渦流檢測技術對加氫裝置二段冷卻器的安全性能評價

曲申，張道君，周家成，米孜拉夫·麥麥提，徐文明

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠，新疆 獨山子 833699）

渦流檢測技術對加氫裝置二段冷卻器的安全性能評價

曲申，張道君，周家成，米孜拉夫·麥麥提，徐文明

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠，新疆 獨山子 833699）

某公司針對換熱器換熱管泄漏問題，采用了渦流檢測技術對該換熱器的換熱管進行檢驗。渦流檢測的主要目的：根據渦流檢測數據和圖像，評定冷換設備管束換熱管壁厚損失情況，據此提出處理措施和建議。檢測結果表明冷卻器換熱管存在明顯的減薄和缺陷，不能滿足長周期運行要求，需要采取進一步的防護措施，保證安全平穩生產。

渦流檢測；性能；腐蝕；汽油加氫

中石油獨山子石化分公司乙烯廠乙烯一聯合車間加氫裝置10-E-6413作為二段加氫反應器出料冷卻器是該裝置的關鍵設備，若該換熱器列管泄漏將導致裝置非計劃停工。基于以上情況，對該換熱器的性能評估成為迫切需要解決的問題，只有掌握了這臺設備的性能才能為下一步采取措施提供依據。

1 二段冷卻器運行參數、列管分布圖

1.1 設備參數

10-E-6413換熱器是汽油加氫裝置二段冷卻結構形式為AES，換熱器規格為φ1900×34×14575，換熱面積1828m2，管程材質為10#鋼，具體運行參數詳見下表1。

1.2 換熱器管程分布圖（圖1）

圖1 10-E-6413換熱器管程分布圖

2 設備缺陷檢驗的難點

對于浮頭式換熱器檢驗其性能主要從兩個方面入手，一是殼程，另一方面是管程。殼程的評估主要通過全面檢驗來完成。此項工作已經于2015年大修時完成。結果顯示該換熱器殼程及接管部位均不存在任何問題，能夠安全平穩運行下去。所以，對這臺設備的性能評估的重點和難點就是如何實現對管程的檢驗，換熱器能否安全穩定運行，最主要的是檢查換熱器的列管是否存在隱患。運行多年后的換熱器列管如果存在問題一般包括兩方面，首先是列管經過多年運行可能存在沖刷減薄的情況，其次是列管材料原始存在的缺陷，如果存在以上問題就要考慮在合適機會對其進行整體更換。

表1 換熱器運行參數表

2.1 遠場渦流檢測的基本原理

渦流檢測技術屬于無損且能夠實現在役檢測，在本公司石化乙烯裝置應用還是首次。遠場渦流檢測技術是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測技術。探頭由激勵線圈和檢測線圈構成，通常為內通過式，檢測線圈與激勵線圈相距約二倍管內徑的長度，激勵線圈通過低頻交流電，檢測線圈能夠拾取發自激勵線圈穿過管壁后又返回管內的渦流信號，從而有效地檢測金屬管子的內、外壁缺陷和管壁的厚薄情況。

如圖2所示，在激勵線圈附近是渦流直接感應的近場區，常規渦流檢測即在此區域，因此無論哪種線圈配置，都要求檢測線圈與激勵線圈靠的很近，以便相互間的耦合，得到較高檢測靈敏度。研究表明，激勵磁場除了主要發生在近場區外，還有極小的一部分能量會穿透管壁沿軸向傳播，一般認為在距激勵線圈約2．5倍管徑以外即完全沒有近場渦流的影響而進入遠場區。若在此處放置檢測線圈，則管外的渦流能量流會再次穿透管壁而被檢測到，而遠場渦流傳播路徑上的障礙或管壁的缺損、電導率磁導率變化等都將影響遠場渦流的幅值及相位，從而能被檢測到。當然這部分渦流是十分微弱的，一般也只有μV數量級，因此必須有高靈敏度的放大器才能有效檢測到。

2.2 遠場渦流檢測系統的組成

遠場渦流檢測設備一般由下列五個部分組成。

（1）振蕩器：作為驅動線圈的激勵源，同時提供相位測量的參考信號。

（2）功率放大器：用來提高激勵源的信號。

（3）探頭的驅動定位裝置：它包括探頭和確定探頭軸向位置的編碼和數據計算系統。

（4）相位及幅值檢測器：通常選用鎖相放大器來測量檢測線圈的信號。

（5）微型計算機：用于儲存、處理和顯示檢測信號和數據。

2.3 遠場渦流的傳播規律

為了得到一定強度的遠場渦流，激勵線圈的激勵頻率一般保持在幾十Hz到幾百Hz之間。研究表明在檢測線圈處得到的相位是隨管壁厚度呈線性滯后的，而磁感應強度隨管壁厚度呈指數衰減。如下式：

圖2 遠場渦流檢測技術

式中令

在確定的頻率下遠場渦流的檢測線圈電壓相位與激勵線圈電壓相位的滯后角度是與管壁的厚度成正比的，若管壁有缺損，則渦流的相位滯后會相應減小，這是管壁測厚的理論基礎。同時，若從遠場渦流的幅值來看，幅值與壁厚是呈螺旋線關系的。若將幅值取自然對數后，則其數值與壁厚也呈線性關系。

3 對比樣管的制作

渦流檢測是一種比較檢測法，為了得到可靠的壁厚數據，必須事先加工好壁厚減薄的對比樣管。一般應根據現場實際產生的壁厚減薄特點來制作對比樣管，例如是內壁減薄還是外壁減薄等。對比樣管的最大減薄量應充分考慮到可能發生的實際減薄量。考慮到遠場檢測探頭的軸向長度較長，壁厚減薄臺階也應有足夠的長度。如圖3。

考慮到檢測精度的要求，相鄰的兩個壁厚變化臺階不宜相差太大，定為0．5mm一檔。選取的對比樣管必須與實際檢測對象材質規格完全一致，否則會帶來一定的系統誤差，10-E-6413列管的對比樣管規格為φ19×2(mm)，材質是10#鋼。

圖3 測厚標樣管

4 渦流檢測判定依據及結論

4.1 渦流監測評定依據

（1）檢測結果顯示管子壁厚減薄小于20%，說明該管束在現有工藝條件下可以長期使用。

（2）檢測結果顯示管子壁厚減薄在20%～30%之間，該管束在現有工藝條件下，介質存在一定程度的腐蝕，該管束可以繼續使用，但存在一定的風險。

（3）檢測結果顯示管子壁厚減薄在30%～40%之間(或者坑深在0．8～1．2mm之間，主要指壁厚為2．5mm的管子，其他壁厚的管子按照比例進行確定)的管子定為B 類缺陷管，說明該管束存在嚴重的腐蝕，考慮堵管或進行管束防腐處理或更換管束，該管束在現有工藝條件下須監控使用。

（4）檢測結果顯示管子壁厚減薄超過40%(或者坑深＞1．2mm，主要指壁厚為2．5mm的管子，其他壁厚的管子按照比例進行確定)的管子定為A 類缺陷管，說明該管束存在很嚴重的腐蝕，繼續使用可能導致管子泄漏，必須采取堵管處理，建議該管束報廢。

（5）根據管束在裝置的重要程度，對于存在問題的管束，可以降級使用，即調換到隨時能更換管束的裝置使用。

（6）根據NB/T47013．6-2015《承壓設備無損檢測第六部分：渦流檢測》中規定，渦流檢測結果的判定標準。

4.2 渦流測厚檢驗結論

該換熱器換熱管2697根，本次抽檢換熱管906根，根據現場實際運行的情況，本次檢測主要抽檢下半管程（上半管程抽檢165 根，下半管程抽檢741 根）。宏觀檢測：換熱器管束外壁存在均勻腐蝕，管板防腐已大部分脫落，管束內壁管口處均勻腐蝕，未發現明顯坑蝕。渦流檢測發現：30 根換熱管減薄量超過40%，81根換熱管壁厚損失在30%～40%之間。

5 結語

檢測完成后，對壁厚損失超過40%的30根換熱管進行堵管處理，對壁厚損失30%～40%的81根換熱管，在不影響換熱器正常使用的條件下，建議堵管處理。并且在今后要嚴格控制工藝操作參數，加強水質管理，定期進行渦流檢測。

換熱管渦流檢測技術首次在乙烯裝置設備檢測檢驗方面得到成功應用，為獨山子石化設備管理決策提供真實、可靠依據。此外在無損檢測技術應用中，還應認識到，檢測的目的不是單方面的追求過高的可靠性，而是在保證安全性和合適風險率的前提下，著重考慮其經濟性，只有這樣，無損檢測技術在承壓設備的應用才能達到預期的目的。

[1]劉凱，張榮仁．在役鐵磁性管渦流檢測方法與應用[J]．無損檢測，1996．

[2]戴建農．鐵磁性換熱管的遠場渦流測厚[M]，2010，10．

[3]程華云，關衛和，馬傳瑾．遠場渦流檢測檢測技術在碳鋼管束中的應用[J]．無損檢測，2011．

[4]蒙斌，付登堂．電渦流檢測技術在換熱器檢測中的應用[J]．化工機械，2012．

TQ051.5

A

1671-0711（2017）09（上）-0111-03