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對(duì)于換熱器管束的腐蝕檢測(cè)，渦流、旋轉(zhuǎn)超聲和聲脈沖，誰(shuí)更勝一籌？

2021-12-28 13:37:42 作者：無(wú)損檢測(cè)NDT 來(lái)源：無(wú)損檢測(cè)NDT 分享至：

換熱器是化工廠的主要設(shè)備之一，其中換熱器管子的失效會(huì)造成換熱器管殼程介質(zhì)混合、換熱效果受影響、介質(zhì)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(cè)的時(shí)機(jī)主要為停車檢修或切出修理時(shí)。目前，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的檢測(cè)方法主要為內(nèi)窺鏡檢測(cè)和渦流檢測(cè)，其他應(yīng)用的檢測(cè)方法有聲發(fā)射檢測(cè)、導(dǎo)波檢測(cè)、內(nèi)置式旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)（IRIS）等。那么，到底哪種方法更適合換熱器管束的腐蝕檢測(cè)呢？

為了在檢修前選擇合適的無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)換熱管進(jìn)行檢測(cè)，中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院聯(lián)合中韓（武漢）石油化工有限公司的技術(shù)人員對(duì)全廠的換熱器管束材料和規(guī)格進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.6-2015 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第6部分：渦流檢測(cè)》的要求制作了一批樣管，利用渦流、IRIS和聲脈沖（DUET）這3種無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)樣管進(jìn)行檢測(cè)。從檢測(cè)過(guò)程和檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)比了3種方法的差異和適用范圍。

01 信息統(tǒng)計(jì)和樣管制作

技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)了全廠換熱管的材料情況，采集到有效數(shù)據(jù)509個(gè)，占全廠換熱器管束總數(shù)的86.56%，結(jié)果顯示全廠換熱管材料主要是10號(hào)鋼、20號(hào)鋼、304、0Cr18Ni9不銹鋼等；然后，又統(tǒng)計(jì)了全廠換熱器管束規(guī)格情況，采集到有效數(shù)據(jù)477個(gè)，占全廠換熱器總數(shù)的81.12%，統(tǒng)計(jì)結(jié)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(jì)結(jié)果，共制作了23根樣管，長(zhǎng)1～1.35m，材料分別為0Cr18Ni9不銹鋼、10號(hào)鋼、20號(hào)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(gè)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(cè)結(jié)果

此次檢測(cè)的樣管較多，為了說(shuō)明3種檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果及結(jié)果顯示方式，以樣管a為示例進(jìn)行分析介紹。樣管a的材料牌號(hào)為0Cr18Ni9，外徑25mm，壁厚2mm，長(zhǎng)度1.2m，預(yù)制了7個(gè)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(nèi)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(cè)

渦流檢測(cè)是目前換熱管無(wú)損檢測(cè)最常用的一種檢測(cè)方法，對(duì)于非鐵磁性材料的換熱管，一般采用的是常規(guī)渦流檢測(cè)技術(shù)；對(duì)于鐵磁性材料的換熱管，采用的是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)。

試驗(yàn)采用的渦流檢測(cè)儀器是EDDYSUN公司生產(chǎn)的EEC-39RFT型渦流檢測(cè)設(shè)備。共檢測(cè)23根樣管、預(yù)制缺陷102個(gè)，檢測(cè)結(jié)果顯示有19個(gè)缺陷信號(hào)弱，其他缺陷全部可以檢出，檢出率可以達(dá)到81.37%。

按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.6-2015 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第6部分：渦流檢測(cè)》對(duì)樣管a實(shí)施了渦流檢測(cè)，渦流檢測(cè)儀采用的頻率為24kHz，渦流探頭直徑為23mm，檢測(cè)結(jié)果如下圖所示。其中左側(cè)為長(zhǎng)度方向缺陷的顯示圖，右側(cè)4張圖為每個(gè)缺陷的渦流信號(hào)阻抗平面圖。與標(biāo)準(zhǔn)中采用絕對(duì)式探頭經(jīng)過(guò)正確調(diào)整的典型渦流信號(hào)阻抗平面圖對(duì)比可以得到缺陷的長(zhǎng)度、內(nèi)外位置信息和深度信息。

樣管a的渦流檢測(cè)圖譜

2.2 內(nèi)置式旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)

內(nèi)置式旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)（IRIS）是一種從管子內(nèi)部進(jìn)行脈沖回波式超聲水浸檢測(cè)的方法。檢測(cè)過(guò)程中管子內(nèi)部充滿水，探頭在管子內(nèi)部移動(dòng)，通過(guò)超聲波穿過(guò)內(nèi)壁進(jìn)行定量檢測(cè)。該次檢測(cè)采用的設(shè)備型號(hào)為IRIS 9000，共檢測(cè)20根樣管，93處預(yù)制缺陷，能夠清晰地得到缺陷檢測(cè)信息的有92處，其中有一處預(yù)制缺陷為通孔，檢測(cè)得出結(jié)論為外部減薄。

按照儀器供應(yīng)商提供的操作手冊(cè)對(duì)樣管a實(shí)施檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，在探頭推進(jìn)過(guò)程中，機(jī)器自帶水泵會(huì)將水壓入移動(dòng)探頭裝置并從其頭部噴出，保證超聲探頭在旋轉(zhuǎn)測(cè)量時(shí)探頭和換熱管壁是耦合的，探頭的移動(dòng)速度一般為2.5m/min，檢測(cè)匯總結(jié)果如下：

樣管a的IRIS檢測(cè)圖譜如下圖所示，在IRIS檢測(cè)過(guò)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(kāi)圖的缺陷位置一一對(duì)應(yīng)。

樣管a的IRIS檢測(cè)圖譜

2.3 聲脈沖檢測(cè)

試驗(yàn)采用的聲脈沖檢測(cè)（DUET）是一種將聲脈沖（APR）和超聲脈沖（UPR）相結(jié)合的檢測(cè)方法，儀器的多探頭陣列發(fā)射兩種類型脈沖波，同時(shí)記錄和分析缺陷產(chǎn)生的反射波，通過(guò)專業(yè)軟件的分析運(yùn)算，能夠自動(dòng)識(shí)別和報(bào)告缺陷的位置、類型和尺寸。采用以色列Acoustic eye公司研發(fā)的DUET檢測(cè)設(shè)備，共檢測(cè)樣管12根、預(yù)制缺陷54個(gè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，檢出缺陷22個(gè)，圖譜有標(biāo)識(shí)但軟件未自動(dòng)識(shí)別的缺陷21個(gè)，未檢出缺陷11個(gè)。

按照儀器供應(yīng)商提供的使用手冊(cè)對(duì)樣管a實(shí)施檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，探頭不斷發(fā)出聲脈沖，同時(shí)接收反射波，形成檢測(cè)圖譜，從圖譜上很容易分辨出樣管的邊界，其DUET檢測(cè)圖譜如下圖所示。

樣管a的DUET檢測(cè)圖譜

從圖中可分辨出編號(hào)為A的通孔缺陷，也可以看到儀器通過(guò)波形判斷出來(lái)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(hào)鋼0.23m處，缺陷性質(zhì)為壁厚損失，損失量為90%。但其他3種缺陷無(wú)明顯波形顯示。

03 檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

匯總以上3種方法對(duì)樣管a的檢測(cè)結(jié)果如下：

可以看出樣管a的IRIS檢測(cè)效果最為理想，渦流檢測(cè)效果次之，DUET檢測(cè)效果較差。從缺陷圖譜中可以看出，IRIS的檢測(cè)結(jié)果最直觀，可以直接看到缺陷的形狀，軟件通過(guò)對(duì)比可以得到缺陷的性質(zhì)，通過(guò)超聲回波的時(shí)間差可以得到管子的剩余壁厚；DUET檢測(cè)的缺陷圖譜較容易識(shí)別，且自帶軟件具有典型圖譜識(shí)別的功能，可以分辨出減薄、通孔等壁厚損失情況；渦流檢測(cè)方法的缺陷圖譜識(shí)別較困難，需要檢測(cè)人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1 檢測(cè)靈敏度

IRIS的檢測(cè)靈敏度最高，在該項(xiàng)目中共檢測(cè)20根樣管，93處預(yù)制缺陷，能夠清晰地得到缺陷檢測(cè)信息的有92處，其中有一處預(yù)制缺陷為通孔，檢測(cè)得出結(jié)論為外部減薄；渦流檢測(cè)的檢測(cè)靈敏度較高，共檢測(cè)樣管23根，預(yù)制缺陷102個(gè)，檢測(cè)結(jié)果顯示有19個(gè)缺陷信號(hào)弱，其他全部可以檢出；DUET的檢測(cè)靈敏度較差，檢測(cè)樣管12根，預(yù)制缺陷54個(gè)，檢測(cè)結(jié)果顯示檢出缺陷22個(gè)，圖譜有標(biāo)識(shí)但軟件未自動(dòng)識(shí)別的缺陷21個(gè)，未檢出缺陷11個(gè)。

2 檢測(cè)缺陷的性質(zhì)

這3種方法主要針對(duì)的缺陷類型都是壁厚減薄，DUET的UPR模式可以檢測(cè)到內(nèi)外部軸向和圓周裂紋，但該試驗(yàn)并未對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，由于換熱管的壁厚較薄，如果產(chǎn)生裂紋，很可能短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生裂穿。

3 檢測(cè)過(guò)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(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤上。

（2）渦流檢測(cè)和DUET檢測(cè)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?qū)鼙谏系谋诤駵p薄進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。

（3）渦流檢測(cè)在性質(zhì)判斷和尺寸測(cè)量上沒(méi)有DUET檢測(cè)和IRIS檢測(cè)直觀，DUET從軟件上解決了缺陷性質(zhì)判斷和尺寸測(cè)量的問(wèn)題，IRIS檢測(cè)因原理與二者不同，不存在上述問(wèn)題。

4 實(shí)施檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作

（1）樣管的缺陷標(biāo)定。IRIS檢測(cè)不需要依賴樣管對(duì)缺陷進(jìn)行標(biāo)定；DUET檢測(cè)進(jìn)行過(guò)標(biāo)定后，相同類型的缺陷不需要再次標(biāo)定；渦流檢測(cè)按照標(biāo)準(zhǔn)需要在每次檢測(cè)前使用樣管進(jìn)行缺陷標(biāo)定工作。

（2）管子的清洗。IRIS和渦流檢測(cè)在檢測(cè)前要求將管子內(nèi)部清洗干凈，DUET檢測(cè)僅需對(duì)換熱管管頭處進(jìn)行清理即可。

（3）耦合。DUET檢測(cè)采用的是干耦合，無(wú)需耦合劑；渦流檢測(cè)無(wú)需耦合；IRIS檢測(cè)采用的是水耦合，在檢測(cè)時(shí)，換熱管檢測(cè)部位需要充滿水或采用水泵系統(tǒng)保證檢測(cè)部位耦合良好。

5 檢測(cè)的范圍

（1） U型管式換熱器彎管處：渦流檢測(cè)可以采用特殊的探頭或軟管探頭對(duì)U型管式換熱器彎管處進(jìn)行檢測(cè)，DUET可以檢測(cè)到U型管式換熱器彎管處，IRIS只能對(duì)直管進(jìn)行檢測(cè)。

（2）換熱器結(jié)構(gòu)的影響：IRIS檢測(cè)不受換熱器擋板、加強(qiáng)筋、管板、散熱片等結(jié)構(gòu)的影響，DUET和渦流檢測(cè)可能會(huì)受上述部位的影響從而降低檢測(cè)的有效性。

6 檢測(cè)效率

在清洗干凈的前提下，IRIS的檢測(cè)效率接近渦流檢測(cè)，一般略高于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流，略低于常規(guī)渦流；DUET的檢測(cè)效率最高。

04 結(jié) 語(yǔ)

1 對(duì)于壁厚減薄較嚴(yán)重的換熱管，可優(yōu)先選用IRIS方法進(jìn)行檢測(cè)，但是由于該方法需要徹底清洗管子，所以檢測(cè)前的清洗配合工作必須做好。

2 一般而言，可以選用渦流檢測(cè)方法檢測(cè)鐵磁性和非鐵磁性管子，但檢測(cè)效果會(huì)受到人員的檢測(cè)水平限制。

3 檢修初判腐蝕情況較輕微或無(wú)損傷的換熱器管，無(wú)法進(jìn)行清洗的，內(nèi)部有非致密雜質(zhì)的可采用DUET方法進(jìn)行檢測(cè)。

作者：李志峰1，吳建平2，劉建軍1，曾凡梁2，李偉1