换热器管束涡流检测的应用探索

换热器管束涡流检测的应用探索

魏双

中国石油辽阳石化分公司   辽宁省辽阳市 111000

摘要：在石油化工设备中，换热器是应用广泛，数量较多的设备之一，对化工装置的平稳运行有着重要作用。但在运行过程中，因为冲刷，介质腐蚀等各种原因，已发生腐蚀泄露或堵塞，影响装置安全，因此要定期对换热器进行检验，因为管束构造原因，在各种检测方法中，换热器管束内外壁存在腐蚀缺陷，涡流检测技术是目前为止最为有效的检测手段之一。使用涡流检测技术，速率快，对被检对象要求低（不需要耦合），而且能够区分缺陷的内外表面位置。

关键词：换热器；涡流；腐蚀

引言

换热设备在石油化工等行业占有重要地位，但在运行期间换热管束容易出现泄漏故障。对于在役换热器无损检测方面，除了射线、磁粉、渗透、着色四大无损检测方法外，近几年又相继出现了一些新的专用无损检测新技术，使以前在装置停车大修时不能检测的设备或部位，有了相应的检测技术手段。

1涡流检测基本原理

涡流的检测原理，不同于传统的基础检测，它不是基于超声，而是基于电磁感应，所以适用于导电材料，当载有交变电流的检测线圈靠近导电工件时，由于线圈磁场的作用，工件中将会感生出涡流，而涡流产生的反作用磁场又将使检测线圈的阻抗发生变化。因此，在工件形状尺寸及探测距离等固定的条件下，通过测定探测线圈阻抗的变化，可以判断被测工件有无缺陷存在。

载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于激励线圈磁场的作用，将会在试件中感应出涡流，涡流的大小、相位及流动形式受到试件导电性能的影响，同时产生的涡流也会形成一个磁场，这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化。通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以判断出被测试件的性能及有无缺陷。

2涡流检测的类型

涡流检测从技术上分为常规涡流检测和远场涡流检测，在实际应用中，要根据换热器管束的材质来选择不同的涡流检测探头，

常见的，不锈钢材质、黄铜材质钛及其合金材质选择常规涡流检测方法，碳钢材质选择远场涡流检测方法。适用于纯奥氏体不锈钢、纯钛及其合金、纯镍及其合金、铜、铝等非铁磁性材料。

远场涡流技术是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术。远场涡流检测特别适用于奥氏体-铁素体双相不锈钢、铁素体不锈钢、 Cr-Mo钢、碳钢等铁磁性材料。检测换热列管时，内置式探头置于被检测管内，探头上有一个激励线圈，还有一个（或二个）测量线圈；激励线圈和测量线圈的距离为列管内径的 2-3倍，

3涡流检测技术特点

3.1优越性

非接触式无损检测，是检测在役换热列管的最行之有效手段；检测速度快，灵敏度高；检测信号为电信号，可进行数字化处理，便于存储、再现及进行数据比较和处理；涡流探伤时，通过对检测信号的相位 -幅值分析，可就缺陷信号所表征的缺陷性质、类型、大小进行有效判定。涡流测厚时，可实时显示换热列管全长的壁厚分布状况，并自动记录最薄截面的壁厚数据为检测值，测量误差在 ±0.05mm内。

3.2局限性

需要制作专门的对比样管进行检测基准的校准；受涡流所特有的末端效应的影响，离换热管口一定范围内检测信号将严重畸变，无法正确识别出缺陷，一般称此部位为涡流检测的“盲区 ”。对于 U型管，由于探头自身的长度与刚性原因，无法穿入 U型弯管的中心较小弯曲半径段，故此区域管段无法进行涡流检测。涡流检测信号只表征换热列管母材自身的变化状况，无法反映出管子-管板角焊缝的状态，不能用于查找角焊缝的相关缺陷。采用内穿过式线圈时，对缺陷所处圆周上的具体位置无法判定；采用旋转探头式检测虽可定位，但检测速度慢。

4换热管涡流检测具体操作

涡流检测检测标准按照NB/T 7013-2015《承压设备无损检测 第6部分：涡轮检测》执行。换热器管束涡流检测主要是对管束的减薄情况进行检查，减薄超过20%做好记录。

检测前要对换热器的机构和材料存在的差异性进行了解，根据材料选择探头。换热器结构分为U型换热器（缺点：探头无法完全，u型管段不能检测）、固定管板式、浮头式换热器（管束可抽出）。

因为涡流检测存在提离效应（探头表面与被测物体表面的间隙越大，产生的噪声信号越大，影响结果分析），所以探头制作的尺寸非常接近管束的直径尺寸，对管束内的清洁程度要求高。在检测前还要检查换热器清洗是否到位，现场清洗方法主要是机械清洗，高压射流方式，主要是对污垢层进行清洗，由于清洗压力不够，换热器内污垢比较多，导致探头无法进入，严重堵塞的我们从换热器一侧进行目视，发现不透光，完全堵死，这种情况就需要重新清洗。

具体操作时建议两人为一组，一人负责探头操作，一人负责操作软件，记录数据图像，现场分析是否有减薄情况，波形复杂的，保存好再进一步分析。

检测抽查数量上，针对换热器风险程度不同，抽查比例不同。换热器一般在检测前进行宏观检测，依据宏观检测结果可对管束进行合理化抽查检测。宏观检测发现换热管束腐蚀较为严重时，建议管束直接更换。对该换热器可进行＜5%比例的管束涡流检测，抽检结果可以为判废依据；宏观检测发现换热管束腐蚀较为轻微时，建议管束打压堵漏监测使用时，对该换热器可进行5%-10%比例的管束涡流检测，保证问题检出率，不漏检；确认管束无缺陷，与宏观检测结果一致。抽查结果可作为判定依据；宏观检测发现换热管束无明显腐蚀时，建议使用涡流检测对该换热器可进行10%-20%比例的管束涡流检测，保证问题检出率，不漏检；确认管束无缺陷，与宏观检测结果一致。抽查结果结合宏观检测结果，做综合性判断。现场涡流检测发现严重腐蚀问题的管束，可以在其问题区域四周进行扩检排查。

5换热器涡流检测常见问题

在检测过程中发现，换热器的支撑板部位经常出现很大的干扰信号，这个支撑板信号会影响到正常信号的显示，解决的方法就是进行混频操作，原理是利用两个频率进行检测，例如：碳钢我们采用的是400KHZ和200KHZ的检测频率，试图消除支撑板信号，在实际应用中，会发现使用混频操作后，信号消除并不明显，对正常信号的影响也依旧存在，需要反复调试，尝试一些新的频率，增加了检测难度，降低了检测速度和准确度。

探头的移动速度对检测结果具有一定影响。对于不锈钢材质，探头的移动速度对结果影响不大，比较灵敏。但是对于碳钢材质，发现探头的移动速度对灵敏度的影响比较大，当探头移动比较快，返回的信号波形杂乱,不利于分析结果，所以要求探头拉出速度≤15m/min,保持探头匀速拉出管子。

   伤深曲线需要提前制作，准备工作较为复杂。在检测开始前，应利用样管提前制作好制作伤深曲线，再设置报警区域，比如大于20%的壁厚减薄就报警，才会使现场检测便捷一些。

    管板图的绘制尽量提前绘制，部分管板图可以根据图纸提前绘制好，如果图纸确实，只能进行现场绘制，速度较慢。遇到管束排列不规则的，通过现场拍照，再进行分块绘制，统一编号。

6总结

尽管利用涡流原理可以解决金属材料腐蚀探伤、测厚、分选等问题。但是影响涡流检测精度的因素有很多，诸如探头线圈与被测材料的耦合程度，材料的形状和尺寸、电导率、导磁率、以及缺陷位置因此，涡流检测技术对检测人员的素质和经验也提出了较高的要求。