換熱器無損檢測技術(shù)

嵇文巋

[摘? ? 要]換熱器作為一種用于熱量交換的壓力容器，廣泛應(yīng)用于我國石油、化工、電力、城市供暖、制藥等行業(yè)。換熱器在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于應(yīng)用環(huán)境的特殊性，這就要求對(duì)其進(jìn)行必要的檢修工作，對(duì)避免其出現(xiàn)安全問題有著重要作用，壓力容器無損檢測技術(shù)因其無損傷性、效率高以及檢測安全等特點(diǎn)，近年來普遍應(yīng)用于換熱器的無損檢測工作中。

[關(guān)鍵詞]壓力容器;換熱器;無損檢測技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TH878 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）04–00–03

Nondestructive Testing of Pressure Vessels - Nondestructive

Testing Technology of Heat Exchangers

Ji Wen-kui

[Abstract]As a pressure vessel for heat exchange， heat exchangers are widely used in my country's petroleum， chemical， electric power， urban heating， pharmaceutical and other industries. In the actual application process of heat exchangers， due to the particularity of the application environment， This requires necessary maintenance work， which plays an important role in avoiding safety problems. The non-destructive testing technology of pressure vessels has been widely used in heat exchange over the years because of its non-destructive， high efficiency and safe testing characteristics. In the non-destructive testing of heat exchangers， the following article will explore the non-destructive testing of pressure vessels - the non-destructive testing technology of heat exchangers.

[Keywords]pressure vessel; heat exchanger; nondestructive testing technology

換熱器在實(shí)際的應(yīng)用過程中，我國在頒布的TSG 21—2016《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中明確規(guī)定同時(shí)滿足工作壓力大于等于0.1 MPa;容積不小于0.03 m3以及直徑不小于150 mm，盛裝介質(zhì)為氣體或者液化氣體的換熱器在實(shí)際的工作中，最高的工作溫度不小于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)這3條時(shí)就需要進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)工作，根據(jù)相關(guān)要求，由設(shè)計(jì)者根據(jù)工況進(jìn)行確定，是否需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行無損檢測。

1 壓力容器無損檢測技術(shù)的主要特點(diǎn)

1.1 無損檢測技術(shù)不會(huì)損傷材料和部件結(jié)構(gòu)

無損檢測的特點(diǎn)之一就是與破壞性檢測存在很大差異，通過無損檢測技術(shù)對(duì)相關(guān)容器進(jìn)行檢測，其最大的優(yōu)勢就是不會(huì)對(duì)材料、部件以及結(jié)構(gòu)造成任何影響，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中無損檢測技術(shù)并非十分完美。其中包括在對(duì)液化石油的檢測，除了進(jìn)行常規(guī)的無損檢測之外，還需要對(duì)其進(jìn)行一定的爆破實(shí)驗(yàn)檢測。這就要求在進(jìn)行型式試驗(yàn)過程中，需要將無損檢測技術(shù)與破壞性檢測技術(shù)進(jìn)行有效融合，這樣才能達(dá)到最佳的檢測效果。

1.2 合理選擇無損檢測技術(shù)要對(duì)檢測時(shí)間

在進(jìn)行無損檢測技術(shù)的應(yīng)用過程中要合理選擇檢測時(shí)間。即，在進(jìn)行壓力容器的無損檢測工作中，首先就需要按照相關(guān)檢測要求進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備工作，其中就包括檢查相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況以及具體的工藝制作特點(diǎn)等，然后根據(jù)這些條件對(duì)無損檢測技術(shù)進(jìn)行的具體時(shí)間確定，例如，進(jìn)行超聲波檢測時(shí)，通常會(huì)選擇在焊接完成后表面清理再進(jìn)行超聲檢測或水壓試驗(yàn)完成后進(jìn)行超聲檢測工作。

2 換熱器制造中的無損檢測技術(shù)分析

2.1 換熱器原材料的無損檢測技術(shù)分析

在進(jìn)行換熱器原材料的無損檢測技術(shù)中，通常換熱器的圓筒和封頭會(huì)采用碳素鋼、低合金鋼和奧氏體不銹鋼，在特定的條件下需要采用超聲檢測技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量檢測。其檢測的主要目的是能快速發(fā)現(xiàn)板材在冶煉以及軋制過程中出現(xiàn)的白點(diǎn)、裂紋和缺陷問題。同時(shí)檢測方法和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格按照NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測》第3部分：超聲檢測中的規(guī)定進(jìn)行。

將換熱器與其他壓力容器進(jìn)行比較就會(huì)發(fā)現(xiàn)，換熱器的明顯特征就使其使用了換熱管，其中換熱管主要可以分成兩種材料，分別為鐵磁性的鋼管和不具鐵磁性的不銹鋼管、銅管及銅合金管，鈦管和鈦合金管，鋁管和鋁合金管等。進(jìn)行換熱管質(zhì)量的檢測中最有效的方法就是渦流檢測，其主要的檢測目的是發(fā)現(xiàn)鋼管上可能存在的通孔以及表面裂紋等問題。在對(duì)鋼管進(jìn)行渦流檢測時(shí)，必須要用對(duì)比試樣法對(duì)應(yīng)渦流儀的檢測靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣才能有效確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常采用穿過式線圈的探頭對(duì)通孔缺陷進(jìn)行檢測，同時(shí)采用扁平放置式線圈的探頭對(duì)鋼管表面裂紋進(jìn)行檢測。

2.2 焊接縫的射線和超聲波檢測技術(shù)

在進(jìn)行換熱器殼體的對(duì)接焊接工作中，易產(chǎn)生氣孔、夾渣、未融合、未焊接和裂紋等問題，有關(guān)人員通常采用射線和超聲檢測進(jìn)行焊縫內(nèi)部的缺陷檢測工作，同時(shí)采用磁粉和滲透檢測進(jìn)行焊縫表面的缺陷檢測工作，在進(jìn)行實(shí)際的檢測中，有關(guān)人員需要按照?qǐng)D樣規(guī)定的檢測方式進(jìn)行100 %的射線或者超聲檢測。采用射線或者超聲檢測過的焊接接頭，有關(guān)人員是否需要采用超聲或者射線進(jìn)行相互復(fù)檢，同時(shí)在復(fù)檢過程中的復(fù)檢長度都需要有關(guān)人員在復(fù)樣的設(shè)計(jì)中進(jìn)行明確規(guī)定，有關(guān)人員在進(jìn)行焊接的管板以及換熱管的表面滲透檢測中，采用磁粉或者滲透檢測之前，就需要檢驗(yàn)人員或焊接人員將受檢表面進(jìn)行有效打磨，保證受檢表面露出金屬光澤，使焊縫和母材做到平滑過渡，然后按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果應(yīng)符合圖樣及標(biāo)準(zhǔn)要求的合格級(jí)別。

3 在役換熱器的無損檢測技術(shù)

為了有效確保換熱器的安全運(yùn)行，需要對(duì)投入使用的換熱器進(jìn)行定期的檢測，我國在有關(guān)規(guī)定中也明確規(guī)定，壓力容器在役檢測要分為在線的外部檢測和壓力容器停機(jī)的內(nèi)外部全面檢測，通常外部檢測周期應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，同時(shí)內(nèi)外部全部檢測周期最多為6年，在役換熱器的年度外部檢測內(nèi)容主要就包括使用單位對(duì)換熱器的安全管理情況檢查工作，換熱器本體以及運(yùn)行狀態(tài)和安全附件的檢查工作。在實(shí)際的檢測工作中以宏觀檢查為主要手段，在遇到必要情況時(shí)可以選擇進(jìn)行測厚以及腐蝕介質(zhì)含量測定工作，其中就包括在實(shí)際檢測中殼體焊縫內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)的缺陷。這就要求可以采用有效的無損檢測方法對(duì)存在的缺陷進(jìn)行檢測，其中就包括可以采用表面裂紋電磁檢測方法對(duì)換熱器外殼是否存在疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋進(jìn)行檢測。按相關(guān)規(guī)定要求，建議與壓力容器檢測周期一致，其中換熱器內(nèi)外部全面檢測工作的重點(diǎn)是檢測換熱器在運(yùn)行過程中殼體和換熱管受到外界溫度以及環(huán)境因素影響所產(chǎn)生的腐蝕、磨損、開裂等問題，這就要求在進(jìn)行宏觀檢查的基礎(chǔ)上，還需要采用磁粉、超聲和射線等無損檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。

3.1 換熱器的表面檢測技術(shù)分析

在換熱器停機(jī)全面檢驗(yàn)中首選的無損檢測方法就是表面檢測，其中檢測部位為換熱器殼體的對(duì)接焊縫的焊跡表面，還包括換熱管板與換熱管焊接的角焊縫等部位。通常對(duì)鐵磁性材料對(duì)接焊縫的表面檢測中多選擇磁粉檢測，在進(jìn)行角焊縫的檢測環(huán)節(jié)中，有關(guān)人員無法選擇磁粉檢測，也可以選擇滲透檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。對(duì)非鐵磁性材料的檢測中通常采用滲透檢測。根據(jù)研究統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，換熱器容易出現(xiàn)表面裂縫的主要部位主要分布于管板和殼體的焊接處，殼體大法蘭的環(huán)焊縫，大約占整體表面裂縫的80 %左右，其中20 %的裂縫會(huì)出現(xiàn)在進(jìn)出料法蘭的接管角焊縫以及容易出現(xiàn)熱疲勞的部位等。

3.2 換熱器殼體焊縫表面裂紋的渦流檢測

在進(jìn)行換熱器殼體焊縫表面裂紋的檢測工作中，采用磁粉或者滲透檢測都需要將被檢測焊縫的表面進(jìn)行事先清潔，有效去除換熱器殼體表面的防腐層或者污垢，這就使得這兩項(xiàng)技術(shù)不適宜用于換熱器的在線檢測工作。在對(duì)實(shí)際的檢測結(jié)果進(jìn)行研究就可以發(fā)現(xiàn)，檢測結(jié)果中80 %的換熱器不存在表面裂紋問題，即使出現(xiàn)表面裂紋的換熱器表面裂紋也不足焊縫總長的1 %，因此花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行打磨不但嚴(yán)重增加了換熱器日常檢查的時(shí)間以及費(fèi)用，還會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器焊縫部位的殼體壁厚嚴(yán)重降低。這就要求有關(guān)人員可以采用渦流技術(shù)進(jìn)行金屬材料表面的裂紋檢測工作，采用這種技術(shù)可以不去除表面涂層，常規(guī)的渦流方法只適用于檢測表面光滑的母材上的裂紋。這就導(dǎo)致在實(shí)際的應(yīng)用中，由于焊縫上的裂紋因?yàn)楹附痈邷刈饔卯a(chǎn)生的鐵磁性變化以及焊縫表面粗糙，這就使得渦流技術(shù)很難進(jìn)行有效應(yīng)用。這就需要采用基于復(fù)平面分析的金屬材料焊縫電磁渦流檢測技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過程中，可以選擇特殊的點(diǎn)式探頭對(duì)焊縫表面進(jìn)行快速的掃描檢測工作，同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)可以在擁有防腐層的情況下進(jìn)行，并且能保證取得準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，有關(guān)人員在采用電磁渦流表面裂縫檢測技術(shù)進(jìn)行檢測工作中，這項(xiàng)技術(shù)可以在焊縫表面存在一定厚度的防腐層以及表面粗糙的情況下進(jìn)行應(yīng)用，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)在役換熱器殼體焊縫的表面裂紋進(jìn)行快速檢測，然后對(duì)可疑部位采用磁粉或者滲透檢測進(jìn)行復(fù)檢，有效確定表面裂紋的具體部位以及大小，有效提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[1]。

3.3 殼體焊縫的超聲檢測技術(shù)分析

在換熱器內(nèi)外部全面檢查中，由于殼體內(nèi)部存在約束，因此通常采用超聲檢測方法從換熱器外部對(duì)焊縫100 %檢測或抽樣檢測，這樣就能保證在檢測中能快速發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部以及表面存在的疲勞裂縫問題，超聲波探傷儀在實(shí)際的應(yīng)用中具有所占體積較小、重量較輕，方便攜帶易于操作等特點(diǎn)，應(yīng)用過程中與射線相比對(duì)人體不會(huì)造成任何傷害，所以近年來在換熱器的檢測工作中得到了廣泛應(yīng)用。通過超聲檢測可以精確地測量出焊縫內(nèi)缺陷的長度以及深度，這樣就可以為缺陷的安全評(píng)定工作提供幾何的尺寸數(shù)據(jù)。目前在國外應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)主要就包括超聲檢測衍射聲時(shí)法、相控陣法和全息成像法。通過在實(shí)際的應(yīng)用中將這些方法進(jìn)行有效應(yīng)用，可以保證有關(guān)人員能快速得到內(nèi)部缺陷的直觀以及精確數(shù)據(jù)，近年來我國也開始啟用這些方法進(jìn)行相應(yīng)的研究應(yīng)用工作[2]。

3.4 殼體焊縫的射線檢測技術(shù)分析

在進(jìn)行換熱器的內(nèi)外部全面檢查工作中，射線方法主要用于厚度小于12 mm板厚的換熱器殼體對(duì)接焊縫內(nèi)部的缺陷檢測工作，在實(shí)際的應(yīng)用過程中通常選擇超聲檢測技術(shù)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷之后，有關(guān)人員在選擇射線檢測技術(shù)進(jìn)行復(fù)檢，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的性質(zhì)以及部位進(jìn)行確定，為缺陷的返修工作提供依據(jù)[3]。

3.5 殼體焊縫的金屬磁記憶檢測

金屬磁記憶檢測技術(shù)是20世紀(jì)90年代提出并發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，作為一種主要用于檢測材料應(yīng)力集中和疲勞損傷的無損檢測技術(shù)。這種方式在實(shí)際的應(yīng)用過程中能快速發(fā)現(xiàn)材料受力后引發(fā)的疲勞損傷以及產(chǎn)生的裂縫問題，但是由于人們對(duì)磁記憶現(xiàn)象的機(jī)理缺乏十分準(zhǔn)確的了解工作，所以通常與其他無損檢測方法進(jìn)行配合使用，可有效避免漏檢問題的發(fā)生。在進(jìn)行磁記憶檢測中，無須對(duì)焊縫表面進(jìn)行打磨，可以直接對(duì)帶有油漆層的換熱器表面進(jìn)行掃描檢查。因此，這種方法主要用于換熱器的在線檢測工作。與電磁渦流檢測進(jìn)行比較，磁記憶檢測方法的主要作用是發(fā)現(xiàn)換熱器殼體上高應(yīng)力集中部位，其中主要就包括容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕以及疲勞損傷的部位。在實(shí)際的應(yīng)用中，人們會(huì)選擇磁記憶檢測儀器對(duì)換熱器殼體的焊縫進(jìn)行快速掃描，快速發(fā)現(xiàn)換熱器殼體焊縫上存在的應(yīng)力峰值部位，然后采用超聲檢測技術(shù)對(duì)這一部分進(jìn)行局部檢測，從而保證能在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)表面以及內(nèi)部存在的問題[4]。

3.6 對(duì)在役換熱器鐵磁性鋼管的遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)分析

與新制鋼管采用的渦流檢測方法不同，在進(jìn)行在役換熱器換熱管的渦流檢測中，只能選擇內(nèi)穿過式探頭進(jìn)行檢測。由于鋼管的內(nèi)徑較小，因此對(duì)在役換熱器鐵磁性鋼管的檢測中，通常會(huì)使用遠(yuǎn)場渦流檢測方法。在采用遠(yuǎn)場渦流檢測方法進(jìn)行檢測中，首先就需要對(duì)鐵磁性鋼管的內(nèi)表面進(jìn)行清洗，這樣才能滿足檢測的根本要求，在使用遠(yuǎn)場渦流檢測方法中需要對(duì)比試樣，從而對(duì)工作頻率以及其他工作參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)整，有效提高檢測的靈敏度保證與系統(tǒng)的要求保持一致。有關(guān)人員在對(duì)杠桿進(jìn)行檢測工作中，為了保證檢測結(jié)果的有效性，需要對(duì)探頭的速度進(jìn)行控制，保證其速度恒定平穩(wěn)，探頭的檢測速度也需要根據(jù)儀器和參數(shù)進(jìn)行合理選擇，通常需將速度控制在10 m/min。在實(shí)際的檢測中，有關(guān)人員需要將從對(duì)比試驗(yàn)管獲得的數(shù)據(jù)作為儀器缺陷檢測能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)，做到對(duì)被檢測鋼管是否存在缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確判斷[5]。

對(duì)在役換熱器非鐵磁性金屬管的渦流檢測中，只能采用內(nèi)穿過式探頭進(jìn)行檢測工作，其中與新制造管材檢測的目的有所不同，在役設(shè)備檢測的根本目的在于發(fā)現(xiàn)換熱管使用中可能存在的局部腐蝕坑以及壁厚腐蝕變薄的問題，對(duì)在役換熱器非鐵磁性金屬管的渦流檢測中，首先就需要對(duì)管內(nèi)表面進(jìn)行清洗，然后采用檢測對(duì)比試驗(yàn)對(duì)其工作頻率以及其他工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，有效提升整體檢測工作的靈敏度。在進(jìn)行檢測工作中，要保證檢測探頭的恒定平穩(wěn)，要將探頭檢測速度控制在20 m/min，同時(shí)將檢測對(duì)比試驗(yàn)管獲得的數(shù)據(jù)作為依據(jù)對(duì)儀器的缺陷檢測能力進(jìn)行衡量，從而實(shí)現(xiàn)有效判斷被檢管內(nèi)是否存在缺陷[6]。

4 結(jié)束語

通過無損檢測技術(shù)對(duì)換熱器的制造以及使用過程進(jìn)行檢測，可以有效保證換熱器質(zhì)量，通常在對(duì)其原材料進(jìn)行檢測中會(huì)采用超聲檢測以及渦流檢測，對(duì)其制作過程通常采用磁粉、滲透等檢測，對(duì)在役換熱器的檢測通常需要根據(jù)不同位置選擇合理的檢測方法，有效保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，隨著無損檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，在未來無損檢測技術(shù)在檢測速度、檢測靈敏度以及可靠性方面將會(huì)得到快速提升，從而保證換熱器檢測能更加高效準(zhǔn)確。

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