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        渦流、旋轉(zhuǎn)超聲和聲脈沖檢測在換熱器管束腐蝕檢測應(yīng)用中的對比

        2020-12-25 03:14:38李志峰吳建平劉建軍曾凡梁
        無損檢測 2020年12期
        關(guān)鍵詞:管束管子渦流

        李志峰,吳建平,劉建軍,曾凡梁,李 偉

        (1.中國特種設(shè)備檢測研究院,北京 100013;2. 中韓(武漢)石油化工有限公司, 武漢 430000)

        換熱器是化工廠的主要設(shè)備之一,其中換熱器管子的失效會(huì)造成換熱器管殼程介質(zhì)混合、換熱效果受影響、介質(zhì)污染、腐蝕加劇等后果。換熱器管子的失效形式主要是壁厚損失,檢測的時(shí)機(jī)主要為停車檢修或切出修理時(shí)。目前,現(xiàn)場應(yīng)用的檢測方法主要為內(nèi)窺鏡檢測和渦流檢測[1-7],其他應(yīng)用的檢測方法有聲發(fā)射檢測[8]、導(dǎo)波檢測[9]、內(nèi)置式旋轉(zhuǎn)超聲檢測(IRIS)[10]等。

        為了在檢修前選擇合適的無損檢測方法對換熱管進(jìn)行檢測,對全廠的換熱器管束材料和規(guī)格進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.6-2015 《承壓設(shè)備無損檢測 第6部分:渦流檢測》的要求制作了一批樣管,利用渦流、IRIS和聲脈沖(DUET)等3種無損檢測方法對樣管進(jìn)行檢測。從檢測過程和檢測結(jié)果進(jìn)行分析,對比了3種方法的差異和適用范圍。

        1 信息統(tǒng)計(jì)和樣管制作

        統(tǒng)計(jì)了全廠換熱管的材料情況,采集到有效數(shù)據(jù)509個(gè),占全廠換熱器管束總數(shù)的86.56%,材料統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出,全廠換熱管材料主要是10號鋼、20號鋼、304、0Cr18Ni9不銹鋼。統(tǒng)計(jì)了全廠換熱器管束規(guī)格情況,采集到有效數(shù)據(jù)477個(gè),占全廠換熱器總數(shù)的81.12%,統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示全廠換熱器管束規(guī)格(外徑×壁厚)主要有25 mm×2.5 mm、19 mm×2 mm、25 mm×2 mm和19 mm×1.5 mm等4種。

        根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果,共制作了23根樣管,長1~1.35 m,材料分別為0Cr18Ni9不銹鋼、10號鋼、20號鋼、12Cr1MoVG合金鋼和316L不銹鋼等5種,規(guī)格(外徑×壁厚)分別為57 mm×2.5 mm、25 mm×2.5 mm、25 mm×2 mm、19 mm×2 mm和19 mm×1.5 mm。樣管的材料和規(guī)格都可以代表整個(gè)工廠大部分換熱器管束。在樣管上加工的模擬缺陷分為腐蝕穿孔,局部坑蝕、小孔腐蝕、局部溝槽狀腐蝕,這4種腐蝕形貌是換熱器損傷中的典型形貌。

        圖1 換熱器管束材料統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        2 檢測結(jié)果

        此次檢測的樣管較多,為了說明3種檢測方法的檢測結(jié)果及結(jié)果顯示方式,以樣管901195-a為示例進(jìn)行分析介紹。樣管901195-a的缺陷信息如表1所示。

        表1 樣管901195-a的缺陷信息

        2.1 渦流檢測

        渦流檢測是目前換熱管無損檢測最常用的一種檢測方法,對于非鐵磁性材料的換熱管,一般采用的是常規(guī)渦流檢測技術(shù),對于鐵磁性材料的換熱管采用的是遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)。試驗(yàn)采用的渦流檢測儀器生產(chǎn)廠家為EDDYSUN公司,機(jī)器型號為EEC-39RFT。共檢測23根樣管、預(yù)制缺陷102個(gè),檢測結(jié)果顯示有19個(gè)缺陷信號弱,其他缺陷全部可以檢出,檢出率可以達(dá)到81.37%。

        圖2 樣管901195-a的渦流檢測圖譜

        按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.6-2015 《承壓設(shè)備無損檢測 第6部分:渦流檢測》 對樣管901195-a實(shí)施了渦流檢測,渦流檢測儀采用的頻率為24 kHz,渦流探頭直徑為23 mm,檢測結(jié)果如圖2所示。其中左側(cè)為長度方向缺陷的顯示圖,右側(cè)4張圖為每個(gè)缺陷的渦流信號阻抗平面圖。與標(biāo)準(zhǔn)中采用絕對式探頭經(jīng)過正確調(diào)整的典型渦流信號阻抗平面圖對比可以得到缺陷的長度、內(nèi)外位置信息和深度信息。

        2.2 內(nèi)置式旋轉(zhuǎn)超聲檢測

        內(nèi)置式旋轉(zhuǎn)超聲檢測(IRIS)是一種從管子內(nèi)部進(jìn)行脈沖回波式超聲水浸檢測的方法。檢測過程中管子內(nèi)部充滿水,探頭在管子內(nèi)部移動(dòng),通過超聲波穿過內(nèi)壁進(jìn)行定量檢測。該次檢測采用的設(shè)備型號為IRIS 9000,共檢測20根樣管,93處預(yù)制缺陷,能夠清晰地得到缺陷檢測信息的有92處,其中有一處預(yù)制缺陷為通孔,檢測得出結(jié)論為外部減薄。

        按照儀器供應(yīng)商提供的操作手冊對樣管901195-a實(shí)施檢測。檢測時(shí),在探頭推進(jìn)過程中,機(jī)器自帶水泵會(huì)將水壓入移動(dòng)探頭裝置并從其頭部噴出,保證超聲探頭在旋轉(zhuǎn)測量時(shí)探頭和換熱管壁是耦合的,探頭的移動(dòng)速度一般為2.5 m·min-1,檢測得到的匯總結(jié)果如表2所示。表中的匯總結(jié)果包括在檢測前輸入的管子的基本信息,例如檢測地點(diǎn)、檢測單位、管子規(guī)格、材料等,也包含了管子的缺陷類型、缺陷位置、壁厚損失量等信息。

        樣管901195-a IRIS檢測圖譜如圖3所示,在IRIS檢測過程中可以得到直觀的缺陷形狀圖。在圖中可以清楚地看到缺陷在管子橫截面上的位置,可以和截面展開圖的缺陷位置一一對應(yīng)。

        表2 樣管901195-a IRIS檢測缺陷匯總

        圖3 樣管901195-a IRIS檢測圖譜

        2.3 聲脈沖檢測

        試驗(yàn)采用的聲脈沖檢測(DUET)是一種將聲脈沖(APR)和超聲脈沖(UPR)相結(jié)合的檢測方法,儀器的多探頭陣列發(fā)射兩種類型脈沖波,同時(shí)記錄和分析缺陷產(chǎn)生的反射波,通過專業(yè)軟件的分析運(yùn)算,能夠自動(dòng)識(shí)別和報(bào)告缺陷的位置、類型和尺寸。采用以色列Acoustic eye公司研發(fā)的DUET檢測設(shè)備,共檢測樣管12根、預(yù)制缺陷54個(gè),檢測結(jié)果顯示,檢出缺陷22個(gè),圖譜有標(biāo)識(shí)但軟件未自動(dòng)識(shí)別的缺陷21個(gè),未檢出缺陷11個(gè)。

        按照儀器供應(yīng)商提供的使用手冊對樣管901195-a實(shí)施檢測。在檢測過程中,探頭不斷發(fā)出聲脈沖,同時(shí)接收反射波,形成檢測圖譜,從圖譜上很容易分辨出樣管的邊界,其DUET檢測圖譜如圖4所示。從圖中可分辨出編號為A的通孔缺陷,也可以看到儀器通過波形判斷出來的缺陷類型、位置和壁厚損失量等信息,如圖4所示通孔缺陷A的位置在距樣管編號鋼0.23 m處,缺陷性質(zhì)為壁厚損失,損失量為90%。但其他3種缺陷無明顯波形顯示。

        2.4 示例樣管檢測結(jié)果匯總

        匯總3種方法對樣管901195-a的檢測結(jié)果得到表3。從表3可以看出,樣管901195-a的IRIS檢測效果最為理想,渦流檢測效果次之,DUET檢測效果較差。從缺陷圖譜中可以看出,IRIS的檢測結(jié)果最直觀,可以直接看到缺陷的形狀,軟件通過對比可以得到缺陷的性質(zhì),通過超聲回波的時(shí)間差可以得到管子的剩余壁厚;DUET檢測的缺陷圖譜較容易識(shí)別,且自帶軟件具有典型圖譜識(shí)別的功能,可以分辨出減薄、通孔等壁厚損失情況;渦流檢測方法的缺陷圖譜識(shí)別較困難,需要檢測人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

        圖4 樣管901195-a DUET檢測圖譜

        表3 樣管901195-a的檢測結(jié)論匯總

        3 檢測結(jié)果的對比分析

        3.1 檢測靈敏度

        IRIS的檢測靈敏度最高,在該項(xiàng)目中共檢測20根樣管,93處預(yù)制缺陷,能夠清晰地得到缺陷檢測信息的有92處,其中有一處預(yù)制缺陷為通孔,檢測得出結(jié)論為外部減?。粶u流檢測的檢測靈敏度較高,共檢測樣管23根,預(yù)制缺陷102個(gè),檢測結(jié)果顯示有19個(gè)缺陷信號弱,其他全部可以檢出;DUET的檢測靈敏度較差,檢測樣管12根,預(yù)制缺陷54個(gè),檢測結(jié)果顯示檢出缺陷22個(gè),圖譜有標(biāo)識(shí)但軟件未自動(dòng)識(shí)別的缺陷21個(gè),未檢出缺陷11個(gè)。

        3.2 檢測缺陷的性質(zhì)

        這3種方法主要針對的缺陷類型都是壁厚減薄,DUET的UPR模式可以檢測到內(nèi)外部軸向和圓周裂紋,但該試驗(yàn)并未對其進(jìn)行驗(yàn)證,由于換熱管的壁厚較薄,如果產(chǎn)生裂紋,很可能短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生裂穿。

        3.3 檢測過程的記錄和缺陷的顯示與判定

        (1) 這3種方法操作人員都可以在屏幕上對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察,數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤上。

        (2) 渦流檢測和DUET檢測都是以特定缺陷圖形顯示缺陷,IRIS是以更直觀的方式顯示缺陷,能夠?qū)鼙谏系谋诤駵p薄進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。

        (3) 渦流檢測在性質(zhì)判斷和尺寸測量上沒有DUET檢測和IRIS檢測直觀,DUET從軟件上解決了缺陷性質(zhì)判斷和尺寸測量的問題,IRIS檢測因原理與二者不同,不存在上述問題。

        3.4 實(shí)施檢測前的準(zhǔn)備工作

        (1) 樣管的缺陷標(biāo)定。IRIS檢測不需要依賴樣管對缺陷進(jìn)行標(biāo)定;DUET檢測進(jìn)行過標(biāo)定后,相同類型的缺陷不需要再次標(biāo)定;渦流檢測按照標(biāo)準(zhǔn)需要在每次檢測前使用樣管進(jìn)行缺陷標(biāo)定工作。

        (2) 管子的清洗。IRIS和渦流檢測在檢測前要求將管子內(nèi)部清洗干凈,DUET檢測僅需對換熱管管頭處進(jìn)行清理即可。

        (3) 耦合。DUET檢測采用的是干耦合,無需耦合劑;渦流檢測無需耦合;IRIS檢測采用的是水耦合,在檢測時(shí),換熱管檢測部位需要充滿水或采用水泵系統(tǒng)保證檢測部位耦合良好。

        3.5 檢測的范圍

        (1) U型管式換熱器彎管處:渦流檢測可以采用特殊的探頭或軟管探頭對U型管式換熱器彎管處進(jìn)行檢測,DUET可以檢測到U型管式換熱器彎管處,IRIS只能對直管進(jìn)行檢測。

        (2) 換熱器結(jié)構(gòu)的影響:IRIS檢測不受換熱器擋板、加強(qiáng)筋、管板、散熱片等結(jié)構(gòu)的影響,DUET和渦流檢測可能會(huì)受上述部位的影響從而降低檢測的有效性。

        3.6 檢測效率

        在清洗干凈的前提下,IRIS的檢測效率接近渦流檢測的,一般略高于遠(yuǎn)場渦流,略低于常規(guī)渦流;DUET的檢測效率最高。

        4 結(jié)語

        (1) 對于壁厚減薄較嚴(yán)重的換熱管,可優(yōu)先選用IRIS方法進(jìn)行檢測,但是由于該方法需要徹底清洗管子,所以檢測前的清洗配合工作必須做好。

        (2) 一般而言,可以選用渦流檢測方法檢測鐵磁性和非鐵磁性管子,但檢測效果會(huì)受到人員的檢測水平限制。

        (3) 檢修初判腐蝕情況較輕微或無損傷的換熱器管,無法進(jìn)行清洗的,內(nèi)部有非致密雜質(zhì)的可采用DUET方法進(jìn)行檢測。以上結(jié)論明確了3種檢測方法的適用情況,可為后期換熱器管束的現(xiàn)場檢測提供技術(shù)支撐。

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