遠場渦流檢測中腐蝕缺陷定性定量分析

李 哲，唐 衛，郝同斌

（克拉瑪依市科比技術有限責任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 前言

在石化行業中，廣泛使用著各種形式的列管式（U形管式）熱交換器，有不少（碳鋼和合金鋼）換熱器在高溫和強腐蝕介質中運行，使換熱管管壁產生各種腐蝕缺陷、損傷和壁厚減薄，這將嚴重威脅設備的安全運行。對這些在役換熱器管進行定期檢測，掌握缺陷的存在及發展情況，是保證整臺設備長周期安全運行的關鍵。

1 F308遠場渦流檢測技術原理

遠場渦流現象取決于管中發生的兩個主要效應，一是沿管子內部對激勵線圈直接耦合磁通的屏蔽效應；二是存在能量兩次穿過管壁的非直接耦合路徑。它源于激勵線圈附近區域管壁中感應周向渦流，周向渦流迅速擴散到管外壁，同時幅值衰減、相位滯后，到達管外壁的電磁場又向管外擴散，管外場強的衰減較管內直接耦合區衰減速度慢得多，因此管外場又在管外壁感應產生渦流，穿過管壁向管內擴散，并再次產生幅值衰減與相位滯后，這也就是遠場區檢測線圈所接到的信號（圖1）。

2 影響渦流檢測結果（腐蝕缺陷類型及深度）準確性因素

圖1 F308遠場渦流檢測技術原理

通過在對在役換熱器管進行遠場渦流檢測檢測時，發現換熱管存在的腐蝕缺陷類型有：周向腐蝕缺陷、單邊腐蝕缺陷、疊加缺陷等。如何準確判定缺陷類型及缺陷深度需要從4個方面加以控制。

2.1 儀器設備性能

從事檢測行業，要保證檢測質量，必須熟悉了解設備的性能，盡可能降低對檢測結果的影響。雖然遠場渦流檢測法可以檢測鐵磁性管材，也可以檢測非鐵磁性金屬管材，但是它也有自身的局限性。遠場渦流檢測法，雖然能克服常規渦流檢測法的某些不足，但是由于信號兩次穿過管壁，能量損耗大，靈敏度受到很大影響，所以它對管材的體積性缺陷（如管壁的均勻減薄、軸向缺陷）較敏感，而對小孔缺陷的檢測不太理想。

2.2 對比樣管制作

制作對比樣管參考JB/T 4730.6-2005《承壓設備無損檢測》第六部分的相關內容設計對比樣管。對比樣管主要用于調節渦流檢測儀檢測靈敏度，確定驗收水平和保證檢測結果的準確性；對比樣管應與被檢測對象具有相同或相近規格、牌號、熱處理狀態、表面狀態和電磁特性；對比樣管上加工的人工缺陷應采用適當的方法進行測定，并滿足相關標準或技術條件的要求；對比樣管上加工的人工缺陷的尺寸不應解釋為檢測設備可以探測到的缺陷最小尺寸。

2.3 儀器調試與校準

儀器調試需要注意的是遠場渦流檢測時保證渦流場能穿透管壁，并有良好的衰減特性，頻率選擇不能太高，相位選擇要使不用壁厚的信號反應在水平軸投影上有良好的線性關系，并且對鐵磁性管板產生的信號方向必須在增厚的信號方向，增益的選擇要使信號的幅值在屏幕上處于合適的位置，要便于觀察。

每次開始做渦流檢測時都應先用對比樣管對測厚系統進行校正，校正的方法一般是用相同材料，相同規格尺寸的對比樣管對進行調試，要調整F-1頻率以獲得一個相移（相位移動的度數），該度數等同于短的周向凹槽的深度百分比。

2.4 探頭的選取

探頭是遠場渦流檢測檢測系統中的核心元件，在標準JB/T 4730-2005第六部分6.2.2.1中關于遠場渦流檢測中的規定，檢測線圈的直徑必須具有合適的直徑，應能順利的通過所要檢測的管子，并具有盡可能大的填充系數。

填充系數是影響管棒材渦流探傷靈敏度的重要因素，檢測線圈與管棒材接近程度越高，檢測靈敏度越高，由于管棒材的平直度、軸對稱性和橢圓度總是存在一定的偏差，如果僅僅關注追求填充系數的提高，必然會增大檢測線圈運動過程中與管棒材撞擊的概率和摩擦損耗，造成探頭的損傷。因此在實際檢測過程中，盡可能選擇與之相匹配的探頭進行檢測，保證檢測設備的靈敏度。通過在實際檢測中的應用，探頭填充系數至少≥60%，才能滿足檢測工作條件。

3 F308遠場渦流檢測技術的應用

圖2是某石化冷換設備E207/B換熱管（2-4）實際檢測結果的條形圖。從絕對通道1和2中可以看出，在S1～S11之間，相位和幅度跡線都出現向右側偏移，這是折流板的信號。在S1～S11之間，有多處區域相位和幅度跡線出現向左側偏移（圖2中*標記處），由圖譜分析可知，該管子存在類似單邊腐蝕缺陷、類似周向均勻腐蝕缺陷。在檢測的過程中，圖譜顯示部分管子存在類似缺陷。

3.1 對比樣管中各類缺陷渦流檢測圖譜及螺旋參考圖（圖3～圖 6）。

3.1.1 長周向均勻腐蝕缺陷（對比樣管規格Φ19×2 mm）。

3.1.2 短周向缺陷（對比樣管規格為Φ19×2 mm）。

3.1.3 單邊缺陷（對比樣管規格為Φ19×2 mm）。

3.1.4 通孔缺陷（對比樣管規格為Φ19×2 mm）。

圖2 E207/B換熱管2-4渦流檢測圖譜

圖3 對比樣管長周向缺陷照片及渦流檢測圖譜

圖4 對比樣管短周向缺陷照片及渦流檢測圖譜

圖5 對比樣管單邊缺陷照片及渦流檢測圖譜

3.2 對換熱管管壁存在的缺陷定性分析

定性分析：遠場渦流檢測儀采集的遠場渦流數據以相位和幅度信號顯示。腐蝕和其他缺陷都會造成信號的相位和幅度發生變化，根據其圖形的變化情況及螺旋參考曲線與對比樣管進行對比，可知在換熱管2-4存在的缺陷類型有類似單邊腐蝕缺陷A1（圖7）、類似周向均勻腐蝕缺陷A2（圖8）。

圖6 對比樣管通孔缺陷照片及渦流檢測圖譜

3.3 對換熱管管壁存在的缺陷定量分析

3.3.1 在遠場渦流檢測儀上，相位和幅度的對數與金屬缺損的深度呈一定的線形關系，通過掃查標準樣管上的標準短周向缺陷（壁厚減薄30%），使顯示檢測結果的條形圖上的相位和幅度曲線與缺陷的深度呈對應的比例關系。將光標放在缺陷信號的尖端利用度數S框來讀取短缺陷的相位角（92.43），（圖 9）。

3.3.2 利用RFT校準設置遠場渦流檢測儀。利用短周向缺陷壁厚損失（減薄 30%）及相位角（92.43）創建新校準（圖 10、圖 11）。

圖7 E207/B換熱管2-4（A1）缺陷圖譜

圖8 E207/B換熱管2-4（A2）缺陷圖譜

圖9 對比樣管缺陷圖譜

3.3.3 通過圖上坐標計算與對比樣管進行對比，結合對缺陷類型的判斷（圖12），確定壁厚減薄深度已超過壁厚的30%。

4 結論

圖10 創建新校準

通過對冷換設備E-207/B進行遠場渦流檢測，快速而準確地發現了換熱管存在的腐蝕缺陷，充分體現遠場渦流檢測技術靈敏度高、檢測速度快的特點，為換熱管腐蝕監控提供了有效可行的手段。盡管該技術還存在許多缺點，如遠場渦流檢測，雖然能克服常規渦流檢測的某些不足，但是由于信號兩次穿過管壁，能量損耗較大，靈敏度受到很大影響，所以它只對管材的體積性缺陷（如管壁的腐蝕減薄、軸向腐蝕）較敏感，而對小孔狀缺陷的檢測不太理想。但總體而言，遠場渦流檢測技術是一種很有發展前途的技術，隨著技術的發展和完善，將會在換熱器管束檢測中得到更為廣泛的應用。

圖11 新校準附著Abs1-f2絕對通道圖

圖12 缺陷換熱管定量分析圖譜

［1］ 陳前明，李健民.電站在役高壓給水加熱器遠場渦流檢測［J］.熱力發電，2003，（10）83-85.

［2］ 袁照坤，張耀亨.電渦流檢測技術換設備［J］.石油化工腐蝕與防護，2011，（4）.