石化系统中的涡流检测技术

石化系统中的涡流检测技术

摘要：介绍一种无损检测方法----电磁涡流技术，来解决石化行业交换器大量换热器的快速在役检查。对检测原理，方案实施，缺陷评判等进行较详细说明。着重举例在管壁探伤和测厚的应用。

关键词：涡流在役检测探伤测厚

电磁涡流检测是五大常规无损检测技术之一，尤其近年来无论仪器和检测技术都获得了长足的进步，在石化、电力、冶金等各个工业领域发挥了越来越重要的作用。本文仅从石化系统热交换器的在役检测这一专题来介绍这一技术的实际应用和重要意义。

在石化行业中，广泛使用着各种形式的列管式热交换器，其中有不少换热器在高温、高压和强腐蚀介质中运行，由于介质腐蚀、冲刷、疲劳应力等作用，会使列管管壁产生各种腐蚀缺陷、损伤和壁厚减薄，这将严重威胁设备的运行。因此对这些在役换热器管进行定期检测，掌握缺陷的存在及发展情况，是保证整台设备长周期运行的关键。

在目前的几种常用无损检测技术中，电磁涡流检测方法由于检测速度快、灵敏度高、非接触式检测等优点，因而成为目前换热器管的检测手段。

一.检测原理

电磁涡流检测的理论基础是电磁感应。在探头的激励线圈中通以高频交变电流在附近的被测管壁中就会感应出涡流，管子的几何缺陷、电磁异常和尺寸变化等因素都将影响管内的涡流，而涡流的变化又使检测线圈的阻抗和感生电压发生改变，测出这种变化，就可得出管子的尺寸及缺陷情况。

二.检测仪器

为满足现场检测要求，仪器至少应具备以下特点

用阻抗平面显示，以便能实时获得缺陷信

1． 号的李萨育图形，反映缺陷信号的幅值、相位、波形走向等特征，利用相位分析技术，可将干扰与缺陷信号分开，提高信噪比。

2． 采用自动平衡技术。

3． 为适应不同的检测对象，要求仪器的频率范围宽广可调，一般应为100Hz～1MHz。

4． 仪器应具备双频或多频检测功能，以便干扰。

随着微机技术的发展，现在大多数涡流仪都采用计算机对检测信号实时显示。同时还可利用计算机进行信号处理，例如混频、报警设定、相位分析、数值存储记录等工作，大大提高了检测速度和准确性。

三.标样制作

涡流检测是一种比较法检测，为了调试仪器、评定缺陷，需要预先制作标准样管。目前大多按照ASME（美国材料试验学会标准）有关规定进行加工，典型的探伤标样管和测厚样管如图3，图4。

四.探头选择

根据石化系统换热器的结构特点，探头只能从管内插入，要按被测管的尺寸材料来制作专用检测探头。在探伤时，应采用自比较式差动线圈，以利于检出裂纹、蚀坑等微小缺陷，测量管壁厚度时，应采用外比较式线圈。

五.样管标定

正式检测前利用标准样管对仪器进行参数选择和设定，可根据涡流公式进行检测频率预选，再对标样管进行测试，进一步修正参数，找出频率、相位、增益等参数的较高值。在较好情况下，对标样管上的人工缺陷图形。

六.实际应用

在石化装置中大量使用着各种立式和卧式的列管式换热器，下面以大化肥厂的尿素装置中高压甲铵冷凝器和气提塔为例，介绍如何应用涡流检测技术对数千根列管进行探伤和测厚检查。设备的典型结构如图7。

(一)检测前的

检测前遵照有关规定办好必要的手续并落实措施，对被测管子应进行清洗，去除管内杂物，以保证探头能顺利地插入。同时要了解设备的结构及工艺参数，判断可能发生的主要问题，并编制管子排列图。

(二) 实施检测

仪器架设要可靠，参数设定以标样管为准，检测探头可以人工拉动也可电机驱动，为保证检测效率又不能漏过缺陷，探头拉动速度以1米/秒为宜。一般情况下，在探头拉出时进行观察、分析、并存储记录。当然，若是经验丰富的检测人员，且对设备的状况十分了解，在进行探伤检查时，也可只对有问题的管子再进行复查并记录，对于大量没有问题的管子可以只注意观察而不做记录，以减少工作量。

一般情况下，应对每一根管子进行全长检查（特殊要求例外）。检测时应做好各种参数和信号的记录，在检测过程中，应定时对仪器参数及标样管进行标定，以确保仪器参数的稳定，防止漏检。

三)缺陷评定

根据设备的具体情况，有时主要发生管壁的腐蚀、裂纹、穿孔等缺陷，而有时主要发生管壁的均匀腐蚀减薄，因此检测的着有时以探伤为主，有时又以测壁厚为主，这时检测的参数、探头、标样也不同。

为说明问题，下面分别叙述：

探伤：

1．目的及特点

探伤的目的主要是检查管壁内外表面的蚀坑、裂纹及冶金缺陷等。为提高灵敏度，一般采用差动式自比较检测线圈，这种探头检测速度快，并可区分内外壁缺陷，判断缺陷的相对。但它的检测灵敏度与裂纹的走向有关，对于管壁中的环向裂纹，由于与涡流的方向一致，对涡流的干扰较小，因而难于检测到，我们在现场多次的检测中都证实了这一点。为解决这一问题，应采用斜线圈或点式探头。

2．干扰的抑制

由于换热器管周围有管板和支撑板环绕，将会对检测造成一定干扰，如果恰在此部位管子存在缺陷，则干扰信号将会与缺陷信号叠加形成复合信号而难于判别，有时甚至会淹没缺陷信号，因此抑制干扰。常用的方法是采用混频技术。也可采用点式旋转探头，但检测成本较高，速度也慢一些。此外还可能存在一些无规则的电磁异常点等干扰，则要求检测人员有丰富的实践经验来判断。

3．检测盲区

在管子两端，由于一般有管板、堆焊层、管子突出端等结构，在此区域涡流场发生畸变，使缺陷信号难于检测。根据具体情况不同，这个区域大约为20～40mm。当然，采用一定措施可以尽量缩短这一区域。

4．缺陷评定

对检测发现的缺陷信号进行评定是检测关键的技术。由于现场的情况十分复杂，单靠上述原理有时根本无法判别，尤其对多信号

叠加形成的复合信号更难于分辨，这就要求技术人员有丰富的检测经验和对所测设备的充分了解，有时对一些疑难信号还需拔管解剖验证。例如，在某化肥厂的新甲铵冷凝器检测中，发现大量复杂信号，信号波形如图8。

由图可见，这是一个较复杂的缺陷信号，经复查和分析，认定这是管子外壁由于应力腐蚀而造成的裂纹，但由于这是一台新设备，刚投用一年多，为慎重起见，在征求厂方意见后决定当场拔管验证。在测定的位置用放大镜看到两条细的纵向裂纹，后经金相照片显示，裂纹深度已达60，由外壁向内壁发展。由于查到并确认了裂纹，引起了该厂的重视，及时对缺陷管进行了修改，保证了设备的正常开车运测厚：