對于換熱器管束的腐蝕檢測渦流、旋轉超聲和聲脈沖誰更勝一籌

換熱器是化工廠的主要設備之一，其中換熱器管子的失效會造成換熱器管殼程介質混合、換熱效果受影響、介質污染、腐蝕加劇等后果。換熱器管子的失效形式主要是壁厚損失，檢測的時機主要為停車檢修或切出修理時。目前，現(xiàn)場應用的檢測方法主要為內窺鏡檢測和渦流檢測，其他應用的檢測方法有聲發(fā)射檢測、導波檢測、內置式旋轉超聲檢測(IRIS)等。那么，到底哪種方法更適合換熱器管束的腐蝕檢測呢？為了在檢修前選擇合適的無損檢測方法對換熱管進行檢測，中國特種設備檢測研究院聯(lián)合中韓(武漢)石油化工有限公司的技術人員對全廠的換熱器管束材料和規(guī)格進行了統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計結果，按照標準NB/T47013.6-2015《承壓設備無損檢測第6部分：渦流檢測》的要求制作了一批樣管，利用渦流、IRIS和聲脈沖(DUET)這3種無損檢測方法對樣管進行檢測。從檢測過程和檢測結果進行分析，對比了3種方法的差異和適用范圍。01信息統(tǒng)計和樣管制作技術人員統(tǒng)計了全廠換熱管的材料情況，采集到有效數(shù)據(jù)509個，占全廠換熱器管束總數(shù)的86.56%，結果顯示全廠換熱管材料主要是10號鋼、20號鋼、304、0Cr18Ni9不銹鋼等；然后，又統(tǒng)計了全廠換熱器管束規(guī)格情況，采集到有效數(shù)據(jù)477個，占全廠換熱器總數(shù)的81.12%，統(tǒng)計結果顯示全廠換熱器管束規(guī)格(外徑×壁厚)主要有25mm×2.5mm、19mm×2mm、25mm×2mm和19mm×1.5mm這4種。根據(jù)以上統(tǒng)計結果，共制作了23根樣管，長1～1.35m，材料分別為0Cr18Ni9不銹鋼、10號鋼、20號鋼、12Cr1MoVG合金鋼和316L不銹鋼5種，規(guī)格(外徑×壁厚)分別為57mm×2.5mm、25mm×2.5mm、25mm×2mm、19mm×2mm和19mm×1.5mm。樣管的材料和規(guī)格都可以代表整個工廠大部分換熱器管束。在樣管上加工的模擬缺陷分為腐蝕穿孔、局部坑蝕、小孔腐蝕、局部溝槽狀腐蝕，這4種腐蝕形貌是換熱器損傷中的典型形貌。02檢測結果此次檢測的樣管較多，為了說明3種檢測方法的檢測結果及結果顯示方式，以樣管a為示例進行分析介紹。樣管a的材料牌號為0Cr18Ni9，外徑25mm，壁厚2mm，長度1.2m，預制了7個模擬缺陷，具體如下：1缺陷A：通孔，孔徑1.7mm，模擬腐蝕穿孔2缺陷B-1：外平底孔，孔徑4.8mm，深0.4mm，模擬局部坑蝕3缺陷B-2：外平底孔，孔徑4.8mm，深0.4mm，模擬局部坑蝕4缺陷B-3：外平底孔，孔徑4.8mm，深0.4mm，模擬局部坑蝕5缺陷B-4：外平底孔，孔徑4.8mm，深0.4mm，模擬局部坑蝕6缺陷C：外環(huán)槽，槽寬3.2mm，深0.4mm，模擬局部溝槽狀腐蝕7缺陷D：內環(huán)槽，槽寬1.6mm，深0.2mm，模擬局部溝槽狀腐蝕2.1渦流檢測渦流檢測是目前換熱管無損檢測最常用的一種檢測方法，對于非鐵磁性材料的換熱管，一般采用的是常規(guī)渦流檢測技術；對于鐵磁性材料的換熱管，采用的是遠場渦流檢測技術。試驗采用的渦流檢測儀器是EDDYSUN公司生產(chǎn)的EEC-39RFT型渦流檢測設備。共檢測23根樣管、預制缺陷102個，檢測結果顯示有19個缺陷信號弱，其他缺陷全部可以檢出，檢出率可以達到81.37%。按照標準NB/T47013.6-2015《承壓設備無損檢測第6部分：渦流檢測》對樣管a實施了渦流檢測，渦流檢測儀采用的頻率為24kHz，渦流探頭直徑為23mm，檢測結果如下圖所示。其中左側為長度方向缺陷的顯示圖，右側4張圖為每個缺陷的渦流信號阻抗平面圖。與標準中采用絕對式探頭經(jīng)過正確調整的典型渦流信號阻抗平面圖對比可以得到缺陷的長度、內外位置信息和深度信息。樣管a的渦流檢測圖譜2.2內置式旋轉超聲檢測內置式旋轉超聲檢測(IRIS)是一種從管子內部進行脈沖回波式超聲水浸檢測的方法。檢測過程中管子內部充滿水，探頭在管子內部移動，通過超聲波穿過內壁進行定量檢測。該次檢測采用的設備型號為IRIS9000，共檢測20根樣管，93處預制缺陷，能夠清晰地得到缺陷檢測信息的有92處，其中有一處預制缺陷為通孔，檢測得出結論為外部減薄。按照儀器供應商提供的操作手冊對樣管a實施檢測。檢測時，在探頭推進過程中，機器自帶水泵會將水壓入移動探頭裝置并從其頭部噴出，保證超聲探頭在旋轉測量時探頭和換熱管壁是耦合的，探頭的移動速度一般為2.5m/min，檢測匯總結果如下：編號剩余壁厚/mm缺陷處壁厚剩余比例/%缺陷類型缺陷位置/m11.43071外部腐蝕0.821.51075小孔0.5300通孔0.241.83091內部腐蝕1.0樣管a的IRIS檢測圖譜如下圖所示，在IRIS檢測過程中可以得到直觀的缺陷形狀圖。在圖中可以清楚地看到缺陷在管子橫截面上的位置，可以和截面展開圖的缺陷位置一一對應。樣管a的IRIS檢測圖譜2.3聲脈沖檢測試驗采用的聲脈沖檢測（DUET)是一種將聲脈沖(APR)和超聲脈沖(UPR)相結合的檢測方法，儀器的多探頭陣列發(fā)射兩種類型脈沖波，同時記錄和分析缺陷產(chǎn)生的反射波，通過專業(yè)軟件的分析運算，能夠自動識別和報告缺陷的位置、類型和尺寸。采用以色列Acousticeye公司研發(fā)的DUET檢測設備，共檢測樣管12根、預制缺陷54個，檢測結果顯示，檢出缺陷22個，圖譜有標識但軟件未自動識別的缺陷21個，未檢出缺陷11個。按照儀器供應商提供的使用手冊對樣管a實施檢測。在檢測過程中，探頭不斷發(fā)出聲脈沖，同時接收反射波，形成檢測圖譜，從圖譜上很容易分辨出樣管的邊界，其DUET檢測圖譜如下圖所示。樣管a的DUET檢測圖譜從圖中可分辨出編號為A的通孔缺陷，也可以看到儀器通過波形判斷出來的缺陷類型、位置和壁厚損失量等信息，如圖所示通孔缺陷A的位置在距樣管編號鋼0.23m處，缺陷性質為壁厚損失，損失量為90%。但其他3種缺陷無明顯波形顯示。03檢測結果對比分析匯總以上3種方法對樣管a的檢測結果如下：可以看出樣管a的IRIS檢測效果最為理想，渦流檢測效果次之，DUET檢測效果較差。從缺陷圖譜中可以看出，IRIS的檢測結果最直觀，可以直接看到缺陷的形狀，軟件通過對比可以得到缺陷的性質，通過超聲回波的時間差可以得到管子的剩余壁厚；DUET檢測的缺陷圖譜較容易識別，且自帶軟件具有典型圖譜識別的功能，可以分辨出減薄、通孔等壁厚損失情況；渦流檢測方法的缺陷圖譜識別較困難，需要檢測人員具有豐富的經(jīng)驗。1檢測靈敏度IRIS的檢測靈敏度最高，在該項目中共檢測20根樣管，93處預制缺陷，能夠清晰地得到缺陷檢測信息的有92處，其中有一處預制缺陷為通孔，檢測得出結論為外部減?。粶u流檢測的檢測靈敏度較高，共檢測樣管23根，預制缺陷102個，檢測結果顯示有19個缺陷信號弱，其他全部可以檢出；DUET的檢測靈敏度較差，檢測樣管12根，預制缺陷54個，檢測結果顯示檢出缺陷22個，圖譜有標識但軟件未自動識別的缺陷21個，未檢出缺陷11個。2檢測缺陷的性質這3種方法主要針對的缺陷類型都是壁厚減薄，DUET的UPR模式可以檢測到內外部軸向和圓周裂紋，但該試驗并未對其進行驗證，由于換熱管的壁厚較薄，如果產(chǎn)生裂紋，很可能短時間內就會發(fā)生裂穿。3檢測過程的記錄和缺陷的顯示與判定(1)這3種方法操作人員都可以在屏幕上對檢測數(shù)據(jù)進行實時觀察，數(shù)據(jù)可以存儲到計算機硬盤上。(2)渦流檢測和DUET檢測都是以特定缺陷圖形顯示缺陷，IRIS是以更直觀的方式顯示缺陷，能夠對管壁上的壁厚減薄進行實時成像。(3)渦流檢測在性質判斷和尺寸測量上沒有DUET檢測和IRIS檢測直觀，DUET從軟件上解決了缺陷性質判斷和尺寸測量的問題，IRIS檢測因原理與二者不同，不存在上述問題。4實施檢測前的準備工作(1)

樣管的缺陷標定。IRIS檢測不需要依賴樣管對缺陷進行標定；DUET檢測進行過標定后，相同類型的缺陷不需要再次標定；渦流檢測按照標準需要在每次檢測前使用樣管進行缺陷標定工作。(2)

管子的清洗。IRIS和渦流檢測在檢測前要求將管子內部清洗干凈，DUET檢測僅需對換熱管管頭處進行清理即可。(3)

耦合。DUET檢測采用的是干耦合，無需耦合劑；渦流檢測無需耦合；IRIS檢測采用的是水耦合，在檢測時，換熱管檢測部位需要充滿水或采用水泵系統(tǒng)保證檢測部位耦合良好。5檢測的范圍(1)

U型管式換熱器彎管處：渦流檢測可以采用特殊的探頭或軟管探頭對U型管式換熱器彎管處進行檢測，DUET可以檢測到U型管式換熱器彎管處，IRIS只能對直管進行檢測。(2)

換熱器結構的影響：IRIS檢測不受換熱器擋板、加強筋、管板、散熱片等結構的影響，DUET和渦流檢測可能會受上述部位的影響從而降低檢測的有效性。6檢測效率在清洗干凈的前提下，IRIS的檢測效率接近渦流檢測，一般略高于遠場渦流