磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)在石化設(shè)備中的應(yīng)用

姜海超 陳靈燕

摘要：近年來，石化行業(yè)為了更好的檢測(cè)設(shè)備腐蝕狀況，采用了一種新型的檢測(cè)技術(shù)，即磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)。在與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)的應(yīng)用可以提高檢測(cè)的整體效率。基于此，本文在進(jìn)行研究過程中，通過探究該種技術(shù)的應(yīng)用原理，提出應(yīng)用該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并探究具體的應(yīng)用案例，以供參考。

關(guān)鍵詞：磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)；石化；應(yīng)用

DOI：10.12433/zgkjtz.20231931

在石油化工領(lǐng)域中經(jīng)常使用重要的特種設(shè)備，但這些設(shè)備會(huì)受到環(huán)境、介質(zhì)等因素的影響，內(nèi)部會(huì)被腐蝕，導(dǎo)致失去原有的效用。因此，如果物料在生產(chǎn)階段出現(xiàn)泄漏，會(huì)引發(fā)較嚴(yán)重的安全事故，有必要進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，提高設(shè)備的安全性。磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)屬于一種新型技術(shù)，在石化設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣，可以檢測(cè)設(shè)備中幾十米甚至是上百米范圍內(nèi)的腐蝕狀況，也能在高溫環(huán)境下連續(xù)檢測(cè)。

一、磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)原理

磁致伸縮超聲導(dǎo)波進(jìn)行檢測(cè)后，會(huì)形成機(jī)械彈性波，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)在有限邊界的傳播。傳播方向受媒介傳播波的形狀限制。如果磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)到容器內(nèi)的腐蝕，可以將脈沖方波信號(hào)加到磁致伸縮超聲導(dǎo)波探頭上。當(dāng)探頭接近金屬工件表面時(shí)，產(chǎn)生交變磁場。在這種情況下，可以利用磁致伸縮效應(yīng)刺激超聲導(dǎo)波。導(dǎo)波沿著金屬容器移動(dòng)，如果發(fā)現(xiàn)容器焊縫、腐蝕缺陷等，會(huì)有一些波反射到接收線圈上，在經(jīng)過該儀器的處理后，獲得容器上的金屬缺損部位信號(hào)。磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)具有傳輸距離遠(yuǎn)、檢測(cè)速度快、信號(hào)能量集中等優(yōu)勢(shì)，適合容器中腐蝕檢測(cè)，以此實(shí)現(xiàn)快速篩查。

利用磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)容器中的壁板時(shí)，可以全面覆蓋壁板，如圖1所示。針對(duì)腐蝕程度進(jìn)行檢測(cè)的方式是：通過計(jì)算腐蝕面積整個(gè)容器截面積中的占比情況進(jìn)行顯示。

二、石化設(shè)備中磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

通過對(duì)比常規(guī)的無損檢測(cè)技術(shù)，磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)在石化設(shè)備中的檢測(cè)有著明顯優(yōu)勢(shì)，例如，管道、容器等。

利用磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)時(shí)，如果在工業(yè)中檢測(cè)管道，超聲導(dǎo)波僅要將管道固定到某一處即可，此時(shí)在激發(fā)出信號(hào)后，檢測(cè)十幾米甚至幾十米范圍內(nèi)管道腐蝕狀況，檢測(cè)效率要優(yōu)于其他常規(guī)方式。

為了檢測(cè)石化設(shè)備，有時(shí)會(huì)采取傳統(tǒng)無損檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)在引用過程中，檢測(cè)設(shè)備中存在的腐蝕情況、停車、排料、打磨狀態(tài)，再開展局部作業(yè)，如果具有對(duì)工期、拆卸保溫搭架等節(jié)約成本的需求，利用常規(guī)監(jiān)測(cè)方式會(huì)消耗更多的時(shí)間和精力。

石化設(shè)備中，通過利用磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在不停車的情況下完成檢測(cè)作業(yè)，對(duì)腐蝕部位的檢測(cè)不僅高效便捷，且更受歡迎。在近年來的發(fā)展過程中，磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)已成為一種重要方式。

三、腐蝕缺陷對(duì)超聲導(dǎo)波信號(hào)的影響

當(dāng)前，工業(yè)管道、埋地輸油管線等設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕缺陷，包括大面積腐蝕、局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕、化學(xué)腐蝕等。

（一）大面積腐蝕

如果設(shè)備中出現(xiàn)腐蝕缺陷，必定導(dǎo)致設(shè)備本體出現(xiàn)腐蝕較薄的狀況。隨著腐蝕程度越來越嚴(yán)重，石化設(shè)備管道越來越薄，利用磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)時(shí)，回波數(shù)據(jù)變化幅度會(huì)較小。

（二）局部腐蝕

如果在石化設(shè)備出現(xiàn)局部腐蝕的情況下進(jìn)行檢測(cè)，超聲導(dǎo)波檢測(cè)一般具有較好的優(yōu)勢(shì)。檢測(cè)局部腐蝕缺陷的靈敏度時(shí)，缺陷截面積由總截面積的大小和儀器的靈敏度確定。在檢測(cè)過程中，常用儀器的靈敏度會(huì)根據(jù)業(yè)主的實(shí)際需求設(shè)定，一般為2%或3%，只有當(dāng)缺陷面積達(dá)到截面積的2%或3%時(shí)，才能檢測(cè)到。

相關(guān)學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，如果局部腐蝕情況存在不同，在檢測(cè)信號(hào)、能力方面也存在較大差異。如果設(shè)備出現(xiàn)孔蝕，腐蝕程度又窄又深，表明信號(hào)幅值明顯較大。因此，可以采用導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)。

（三）應(yīng)力腐蝕和化學(xué)腐蝕

對(duì)于應(yīng)力腐蝕中產(chǎn)生的缺陷，一般都是裂紋導(dǎo)致，此時(shí)金屬缺損位置上的面積較小，應(yīng)用磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)時(shí)的靈敏度較低，通過導(dǎo)波檢測(cè)的方式進(jìn)行檢測(cè)，有效性會(huì)稍顯不足。對(duì)于由于化學(xué)原料產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象，可以采取局部腐蝕的方式，尤其是利用導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)。

四、磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)在石化設(shè)備中的應(yīng)用案例

（一）某油田埋地管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)

針對(duì)某石化廠中的輸油管道實(shí)行磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)，管道中的規(guī)格是Φ273.1×7.14mm，介質(zhì)是原油，在該管道中使用的材質(zhì)是20#鋼，管線長達(dá)3km，此時(shí)如果使用普通超聲檢測(cè)，很難全面檢查管道內(nèi)部。因此，采取磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道中的全面檢測(cè)。經(jīng)過檢測(cè)顯示，靠近廠外管道的彎頭部位有三處出現(xiàn)腐蝕信號(hào)，金屬截面部位的損失率超過2%，經(jīng)過磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，顯示異常的壁厚達(dá)3.2mm、3.5mm、3.1mm，腐蝕深度超過管道壁厚的50%。

（二）某石化廠常減壓塔頂管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)

針對(duì)某石化廠中常減壓塔頂管道，采取磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)。其中，管道的規(guī)格是Φ168×8.85mm，介質(zhì)是油氣，管道采用20#鋼材質(zhì)，管線中的長達(dá)1km，為了進(jìn)一步探尋管道彎頭處以及塔側(cè)面直管段腐蝕的情況，利用磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)有效檢測(cè)管道中發(fā)生腐蝕的情況。在檢測(cè)階段可知，靠近出口管道的彎頭部位有一處存在缺陷的信號(hào)，異常部位的厚度5.6mm，存在局部厚度剪薄的情況。

（三）某石化廠熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐內(nèi)管道的檢測(cè)

選取某石化廠中內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)自備電站鍋爐的水冷壁管道，為了檢測(cè)出管道中的腐蝕程度，采用磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)尋找其中的異常。經(jīng)過管道檢測(cè)，管道規(guī)格是Φ60×7.02mm，它的介質(zhì)是水，管道中使用的材質(zhì)是SA106B。通過了解鍋爐的運(yùn)行狀況可知，鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)過爆管情況，所以，在進(jìn)行抽查階段選取水冷壁管道。經(jīng)過檢測(cè)得出：水冷壁管道中有一段出現(xiàn)管壁較其他位置更薄的現(xiàn)象，這是由于這一部位已出現(xiàn)滲水。

（四）立式儲(chǔ)罐灌頂板超聲導(dǎo)波檢測(cè)

某化工企業(yè)存在一臺(tái)鋼制的1500m3的原油儲(chǔ)罐，對(duì)于該油罐的灌頂實(shí)行在役不停機(jī)檢測(cè)，在容器罐頂板材質(zhì)上使用的是Q235，壁的厚度是8mm，罐頂板的外部涂有油漆層，罐中裝載的介質(zhì)是原油。灌頂板運(yùn)行時(shí)的溫度為常溫。密切結(jié)合罐頂板的實(shí)際情況，從中選取超聲導(dǎo)波采集點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)選在便于安裝的位置，確保兩邊的傳播距離足夠大。將頂板漆層簡單研磨后，從中切割合適長度的鐵鈷帶，并在常溫下使用專用偶聯(lián)劑，確保鐵鈷帶與罐壁板粘結(jié)緊密。利用磁體對(duì)鐵鈷帶進(jìn)行磁化，將采集探頭與儀器主機(jī)連接。調(diào)試工作完成后采集相應(yīng)數(shù)據(jù)。檢測(cè)顯示，罐頂板超聲導(dǎo)波特點(diǎn)信號(hào)顯示并沒有出現(xiàn)明顯的金屬缺損現(xiàn)象，借助于常規(guī)性的檢測(cè)頂板厚度方式抽樣復(fù)檢，經(jīng)過掃描顯示，該區(qū)域中的外壁厚度達(dá)8～8.4mm，灌頂板的厚度適宜。

（五）芳烴儲(chǔ)罐壁板超聲導(dǎo)波檢測(cè)

對(duì)某化工廠區(qū)中的一臺(tái)烴儲(chǔ)罐壁板超聲導(dǎo)波檢測(cè)在線腐蝕情況，這一設(shè)備在2003年投入。該設(shè)備使用的材質(zhì)是16MnR、壁厚18mm、腐蝕達(dá)3mm，圍繞著容器壁板的外側(cè)有專門涂抹防腐層，如果不停機(jī)，機(jī)器本身溫度會(huì)達(dá)到70℃，從中選擇一個(gè)好的超聲采集點(diǎn)，保證檢測(cè)距離更遠(yuǎn)。在選擇本次檢測(cè)點(diǎn)的位置時(shí)，主要選擇儲(chǔ)罐筒體中間部位，設(shè)定筒體上側(cè)部位位于正方向，在下側(cè)部位處于負(fù)方向。穿過容器壁的超聲導(dǎo)波信號(hào)表明，在容器桶下部距離探頭約1.2m處有一個(gè)缺陷信號(hào)，經(jīng)過磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)，超聲導(dǎo)波掃描區(qū)域存在缺陷，整個(gè)壁厚最薄處為15.75mm，表示壁板有相對(duì)薄弱的地方。

（六）換熱器壁板超聲導(dǎo)波檢測(cè)

通過檢測(cè)某石化廠中的鋼制換熱壓力容器，在檢測(cè)過程中采取在役不開罐的檢測(cè)方式，本臺(tái)換熱器在2004年投入使用，該容器使用的材質(zhì)是16MnR、壁厚度16mm，圍繞容器壁板的外側(cè)有專門涂抹防腐層，在線溫度達(dá)到120℃。根據(jù)容器壁板周圍的實(shí)際狀況，從中選擇較好的超聲導(dǎo)波采集點(diǎn)。為確保上下兩側(cè)位置可以達(dá)到一定的傳播距離，檢測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)始終保持在殼體通道的中間位置。探頭和儀器主機(jī)調(diào)試完成后開始采集相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)過檢測(cè)后，換熱器壁板超聲導(dǎo)波特征信號(hào)中并沒有顯示存在嚴(yán)重金屬缺陷的波形，隨后利用電磁超聲技術(shù)對(duì)金屬的厚度抽樣復(fù)測(cè)，經(jīng)掃描后顯示，管道壁厚16～16.8mm，表明換熱器整體壁厚情況良好。

（七）原料油管道的檢測(cè)

該管道是螺旋焊縫，管道材料316L，規(guī)格Φ273×

8mm，表面溫度達(dá)到200℃左右，其中有兩條是伴熱管線，包覆著保溫層，傳輸時(shí)的介質(zhì)是原料油，具有一定的腐蝕性。借助于磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)顯示，三個(gè)螺旋焊縫波形波幅較高且孤立，焊縫之間的距離相等，對(duì)于同距離而言，不斷衰減。通過對(duì)管道中設(shè)置的3%、2%、1%靈敏度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：出現(xiàn)了管道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)回波意外，并沒有其他正常的回波；在管道正方向13.3m處有一些缺陷；管道中存在較多缺陷。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢查檢測(cè)缺陷部位的保溫層去除情況，在距離探頭13.3m的地方存在腐蝕缺陷，且防銹漆局部丟失，還存在較小的孤立腐蝕坑；對(duì)于管道的其他部位而言，整體外觀較完整，可以確定尚未出現(xiàn)腐蝕缺陷的情況。對(duì)此，磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)針對(duì)該管道靈敏度應(yīng)設(shè)置為2%。

五、磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)在石化設(shè)備中應(yīng)用效果

結(jié)合當(dāng)前磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況以及人們對(duì)該技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究可知，管道中還存在不足，可以確定具體長度、方向與位置，但未能確定管道中存在缺陷的實(shí)際性質(zhì)。另外，該技術(shù)在實(shí)際檢測(cè)靈敏度方面較高，在檢測(cè)各行各業(yè)的管道時(shí)，都具有較高的檢測(cè)精度。未來在研究該項(xiàng)技術(shù)時(shí)，有必要從磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)管道缺陷性質(zhì)方面出發(fā)，探究不同技術(shù)之間的結(jié)合點(diǎn)，合力解決管道檢測(cè)過程中存在的難題，為各行業(yè)中的壓力管道檢測(cè)提供有力支撐。

六、結(jié)語

綜上所述，磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)具有無須打磨、停車倒料的特點(diǎn)，整個(gè)石化設(shè)備顯示100%本體在線檢測(cè)，可以降低由于拆卸保溫、停車停產(chǎn)帶來的損失，提高檢測(cè)階段的效率。該技術(shù)操作簡單，容易攜帶，在很大程度上能實(shí)現(xiàn)一次性掃清長距離，直接了解石化設(shè)備中的腐蝕狀況。需要注意的是，磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)只對(duì)腐蝕檢測(cè)起到輔助作用，在具體檢測(cè)階段發(fā)現(xiàn)，難以定量檢測(cè)設(shè)備本體上的厚度，只能根據(jù)設(shè)備中的腐蝕情況利用波幅的方式顯示，對(duì)于實(shí)際缺陷情況而言，還要搭配使用其他常規(guī)性的檢測(cè)方式。與此同時(shí)，磁致伸縮超聲導(dǎo)波檢測(cè)可以檢測(cè)設(shè)備本體的腐蝕情況，如果由于盈利腐蝕出現(xiàn)面積較小的缺陷，說明不具備良好的靈敏度。所以，該技術(shù)還存在一些缺陷，有待改進(jìn)。

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作者簡介：姜海超（1985），女，山東省威海市人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)槭?；陳靈燕（1990），女，浙江省衢州市人，本科，工程師，主要研究方向?yàn)槭?/p>