遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)中腐蝕缺陷定性定量分析

李 哲，唐 衛(wèi)，郝同斌

（克拉瑪依市科比技術(shù)有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 前言

在石化行業(yè)中，廣泛使用著各種形式的列管式（U形管式）熱交換器，有不少（碳鋼和合金鋼）換熱器在高溫和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中運(yùn)行，使換熱管管壁產(chǎn)生各種腐蝕缺陷、損傷和壁厚減薄，這將嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。對(duì)這些在役換熱器管進(jìn)行定期檢測(cè)，掌握缺陷的存在及發(fā)展情況，是保證整臺(tái)設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 F308遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)原理

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流現(xiàn)象取決于管中發(fā)生的兩個(gè)主要效應(yīng)，一是沿管子內(nèi)部對(duì)激勵(lì)線圈直接耦合磁通的屏蔽效應(yīng)；二是存在能量?jī)纱未┻^管壁的非直接耦合路徑。它源于激勵(lì)線圈附近區(qū)域管壁中感應(yīng)周向渦流，周向渦流迅速擴(kuò)散到管外壁，同時(shí)幅值衰減、相位滯后，到達(dá)管外壁的電磁場(chǎng)又向管外擴(kuò)散，管外場(chǎng)強(qiáng)的衰減較管內(nèi)直接耦合區(qū)衰減速度慢得多，因此管外場(chǎng)又在管外壁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，穿過管壁向管內(nèi)擴(kuò)散，并再次產(chǎn)生幅值衰減與相位滯后，這也就是遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)檢測(cè)線圈所接到的信號(hào)（圖1）。

2 影響渦流檢測(cè)結(jié)果（腐蝕缺陷類型及深度）準(zhǔn)確性因素

圖1 F308遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)原理

通過在對(duì)在役換熱器管進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)換熱管存在的腐蝕缺陷類型有：周向腐蝕缺陷、單邊腐蝕缺陷、疊加缺陷等。如何準(zhǔn)確判定缺陷類型及缺陷深度需要從4個(gè)方面加以控制。

2.1 儀器設(shè)備性能

從事檢測(cè)行業(yè)，要保證檢測(cè)質(zhì)量，必須熟悉了解設(shè)備的性能，盡可能降低對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。雖然遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)法可以檢測(cè)鐵磁性管材，也可以檢測(cè)非鐵磁性金屬管材，但是它也有自身的局限性。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)法，雖然能克服常規(guī)渦流檢測(cè)法的某些不足，但是由于信號(hào)兩次穿過管壁，能量損耗大，靈敏度受到很大影響，所以它對(duì)管材的體積性缺陷（如管壁的均勻減薄、軸向缺陷）較敏感，而對(duì)小孔缺陷的檢測(cè)不太理想。

2.2 對(duì)比樣管制作

制作對(duì)比樣管參考JB/T 4730.6-2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》第六部分的相關(guān)內(nèi)容設(shè)計(jì)對(duì)比樣管。對(duì)比樣管主要用于調(diào)節(jié)渦流檢測(cè)儀檢測(cè)靈敏度，確定驗(yàn)收水平和保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；對(duì)比樣管應(yīng)與被檢測(cè)對(duì)象具有相同或相近規(guī)格、牌號(hào)、熱處理狀態(tài)、表面狀態(tài)和電磁特性；對(duì)比樣管上加工的人工缺陷應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行測(cè)定，并滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件的要求；對(duì)比樣管上加工的人工缺陷的尺寸不應(yīng)解釋為檢測(cè)設(shè)備可以探測(cè)到的缺陷最小尺寸。

2.3 儀器調(diào)試與校準(zhǔn)

儀器調(diào)試需要注意的是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)時(shí)保證渦流場(chǎng)能穿透管壁，并有良好的衰減特性，頻率選擇不能太高，相位選擇要使不用壁厚的信號(hào)反應(yīng)在水平軸投影上有良好的線性關(guān)系，并且對(duì)鐵磁性管板產(chǎn)生的信號(hào)方向必須在增厚的信號(hào)方向，增益的選擇要使信號(hào)的幅值在屏幕上處于合適的位置，要便于觀察。

每次開始做渦流檢測(cè)時(shí)都應(yīng)先用對(duì)比樣管對(duì)測(cè)厚系統(tǒng)進(jìn)行校正，校正的方法一般是用相同材料，相同規(guī)格尺寸的對(duì)比樣管對(duì)進(jìn)行調(diào)試，要調(diào)整F-1頻率以獲得一個(gè)相移（相位移動(dòng)的度數(shù)），該度數(shù)等同于短的周向凹槽的深度百分比。

2.4 探頭的選取

探頭是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)中的核心元件，在標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4730-2005第六部分6.2.2.1中關(guān)于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)中的規(guī)定，檢測(cè)線圈的直徑必須具有合適的直徑，應(yīng)能順利的通過所要檢測(cè)的管子，并具有盡可能大的填充系數(shù)。

填充系數(shù)是影響管棒材渦流探傷靈敏度的重要因素，檢測(cè)線圈與管棒材接近程度越高，檢測(cè)靈敏度越高，由于管棒材的平直度、軸對(duì)稱性和橢圓度總是存在一定的偏差，如果僅僅關(guān)注追求填充系數(shù)的提高，必然會(huì)增大檢測(cè)線圈運(yùn)動(dòng)過程中與管棒材撞擊的概率和摩擦損耗，造成探頭的損傷。因此在實(shí)際檢測(cè)過程中，盡可能選擇與之相匹配的探頭進(jìn)行檢測(cè)，保證檢測(cè)設(shè)備的靈敏度。通過在實(shí)際檢測(cè)中的應(yīng)用，探頭填充系數(shù)至少≥60%，才能滿足檢測(cè)工作條件。

3 F308遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

圖2是某石化冷換設(shè)備E207/B換熱管（2-4）實(shí)際檢測(cè)結(jié)果的條形圖。從絕對(duì)通道1和2中可以看出，在S1～S11之間，相位和幅度跡線都出現(xiàn)向右側(cè)偏移，這是折流板的信號(hào)。在S1～S11之間，有多處區(qū)域相位和幅度跡線出現(xiàn)向左側(cè)偏移（圖2中*標(biāo)記處），由圖譜分析可知，該管子存在類似單邊腐蝕缺陷、類似周向均勻腐蝕缺陷。在檢測(cè)的過程中，圖譜顯示部分管子存在類似缺陷。

3.1 對(duì)比樣管中各類缺陷渦流檢測(cè)圖譜及螺旋參考圖（圖3～圖 6）。

3.1.1 長(zhǎng)周向均勻腐蝕缺陷（對(duì)比樣管規(guī)格Φ19×2 mm）。

3.1.2 短周向缺陷（對(duì)比樣管規(guī)格為Φ19×2 mm）。

3.1.3 單邊缺陷（對(duì)比樣管規(guī)格為Φ19×2 mm）。

3.1.4 通孔缺陷（對(duì)比樣管規(guī)格為Φ19×2 mm）。

圖2 E207/B換熱管2-4渦流檢測(cè)圖譜

圖3 對(duì)比樣管長(zhǎng)周向缺陷照片及渦流檢測(cè)圖譜

圖4 對(duì)比樣管短周向缺陷照片及渦流檢測(cè)圖譜

圖5 對(duì)比樣管單邊缺陷照片及渦流檢測(cè)圖譜

3.2 對(duì)換熱管管壁存在的缺陷定性分析

定性分析：遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)儀采集的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流數(shù)據(jù)以相位和幅度信號(hào)顯示。腐蝕和其他缺陷都會(huì)造成信號(hào)的相位和幅度發(fā)生變化，根據(jù)其圖形的變化情況及螺旋參考曲線與對(duì)比樣管進(jìn)行對(duì)比，可知在換熱管2-4存在的缺陷類型有類似單邊腐蝕缺陷A1（圖7）、類似周向均勻腐蝕缺陷A2（圖8）。

圖6 對(duì)比樣管通孔缺陷照片及渦流檢測(cè)圖譜

3.3 對(duì)換熱管管壁存在的缺陷定量分析

3.3.1 在遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)儀上，相位和幅度的對(duì)數(shù)與金屬缺損的深度呈一定的線形關(guān)系，通過掃查標(biāo)準(zhǔn)樣管上的標(biāo)準(zhǔn)短周向缺陷（壁厚減薄30%），使顯示檢測(cè)結(jié)果的條形圖上的相位和幅度曲線與缺陷的深度呈對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系。將光標(biāo)放在缺陷信號(hào)的尖端利用度數(shù)S框來讀取短缺陷的相位角（92.43），（圖 9）。

3.3.2 利用RFT校準(zhǔn)設(shè)置遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)儀。利用短周向缺陷壁厚損失（減薄 30%）及相位角（92.43）創(chuàng)建新校準(zhǔn)（圖 10、圖 11）。

圖7 E207/B換熱管2-4（A1）缺陷圖譜

圖8 E207/B換熱管2-4（A2）缺陷圖譜

圖9 對(duì)比樣管缺陷圖譜

3.3.3 通過圖上坐標(biāo)計(jì)算與對(duì)比樣管進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合對(duì)缺陷類型的判斷（圖12），確定壁厚減薄深度已超過壁厚的30%。

4 結(jié)論

圖10 創(chuàng)建新校準(zhǔn)

通過對(duì)冷換設(shè)備E-207/B進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)，快速而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)了換熱管存在的腐蝕缺陷，充分體現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)靈敏度高、檢測(cè)速度快的特點(diǎn)，為換熱管腐蝕監(jiān)控提供了有效可行的手段。盡管該技術(shù)還存在許多缺點(diǎn)，如遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)，雖然能克服常規(guī)渦流檢測(cè)的某些不足，但是由于信號(hào)兩次穿過管壁，能量損耗較大，靈敏度受到很大影響，所以它只對(duì)管材的體積性缺陷（如管壁的腐蝕減薄、軸向腐蝕）較敏感，而對(duì)小孔狀缺陷的檢測(cè)不太理想。但總體而言，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)，隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，將會(huì)在換熱器管束檢測(cè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。

圖11 新校準(zhǔn)附著Abs1-f2絕對(duì)通道圖

圖12 缺陷換熱管定量分析圖譜

［1］ 陳前明，李健民.電站在役高壓給水加熱器遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)［J］.熱力發(fā)電，2003，（10）83-85.

［2］ 袁照坤，張耀亨.電渦流檢測(cè)技術(shù)換設(shè)備［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2011，（4）.