王志淵，孫杰，賴圣

1.寧波市特種設(shè)備檢驗研究院（浙江 寧波 315020）

2.廣東省特種設(shè)備檢測研究院（廣東 佛山 528251）

0 引言

容器廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，按照TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]的分類，容器可分為壓力容器和常壓容器兩大類。通常情況下，容器內(nèi)部一般含有油氣，如原油、重油、輕油以及H2S、硫酸等易造成本體腐蝕的介質(zhì)。由于石油化工行業(yè)具有較為苛刻的工況條件，許多生產(chǎn)單位希望在不停機條件下對容器本體完整性進行檢測。

當(dāng)前，國內(nèi)外針對容器本體腐蝕檢測技術(shù)手段主要有射線[2]、常規(guī)超聲/電磁超聲[3]、脈沖渦流[4]、漏磁檢測[5]、超聲導(dǎo)波[6]等。采用射線檢測技術(shù)，盡管可以通過底片分析壁厚的減薄情況，但是射線檢測需要設(shè)立單獨的檢測防護區(qū)域，且拍片時間長，通常僅能進行夜間作業(yè)，所以檢測效率低。電磁超聲與常規(guī)超聲的采集數(shù)據(jù)方式基本一致，通過單點采集可以直接獲取特定區(qū)域的壁厚數(shù)值，但單點采集無法快速對容器本體實施100%覆蓋掃查。脈沖渦流是近年來新興的一種可實現(xiàn)設(shè)備帶包覆層在線工況下無損檢測新技術(shù)，可在50～100 mm 提離條件下，對設(shè)備壁厚實施數(shù)據(jù)采集，但是如同超聲測厚的方式，脈沖渦流檢測技術(shù)一般也是實現(xiàn)單點數(shù)據(jù)采集，連續(xù)掃查技術(shù)還處于研究階段，因此效率不高。漏磁檢測一般情況下專用于儲罐底板的腐蝕檢測，目前還很少應(yīng)用于容器壁板方面的檢測。超聲導(dǎo)波技術(shù)是一種可實現(xiàn)在役設(shè)備100%掃查的無損檢測新技術(shù)。近年來，在石油化工、天然氣站場等管道或容器腐蝕檢測應(yīng)用中逐漸得到了使用者的認(rèn)可。同時，基于磁致伸縮效應(yīng)的超聲導(dǎo)波設(shè)備可實現(xiàn)高溫在線條件下對設(shè)備進行腐蝕數(shù)據(jù)采集，且便攜性能優(yōu)于壓電系列導(dǎo)波設(shè)備，所以目前針對石化行業(yè)的管道容器腐蝕檢測，磁致伸縮超聲導(dǎo)波的市場應(yīng)用前景更好。

筆者基于磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)原理，采用美國西南研究院MsSR3030R 第5 代超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)，對不同環(huán)境下的在役容器開展了現(xiàn)場不停機在線檢測，討論了磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波技術(shù)對在役容器腐蝕檢測的可行性和實用性。

1 磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波檢測原理及檢測系統(tǒng)

1.1 磁致伸縮導(dǎo)波基本原理

超聲導(dǎo)波是一種機械彈性波，該彈性波在有限邊界的媒載中傳播（如管道錨桿、容器壁板等），傳播方向受媒載的幾何形狀約束[7]。當(dāng)使用磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波檢測容器腐蝕缺陷時，脈沖方波信號通過施加至磁致伸縮超聲導(dǎo)波探頭，探頭貼合金屬工件表面將會產(chǎn)生交變磁場，該磁場通過磁致伸縮效應(yīng)激發(fā)出超聲導(dǎo)波。導(dǎo)波沿著金屬容器傳播，當(dāng)遇見容器上的特征部位，如焊縫、吊耳、加強圈、觀察孔、腐蝕缺陷等，將會有部分波反射回接收線圈，經(jīng)磁致伸縮超聲導(dǎo)波儀器進一步信號處理，可得到容器的金屬缺損部位信號。由于磁致伸縮效應(yīng)低頻超聲導(dǎo)波具有傳輸距離遠(yuǎn)、檢測速度快、信號能量集中等一系列優(yōu)點，因此該檢測方法是一種適用于容器腐蝕檢測快速篩查的有效手段[8]。

磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波技術(shù)一般采用水平剪切波對容器壁板進行檢測，檢測范圍可覆蓋整塊壁板（圖1）。腐蝕缺陷定量方式是通過容器某一橫截面上的金屬缺損面積占容器截面積百分比來表示[9]。

圖1 容器磁致伸縮導(dǎo)波檢測機理

1.2 磁致伸縮導(dǎo)波檢測系統(tǒng)

采用美國西南研究院所生產(chǎn)的MsSR3030R第5代超聲導(dǎo)波檢測系統(tǒng)進行現(xiàn)場檢測，系統(tǒng)由激勵信號發(fā)射機、專用電腦、檢測探頭、鐵鈷帶、專用耦合劑五大部分組成。MsSR3030R第5代系統(tǒng)檢測靈敏度高，可檢測出2%的截面缺損，且第5 代設(shè)備整體機身重量不超過7 kg，機身尺寸僅為42 cm×33 cm×18 cm，較之前檢測系統(tǒng)便攜性能有了很大的提高。

2 容器磁致伸縮超聲導(dǎo)波腐蝕檢測

2.1 立式儲罐罐頂板超聲導(dǎo)波檢測

對寧波市某煉化企業(yè)內(nèi)一臺1 500 m3的鋼制立式原油儲罐罐頂進行在役不停機檢測，該臺儲罐于2005 年投用至今，運行已達16 年，容器罐頂板材質(zhì)為Q235，壁厚為8.0 mm，罐頂板外部涂有油漆層，罐內(nèi)承載介質(zhì)為原油，罐頂板作業(yè)溫度為常溫。針對罐頂板的實際工況，選擇好超聲導(dǎo)波采集點，該檢測點位置應(yīng)便于安裝，并能保證兩側(cè)傳播距離足夠大。對罐頂板漆層進行簡單打磨，截取適應(yīng)長度鐵鈷帶，采用常溫狀態(tài)下專用耦合劑，使鐵鈷帶與罐壁板緊密貼合，然后再使用磁鐵對鐵鈷帶進行磁化，連接好采集探頭與儀器主機，調(diào)試完畢后，即開始數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)場磁致伸縮超聲檢測如圖2所示。

圖2 罐頂板超聲導(dǎo)波檢測結(jié)果示意圖

罐頂板超聲導(dǎo)波特征信號顯示未發(fā)生嚴(yán)重的金屬缺損（表1），通過常規(guī)超聲測厚加以抽樣復(fù)驗，超聲導(dǎo)波掃查區(qū)域壁厚為8.0～8.4 mm，罐頂板整體壁厚狀況良好。

表1 罐頂板超聲導(dǎo)波特征信號

2.2 換熱器壁板超聲導(dǎo)波檢測

對北海市某煉化廠內(nèi)某臺鋼制換熱壓力容器進行在役不開罐檢測，該臺換熱器于2004年投用至今，容器材質(zhì)為16MnR，壁厚為16.0 mm，容器壁板外部涂有防腐層，在線溫度為120 ℃。針對容器壁板的實際工況，選擇好超聲導(dǎo)波采集點，為了能保證上下兩側(cè)傳播距離足夠遠(yuǎn)，本次檢測點位置選擇在殼程筒體中間位置。探頭與儀器主機調(diào)試完畢后開始數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場磁致伸縮超聲檢測過程如圖3所示。

圖3 換熱器壁板超聲導(dǎo)波檢測結(jié)果示意圖

換熱器壁板超聲導(dǎo)波特征信號顯示未出現(xiàn)較嚴(yán)重的金屬缺損（表2），經(jīng)電磁超聲測厚加以抽樣復(fù)驗，超聲導(dǎo)波掃查區(qū)域壁厚為16.0～16.8 mm，換熱器整體壁厚狀況良好。

2.3 芳烴儲罐壁板超聲導(dǎo)波檢測

對寧波市某煉化廠區(qū)內(nèi)某臺芳烴儲罐進行在線腐蝕檢測，該臺儲罐2002 年設(shè)計，2003 年制造并進行投用，容器材質(zhì)為16MnR，壁厚為18.0 mm，腐蝕裕量為3.0 mm，儲罐罐體外部涂有防腐層，在線不停機狀態(tài)下容器表面溫度為70 ℃左右。選擇好超聲導(dǎo)波采集點，為能保證一次檢測傳播距離足夠大，本次檢測點位置選擇在儲罐筒體中間部位，同時設(shè)定筒體上側(cè)部為正方向，下側(cè)部為負(fù)方向?，F(xiàn)場磁致伸縮超聲檢測過程如圖4所示。

圖4 容器壁板超聲導(dǎo)波檢測結(jié)果示意圖

容器壁板超聲導(dǎo)波特征信號顯示容器筒體下側(cè)部距離探頭1.2 m左右位置存在一處疑似缺陷信號（表3），經(jīng)電磁超聲密集檢測，超聲導(dǎo)波掃查區(qū)域疑似存在缺陷部位，壁厚最薄處僅為15.75 mm，存在輕微減薄。

表3 容器壁板超聲導(dǎo)波特征信號

3 結(jié)束語

磁致伸縮超聲導(dǎo)波技術(shù)為石化裝置區(qū)金屬容器在役腐蝕檢測提供了一種全新手段。通過磁致伸縮超聲導(dǎo)波對現(xiàn)場金屬容器在線不停機檢測及結(jié)果分析可以得出，超聲導(dǎo)波檢測具有操作簡便，檢測效率高，一次性可對一定范圍的容器本體進行100%腐蝕掃查。同時，超聲導(dǎo)波檢測手段對于缺陷定位較為準(zhǔn)確，作為一種粗掃檢測手段，在采用超聲導(dǎo)波技術(shù)手段對容器本體進行腐蝕掃查過程中，往往還需要超聲測厚手段進行驗證性復(fù)檢。從現(xiàn)場檢測實例可得，超聲導(dǎo)波檢測可作為容器本體完整性檢測的一種快速篩查手段，該技術(shù)在石化裝置腐蝕檢測應(yīng)用中具有良好的發(fā)展前景。