石化系統中的渦流檢測技術

摘要：介紹一種無損檢測方法----電磁渦流技術，來解決石化行業交換器大量換熱器的快速在役檢查。對檢測原理，方案實施，缺陷評判等進行較詳細說明。着重舉例在管壁探傷和測厚的應用。

關鍵詞：渦流在役檢測探傷測厚

電磁渦流檢測是五大常規無損檢測技術之一，尤其近年來無論儀器和檢測技術都獲得了長足的進步，在石化、電力、冶金等各個工業領域發揮了越來越重要的作用。本文僅從石化系統熱交換器的在役檢測這一專題來介紹這一技術的實際應用和重要意義。

在石化行業中，廣泛使用着各種形式的列管式熱交換器，其中有不少換熱器在高溫、高壓和強腐蝕介質中運行，由于介質腐蝕、沖刷、疲勞應力等作用，會使列管管壁産生各種腐蝕缺陷、損傷和壁厚減薄，這将嚴重威脅設備的運行。因此對這些在役換熱器管進行定期檢測，掌握缺陷的存在及發展情況，是保證整台設備長周期運行的關鍵。

在目前的幾種常用無損檢測技術中，電磁渦流檢測方法由于檢測速度快、靈敏度高、非接觸式檢測等優點，因而成為目前換熱器管的檢測手段。

一.檢測原理

電磁渦流檢測的理論基礎是電磁感應。在探頭的激勵線圈中通以高頻交變電流在附近的被測管壁中就會感應出渦流，管子的幾何缺陷、電磁異常和尺寸變化等因素都将影響管内的渦流，而渦流的變化又使檢測線圈的阻抗和感生電壓發生改變，測出這種變化，就可得出管子的尺寸及缺陷情況。

二.檢測儀器

為滿足現場檢測要求，儀器至少應具備以下特點

用阻抗平面顯示，以便能實時獲得缺陷信

1． 号的李薩育圖形，反映缺陷信号的幅值、相位、波形走向等特征，利用相位分析技術，可将幹擾與缺陷信号分開，提高信噪比。

2． 采用自動平衡技術。

3． 為适應不同的檢測對象，要求儀器的頻率範圍寬廣可調，一般應為100Hz～1MHz。

4． 儀器應具備雙頻或多頻檢測功能，以便幹擾。

随着微機技術的發展，現在大多數渦流儀都采用計算機對檢測信号實時顯示。同時還可利用計算機進行信号處理，例如混頻、報警設定、相位分析、數值存儲記錄等工作，大大提高了檢測速度和準确性。

三.标樣制作

渦流檢測是一種比較法檢測，為了調試儀器、評定缺陷，需要預先制作标準樣管。目前大多按照ASME（美國材料試驗學會标準）有關規定進行加工，典型的探傷标樣管和測厚樣管如圖3，圖4。

四.探頭選擇

根據石化系統換熱器的結構特點，探頭隻能從管内插入，要按被測管的尺寸材料來制作專用檢測探頭。在探傷時，應采用自比較式差動線圈，以利于檢出裂紋、蝕坑等微小缺陷，測量管壁厚度時，應采用外比較式線圈。

五.樣管标定

正式檢測前利用标準樣管對儀器進行參數選擇和設定，可根據渦流公式進行檢測頻率預選，再對标樣管進行測試，進一步修正參數，找出頻率、相位、增益等參數的較高值。在較好情況下，對标樣管上的人工缺陷圖形。

六.實際應用

在石化裝置中大量使用着各種立式和卧式的列管式換熱器，下面以大化肥廠的尿素裝置中高壓甲铵冷凝器和氣提塔為例，介紹如何應用渦流檢測技術對數千根列管進行探傷和測厚檢查。設備的典型結構如圖7。

(一)檢測前的

檢測前遵照有關規定辦好必要的手續并落實措施，對被測管子應進行清洗，去除管内雜物，以保證探頭能順利地插入。同時要了解設備的結構及工藝參數，判斷可能發生的主要問題，并編制管子排列圖。

(二) 實施檢測

儀器架設要可靠，參數設定以标樣管為準，檢測探頭可以人工拉動也可電機驅動，為保證檢測效率又不能漏過缺陷，探頭拉動速度以1米/秒為宜。一般情況下，在探頭拉出時進行觀察、分析、并存儲記錄。當然，若是經驗豐富的檢測人員，且對設備的狀況十分了解，在進行探傷檢查時，也可隻對有問題的管子再進行複查并記錄，對于大量沒有問題的管子可以隻注意觀察而不做記錄，以減少工作量。

一般情況下，應對每一根管子進行全長檢查（特殊要求例外）。檢測時應做好各種參數和信号的記錄，在檢測過程中，應定時對儀器參數及标樣管進行标定，以确保儀器參數的穩定，防止漏檢。

三)缺陷評定

根據設備的具體情況，有時主要發生管壁的腐蝕、裂紋、穿孔等缺陷，而有時主要發生管壁的均勻腐蝕減薄，因此檢測的着有時以探傷為主，有時又以測壁厚為主，這時檢測的參數、探頭、标樣也不同。

為說明問題，下面分别叙述：

探傷：

1．目的及特點

探傷的目的主要是檢查管壁内外表面的蝕坑、裂紋及冶金缺陷等。為提高靈敏度，一般采用差動式自比較檢測線圈，這種探頭檢測速度快，并可區分内外壁缺陷，判斷缺陷的相對。但它的檢測靈敏度與裂紋的走向有關，對于管壁中的環向裂紋，由于與渦流的方向一緻，對渦流的幹擾較小，因而難于檢測到，我們在現場多次的檢測中都證實了這一點。為解決這一問題，應采用斜線圈或點式探頭。

2．幹擾的抑制

由于換熱器管周圍有管闆和支撐闆環繞，将會對檢測造成一定幹擾，如果恰在此部位管子存在缺陷，則幹擾信号将會與缺陷信号疊加形成複合信号而難于判别，有時甚至會淹沒缺陷信号，因此抑制幹擾。常用的方法是采用混頻技術。也可采用點式旋轉探頭，但檢測成本較高，速度也慢一些。此外還可能存在一些無規則的電磁異常點等幹擾，則要求檢測人員有豐富的實踐經驗來判斷。

3．檢測盲區

在管子兩端，由于一般有管闆、堆焊層、管子突出端等結構，在此區域渦流場發生畸變，使缺陷信号難于檢測。根據具體情況不同，這個區域大約為20～40mm。當然，采用一定措施可以盡量縮短這一區域。

4．缺陷評定

對檢測發現的缺陷信号進行評定是檢測關鍵的技術。由于現場的情況十分複雜，單靠上述原理有時根本無法判别，尤其對多信号

疊加形成的複合信号更難于分辨，這就要求技術人員有豐富的檢測經驗和對所測設備的充分了解，有時對一些疑難信号還需拔管解剖驗證。例如，在某化肥廠的新甲铵冷凝器檢測中，發現大量複雜信号，信号波形如圖8。

由圖可見，這是一個較複雜的缺陷信号，經複查和分析，認定這是管子外壁由于應力腐蝕而造成的裂紋，但由于這是一台新設備，剛投用一年多，為慎重起見，在征求廠方意見後決定當場拔管驗證。在測定的位置用放大鏡看到兩條細的縱向裂紋，後經金相照片顯示，裂紋深度已達60，由外壁向内壁發展。由于查到并确認了裂紋，引起了該廠的重視，及時對缺陷管進行了修改，保證了設備的正常開車運測厚：