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        碳鋼換熱管束遠(yuǎn)場渦流檢測缺陷分析

        2020-12-22 01:04:14魏培生
        中國設(shè)備工程 2020年23期
        關(guān)鍵詞:深度信號檢測

        魏培生

        (中國石油獨山子石化公司研究院,新疆 獨山子 833699)

        某重整芳烴裝置需要對一臺換熱器管束進行腐蝕狀況檢測,管束材質(zhì)為20#鋼、規(guī)格φ25×2.5mm。經(jīng)宏觀檢查發(fā)現(xiàn),換熱器管束整體存在不同程度的點腐蝕、管束存在局部區(qū)域均勻減薄。根據(jù)使用過程中可能產(chǎn)生的缺陷形態(tài),取其相同材料、規(guī)格的管束制作對比試樣,并依據(jù)NB/T47013-2015《承壓設(shè)備無損檢測》實施遠(yuǎn)場渦流檢測。檢測設(shè)備選用加拿大Russell 公司的F308 型遠(yuǎn)場渦流檢測系統(tǒng),對壁厚減薄、點腐蝕等缺陷有很好的檢測能力。

        1 對比試樣缺陷波形分析

        制作對比試樣。管束材質(zhì)20#鋼、規(guī)格φ25×2.5mm。依據(jù)其可能產(chǎn)生的缺陷形態(tài),在樣管上加工含均勻減薄、點腐蝕類型的缺陷,如圖1 所示。

        圖1 對比試樣示意圖

        1.1 絕對通道信號波形分析

        絕對通道的檢測數(shù)據(jù)主要適用于大范圍漸變?nèi)毕莸臋z測,通過測量絕對通道中缺陷信號的相位角判定管壁減薄量即缺陷深度,缺陷深度與相位角存在線性關(guān)系。調(diào)整頻率f1以獲取一個相位的度數(shù),該度數(shù)等同于周向凹槽的深度百分比。例如,周向凹槽深度是20%,要調(diào)整相位約為20°,較高的頻率產(chǎn)生一個較大的相移。對于絕對通道應(yīng)用遠(yuǎn)場檢測數(shù)據(jù)分析,在無缺陷處相移為零,僅需一個C 型缺陷(圖1)即周向凹槽缺陷即可完成缺陷校準(zhǔn),如表1。校準(zhǔn)完成后,絕對通道缺陷深度與信號相位角存在線性關(guān)系。

        1.2 差分通道信號波形分析

        差分通道適用于檢測局部腐蝕或小缺陷。差分通道檢測信號相位旋轉(zhuǎn)前,條狀圖上X 軸的水平分量含有缺陷信號、管束電磁性能差異或其他因素引起的干擾波形信號。設(shè)缺陷信號幅值為Z1、Z2、Z3……, 干擾信號幅值為A1、A2、A3……,條狀圖上X 軸的水平分量可表示為Z1cosθ1、Z2cosθ2、Z3cosθ3、A1cosθ4、A2cosθ5、A3cosθ6……(θ 為XY 電壓圖上信號與X 軸的夾角)。可知,由缺陷引起的信號Z1≠Z2≠Z3,θ1≠θ2≠θ3,在管束完好部位,由管束電磁性能差異或其他因素引起的干擾波形信號A1≠A2≠A3,θ4≈θ5≈θ6。若令條狀圖上X 軸的水平分量A1cosθ4、A2cosθ5、A3cosθ6等于零,X 軸上水平分量只含有缺陷信號,有利于檢測人員判定缺陷信號。選取一段波形信號,在XY 電壓圖上旋轉(zhuǎn)信號相位,當(dāng)干擾信號相位角θ4≈θ5≈θ6=90°時,缺陷信號就能易于識別,見表2。

        表1 絕對通道校準(zhǔn)

        表2 相位旋轉(zhuǎn)前后X 軸水平分量波形比較

        差分通道信號調(diào)整完畢后,通過測量試樣管上兩個(或兩個以上),20%T ~80%T 深的突變性缺陷信號相對X 軸的相位角,在平面坐標(biāo)圖中描繪出相應(yīng)缺陷深度-相位角的數(shù)據(jù)點,找出缺陷深度與相位角度的關(guān)系,在現(xiàn)場檢測過程中,可以依據(jù)缺陷深度-相位角的關(guān)系判定突變性缺陷的深度(T為管束公稱壁厚)。

        表3 缺陷深度與相位角檢測結(jié)果

        在差分通道中,管束完好部位由管束電磁性能差異引起的干擾信號相位旋轉(zhuǎn)后的相位角約為90°。在表2 中,相位旋轉(zhuǎn)后的干擾信號相位角為87.32°,以表3 中的數(shù)據(jù)繪制出缺陷深度與相位角的對應(yīng)關(guān)系。以缺陷A、B、E 為代表的腐蝕點、坑、槽類缺陷、以缺陷F 為代表的通孔(深孔)類缺陷、以缺陷D 為代表的短周向類缺陷的關(guān)系曲線全部通過關(guān)系圖中的點(87.32°,0)。差分通道校準(zhǔn)時,選取以缺陷A、B、E 為代表的腐蝕點、坑、槽類缺陷得出缺陷深度-相位角的關(guān)系,再將此關(guān)系曲線附加給相應(yīng)的差分通道,最終完成校準(zhǔn)過程。儀器校準(zhǔn)后,可以直接顯示缺陷的百分比損失量,如圖2 所示。

        圖2 缺陷深度與相位角的對應(yīng)關(guān)系

        1.3 差分通道校準(zhǔn)后的測量誤差

        遠(yuǎn)場渦流檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷信號以波形方式顯示,不能對缺陷進行定性分析,得出的百分比損失量也存在一定誤差。

        在表4 中,缺陷A、B、D、E 的絕對誤差<5%T,通孔F的測量偏差最大?,F(xiàn)場檢測時,遇到信號相位角在40°附近時,需要多次復(fù)查、確認(rèn),避免通孔、深孔類缺陷深度誤判或漏檢。

        2 現(xiàn)場檢測應(yīng)用

        碳鋼換熱管束部分檢測數(shù)據(jù)。

        表4 缺陷實際深度與儀器檢測結(jié)果的對比

        表5 碳鋼換熱管束部分檢測數(shù)據(jù)

        3 結(jié)語

        (1)通過對檢測數(shù)據(jù)的分析,使用遠(yuǎn)場渦流技術(shù)能有效檢出碳鋼換熱管束上存在的局部均勻腐蝕、點腐蝕等缺陷。

        (2)分析缺陷部位各檢測通道的信號波形,通過測量信號的相位角可以判定腐蝕部位的深度,但不能區(qū)分內(nèi)外壁缺陷。

        (3)對于較小缺陷常因檢測信號幅值太小,如小于1.25 倍壁厚通孔當(dāng)量的缺陷會被淹沒在干擾信號中,存在一定漏檢概率。

        (4)對于管束上可觀察到的腐蝕部位,應(yīng)注意觀察腐蝕形貌,有助于缺陷數(shù)據(jù)的分析和缺陷性質(zhì)的判定。

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