裝置：它包括探頭和確定探頭軸向位置的編碼和數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)。

（4）相位及幅值檢測(cè)器：通常選用鎖相放大器來測(cè)量檢測(cè)線圈的信號(hào)。

（5）微型計(jì)算機(jī)：用于儲(chǔ)存、處理和顯示檢測(cè)信號(hào)和數(shù)據(jù)。

2.3 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的傳播規(guī)律

為了得到一定強(qiáng)度的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流，激勵(lì)線圈的激勵(lì)頻率一般保持在幾十Hz到幾百Hz之間。研究表明在檢測(cè)線圈處得到的相位是隨管壁厚度呈線性滯后的，而磁感應(yīng)強(qiáng)度隨管壁厚度呈指數(shù)衰減。如下式：

圖2 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)

式中令

在確定的頻率下遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的檢測(cè)線圈電壓相位與激勵(lì)線圈電壓相位的滯后角度是與管壁的厚度成正比的，若管壁有缺損，則渦流的相位滯后會(huì)相應(yīng)減小，這是管壁測(cè)厚的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，若從遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的幅值來看，幅值與壁厚是呈螺旋線關(guān)系的。若將幅值取自然對(duì)數(shù)后，則其數(shù)值與壁厚也呈線性關(guān)系。

3 對(duì)比樣管的制作

渦流檢測(cè)是一種比較檢測(cè)法，為了得到可靠的壁厚數(shù)據(jù)，必須事先加工好壁厚減薄的對(duì)比樣管。一般應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際產(chǎn)生的壁厚減薄特點(diǎn)來制作對(duì)比樣管，例如是內(nèi)壁減薄還是外壁減薄等。對(duì)比樣管的最大減薄量應(yīng)充分考慮到可能發(fā)生的實(shí)際減薄量。考慮到遠(yuǎn)場(chǎng)檢測(cè)探頭的軸向長(zhǎng)度較長(zhǎng)，壁厚減薄臺(tái)階也應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度。如圖3。

考慮到檢測(cè)精度的要求，相鄰的兩個(gè)壁厚變化臺(tái)階不宜相差太大，定為0．5mm一檔。選取的對(duì)比樣管必須與實(shí)際檢測(cè)對(duì)象材質(zhì)規(guī)格完全一致，否則會(huì)帶來一定的系統(tǒng)誤差，10-E-6413列管的對(duì)比樣管規(guī)格為φ19×2(mm)，材質(zhì)是10#鋼。

圖3 測(cè)厚標(biāo)樣管

4 渦流檢測(cè)判定依據(jù)及結(jié)論

4.1 渦流監(jiān)測(cè)評(píng)定依據(jù)

（1）檢測(cè)結(jié)果顯示管子壁厚減薄小于20%，說明該管束在現(xiàn)有工藝條件下可以長(zhǎng)期使用。

（2）檢測(cè)結(jié)果顯示管子壁厚減薄在20%～30%之間，該管束在現(xiàn)有工藝條件下，介質(zhì)存在一定程度的腐蝕，該管束可以繼續(xù)使用，但存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）檢測(cè)結(jié)果顯示管子壁厚減薄在30%～40%之間(或者坑深在0．8～1．2mm之間，主要指壁厚為2．5mm的管子，其他壁厚的管子按照比例進(jìn)行確定)的管子定為B 類缺陷管，說明該管束存在嚴(yán)重的腐蝕，考慮堵管或進(jìn)行管束防腐處理或更換管束，該管束在現(xiàn)有工藝條件下須監(jiān)控使用。

（4）檢測(cè)結(jié)果顯示管子壁厚減薄超過40%(或者坑深＞1．2mm，主要指壁厚為2．5mm的管子，其他壁厚的管子按照比例進(jìn)行確定)的管子定為A 類缺陷管，說明該管束存在很嚴(yán)重的腐蝕，繼續(xù)使用可能導(dǎo)致管子泄漏，必須采取堵管處理，建議該管束報(bào)廢。

（5）根據(jù)管束在裝置的重要程度，對(duì)于存在問題的管束，可以降級(jí)使用，即調(diào)換到隨時(shí)能更換管束的裝置使用。

（6）根據(jù)NB/T47013．6-2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè)第六部分：渦流檢測(cè)》中規(guī)定，渦流檢測(cè)結(jié)果的判定標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 渦流測(cè)厚檢驗(yàn)結(jié)論

該換熱器換熱管2697根，本次抽檢換熱管906根，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的情況，本次檢測(cè)主要抽檢下半管程（上半管程抽檢165 根，下半管程抽檢741 根）。宏觀檢測(cè)：換熱器管束外壁存在均勻腐蝕，管板防腐已大部分脫落，管束內(nèi)壁管口處均勻腐蝕，未發(fā)現(xiàn)明顯坑蝕。渦流檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：30 根換熱管減薄量超過40%，81根換熱管壁厚損失在30%～40%之間。

5 結(jié)語

檢測(cè)完成后，對(duì)壁厚損失超過40%的30根換熱管進(jìn)行堵管處理，對(duì)壁厚損失30%～40%的81根換熱管，在不影響換熱器正常使用的條件下，建議堵管處理。并且在今后要嚴(yán)格控制工藝操作參數(shù)，加強(qiáng)水質(zhì)管理，定期進(jìn)行渦流檢測(cè)。

換熱管渦流檢測(cè)技術(shù)首次在乙烯裝置設(shè)備檢測(cè)檢驗(yàn)方面得到成功應(yīng)用，為獨(dú)山子石化設(shè)備管理決策提供真實(shí)、可靠依據(jù)。此外在無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中，還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，檢測(cè)的目的不是單方面的追求過高的可靠性，而是在保證安全性和合適風(fēng)險(xiǎn)率的前提下，著重考慮其經(jīng)濟(jì)性，只有這樣，無損檢測(cè)技術(shù)在承壓設(shè)備的應(yīng)用才能達(dá)到預(yù)期的目的。

[1]劉凱，張榮仁．在役鐵磁性管渦流檢測(cè)方法與應(yīng)用[J]．無損檢測(cè)，1996．

[2]戴建農(nóng)．鐵磁性換熱管的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流測(cè)厚[M]，2010，10．

[3]程華云，關(guān)衛(wèi)和，馬傳瑾．遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)檢測(cè)技術(shù)在碳鋼管束中的應(yīng)用[J]．無損檢測(cè)，2011．

[4]蒙斌，付登堂．電渦流檢測(cè)技術(shù)在換熱器檢測(cè)中的應(yīng)用[J]．化工機(jī)械，2012．

TQ051.5

A

1671-0711（2017）09（上）-0111-03