FGI-3D技術(shù)在煉化裝置小接管檢測中的應(yīng)用

摘 要 小接管是壓力容器、壓力管道制造安裝及長周期安全運行中的薄弱環(huán)節(jié)，而小接管焊縫無損檢測技術(shù)具有一定的局限性，故提出將FGI?3D技術(shù)應(yīng)用于小接管焊縫表面裂紋缺陷檢測。經(jīng)驗證該技術(shù)可以在不去除焊縫表面涂層、污垢、銹蝕的情況下，對小接管表面裂紋進行準確檢測。

關(guān)鍵詞 小接管 FGI?3D技術(shù) 表面/近表面裂紋缺陷 無損檢測 電磁感應(yīng)原理

中圖分類號 TQ055.8+1" "文獻標識碼 B" "文章編號 0254?6094（2023）01?0119?06

小接管是煉化裝置中壓力容器、壓力管道上常見的結(jié)構(gòu)形式之一。2019年由中國石油煉化企業(yè)腐蝕與防護工作中心起草編制的《煉化裝置小接管管理導(dǎo)則》中規(guī)定：在設(shè)備本體或管道上直接開孔，采用焊接方式連接的DN50 mm及以下的半管接頭、支管座、支管的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱為小接管。例如與容器本體或管道連接的安全附件、儀表（熱電偶、壓力表、液位計和流量計）、排液導(dǎo)淋、蒸汽掃線、排氣閥及跨線等，一般在第一道閥門以內(nèi)的管道統(tǒng)稱為小接管。

小接管具有徑小、壁薄、結(jié)構(gòu)變化大、幾何形狀不連續(xù)等特點，所以在制造和使用過程中較縱、環(huán)向?qū)雍缚p更易產(chǎn)生未焊透、裂紋等缺陷。但是在我國目前的法律、標準體系中，如《國家特種設(shè)備目錄》、TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB 150.1—2011《壓力容器 第1部分：通用要求》、TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管道》及GB/T 20801.1—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第1部分：總則》等，均未對小接管提出設(shè)計、管理、監(jiān)督要求。因此，小接管成為壓力容器、壓力管道制造安裝及長周期安全運行中的薄弱環(huán)節(jié)，極易發(fā)生腐蝕、開裂、泄漏等問題。

筆者闡述了現(xiàn)階段小接管焊縫無損檢測的局限性，介紹了一種能夠檢測小接管焊縫表面、近表面裂紋的技術(shù)手段——FGI?3D技術(shù)，為小接管焊縫表面裂紋缺陷的檢測提出新思路。

1 小接管焊縫無損檢測技術(shù)的局限性

目前，小接管焊縫的無損檢測方法開展起來存在較多難點，具有局限性，具體見表1。由表1可以看到，目前還沒有較為完整可靠的小接管焊縫檢測方法。因此，如何有效通過無損檢測發(fā)現(xiàn)小接管的潛在隱患，保證容器、管道本體的安全運行，成為當前亟待解決的問題。

2 FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術(shù)

FGI?3D技術(shù)集裂紋檢測、安全評估與評價于一體，檢測過程中可以瞬時檢測成像，反映裂紋的方向、深度和長度信息。FGI?3D是集電磁陣列（EMA）、增強型交流場測量（ACFM+）、典型渦流相位阻抗（ECT）及C掃描等技術(shù)于一體的非接觸式場梯度成像技術(shù)，可用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)或焊縫的表面、近表面缺陷（裂紋、腐蝕坑）檢測，無需去除工件表面涂層或防腐層，可500 ℃在線不停機測量，單次掃描即可完成裂紋長度和深度的精確測量。

FGI?3D技術(shù)基于電磁感應(yīng)原理（圖1），在導(dǎo)體表面建立梯度場（電場和磁場），通過測量導(dǎo)體表面、近表面缺陷（裂紋、腐蝕坑）的尖角和輪廓對梯度場的擾動，來精確測量缺陷的三維尺寸信息。能量聚焦于工件表面，有效減輕或去除了材料電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率不均勻?qū)z測結(jié)果的影響，極大地提高了檢測靈敏度。

3 小接管角焊縫檢測試驗

為了驗證FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術(shù)在小接管角焊縫檢測工程中應(yīng)用的可行性，筆者進行檢測試驗。

試驗首先制作典型的小接管對比試樣。如圖2所示，小接管直徑48 mm，壁厚5 mm，表面有兩處不同方向（周向、軸向）的表面裂紋。

3.1 FGI?3D技術(shù)與滲透檢測技術(shù)對比試驗

利用FGI?3D技術(shù)掃查裝置沿著小接管快速旋轉(zhuǎn)一周，匯總檢測數(shù)據(jù)，并與滲透檢測進行對比驗證，結(jié)果列于表2。

由表2可以看出，F(xiàn)GI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術(shù)能夠有效檢測出小接管角焊縫的表面裂紋。雖然對于缺陷的定性顯示沒有傳統(tǒng)的磁粉、滲透方法直觀，但是該技術(shù)提供的缺陷定性數(shù)據(jù)更加精準。

FGI?3D技術(shù)根據(jù)裂紋導(dǎo)致磁感應(yīng)強度信號產(chǎn)生一個波峰和波谷，通過測量它們之間的時間差來表征裂紋的長度信息;電流流過裂紋底端時會產(chǎn)生最小的磁感應(yīng)強度，通過測量最小磁感應(yīng)強度與正常情況下的磁感應(yīng)強度的差值來表征裂紋的深度信息。FGI?3D技術(shù)獲得的測量精度是人眼觀察、手工測量無法達到的。

3.2 涂層檢測對比試驗

為了驗證FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術(shù)對于無法除去涂層、漆層、銹蝕的小接管角焊縫的檢測能力，將上述對比試樣刷涂3～5 mm的防銹漆，再次對兩個缺陷進行檢測，匯總數(shù)據(jù)見表3。

由表3可以看出，漆層的存在對于FGI?3D技術(shù)的檢測結(jié)果影響不大。這是因為該技術(shù)兼容了多種電磁技術(shù)，提離距離最高可達到5～12 mm，在小接管專用工裝的加持下，進一步穩(wěn)定了檢測探頭的掃查過程，有利于在線檢測。

4 應(yīng)用案例

某煉化企業(yè)加氫裂化裝置循環(huán)氫氣壓縮機廠房中的1#壓縮機組一級進氣緩沖罐發(fā)生氫氣泄漏。根據(jù)現(xiàn)場固定式可燃氣體監(jiān)測儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)初步判定泄漏部位為該罐南側(cè)測壓接管，立即采取了緊急停機處理。在對緩沖罐南側(cè)測壓接管根部角焊縫進行打磨去除表面覆蓋層后，露出金屬本體光澤，然后進行滲透檢測，發(fā)現(xiàn)一條長度超過3/4周的裂紋，開裂發(fā)生在角焊縫熱影響區(qū)，而在附近緩沖罐殼體和角焊縫上未檢出任何外表面裂紋類缺陷，如圖3所示。

通過分析泄漏原因和機理，最終確定該接管是因為懸臂梁的結(jié)構(gòu)特征，造成根部應(yīng)力最大，接管在壓縮氣體的脈動作用下處于受迫振動狀態(tài)，承受疲勞載荷，最終產(chǎn)生疲勞裂紋。為了防止再次發(fā)生類似情況，使用單位擬對其他類似情況的緩沖罐小接管在不停機狀態(tài)下，進行有針對性的無損檢測。該類緩沖罐小接管的公稱直徑為25 mm，壁厚為4 mm，筆者擬采用FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術(shù)來完成本次檢測任務(wù)。

本次檢測采用Lizard M8多通道檢測系統(tǒng)，使用標準筆式陣列探頭LCP801，如圖4所示。由于使用單位要求不停工檢測，現(xiàn)場無法對檢測部位進行打磨，為了確保探頭的提離距離，本次檢測配備獨特專業(yè)的接管工裝，如圖5所示。

通過對兩套壓縮機組的8臺緩沖罐共28條小接管進行檢測，發(fā)現(xiàn)可疑缺陷1處，檢測圖譜如圖6所示，通過分析3D模式圖和C掃描彩色輪廓圖，并采用精確測量模式，確定該缺陷深度2.8 mm，長度21.8 mm。為了進一步確認該小接管的情況，使用單位對該緩沖罐緊急停工，打磨去除小接管表面的漆層、浮銹，肉眼可見在焊縫熔合線附近存在裂紋缺陷。利用X射線數(shù)字成像技術(shù)對裂紋長度進行測量，發(fā)現(xiàn)該裂紋沿周向向內(nèi)壁擴展，裂紋長度23 mm;沿軸向解剖裂紋，進行金相宏觀觀察，該裂紋最深處深度達3.1 mm，如圖7所示。

本案例的成功應(yīng)用證明了FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術(shù)可以在不去除焊縫表面涂層、污垢、銹蝕的情況下，即在設(shè)備運行期間，對小接管表面裂紋進行在線檢測，可保證煉化設(shè)備的長周期安全運行。

5 結(jié)束語

FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術(shù)是一種新興的綜合電磁陣列成像掃描技術(shù)，兼容了多種電磁技術(shù)（EMA、ECT、ACFM+、FGI），可檢測碳鋼、合金鋼、奧氏體不銹鋼、鑄鐵、銅、鈦及鋁等導(dǎo)電材料;無需去除工件表面涂層或防腐層，無需耦合劑，節(jié)省了打磨涂層的成本和時間;單次掃描即可完成裂紋長度和深度的精確測量，可為設(shè)備的安全評估提供可靠依據(jù)。

目前，為小接管檢測設(shè)計制作的直流磁化裝置即將研發(fā)成功。屆時，F(xiàn)GI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術(shù)可以完成對煉化裝置小接管表面、近表面、埋藏缺陷的全面檢測，將成為保障煉化裝置長周期安全運行的一個重要手段。

參 考 文 獻

[1] 胡健，張子健，沈建民，等.基于陣列渦流和全聚焦相控陣技術(shù)的承壓設(shè)備應(yīng)力腐蝕開裂檢測[J].無損檢測，2021，43（5）：12-15.

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[3] 楊晶，張文澤，王波，等.熱電廠薄壁小徑管的相控陣超聲檢測[J].無損檢測，2021，43（1）：12-14;38.

（收稿日期：2022-03-01，修回日期：2023-01-16）

作者簡介：張文澤（1964-），工程師，從事承壓設(shè)備無損檢測工作，yjy_zwz@petrochina.com.cn。

引用本文：張文澤，祝加軒，解志剛，等.FGI?3D技術(shù)在煉化裝置小接管檢測中的應(yīng)用[J].化工機械，2023，50（1）：119-124.