渦流檢測技術(shù)在聚乙烯裝置的分析應用

郭 磊，何茂盛，時曉斌，李文秉，李永華

(中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司，新疆 獨山子 833699)

獨山子石化公司乙烯廠聚烯烴二聯(lián)合車間聚乙烯裝置采用英國BP公司專利技術(shù)， 1995年8月投產(chǎn)，共計2條生產(chǎn)線，年產(chǎn)聚乙烯20萬t，其中2線采用冷凝液生產(chǎn)技術(shù)，主要生產(chǎn)LL0209AA、HD6070等鈦系產(chǎn)品。

聚乙烯裝置聚合反應器的生產(chǎn)，對于反應系統(tǒng)的原料雜質(zhì)要求極其苛刻，其中要求水含量不得超過2 mg/L，一旦超標，反應系統(tǒng)立即中毒，會造成極大的損失。該裝置聚合工段有換熱器10臺，任何1臺發(fā)生管束腐蝕穿孔、開裂，都會對聚合反應產(chǎn)生重大影響。為了避免換熱器泄漏對裝置產(chǎn)生影響，車間定期對換熱器進行嚴密性試壓檢測。但是該檢測并不能預測換熱器的使用壽命，多次出現(xiàn)嚴密性試壓檢測后，換熱器使用過程中仍然發(fā)生泄漏的現(xiàn)象，對車間生產(chǎn)造成了嚴重影響。為此，2017年引進了渦流檢測技術(shù)。

渦流檢測與磁粉、滲透、射線、超聲檢測統(tǒng)稱為五大常規(guī)無損檢測。 對于空冷器及換熱器管束內(nèi)、外壁腐蝕缺陷來說，該技術(shù)是目前為止最有效的檢測手段。 近年來，隨著儀器設(shè)備和檢測技術(shù)的進步，此項技術(shù)正逐步應用于煉油、石化行業(yè)中，成為保證設(shè)備長周期安全運行的關(guān)鍵。渦流檢測技術(shù)能及時發(fā)現(xiàn)空冷器及換熱器管束存在的問題，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)和圖像，評估管束壁厚損失情況，并據(jù)此提出處理措施，保證冷換設(shè)備的長周期、安全、穩(wěn)定運行【1】。

1 渦流檢測技術(shù)原理

渦流檢測技術(shù)是根據(jù)電磁感應原理，使金屬材料在交變磁場作用下產(chǎn)生渦流，并由接收到的渦流信號的大小和分布檢測鐵磁性和非鐵磁性金屬材料的缺陷的技術(shù)。

渦流檢測技術(shù)建立在電磁感應基礎(chǔ)上，主要根據(jù)材料的磁導率、電導率特性，應用對比試樣來評定在役設(shè)備的電磁特性，并根據(jù)電磁特性的變化，通過換算，推算在役設(shè)備的壁厚損失情況，缺陷大小、形狀、方位等信息。當載有交變電流的檢測線圈靠近導電試件時，由于線圈中的交變電流產(chǎn)生交變磁場，因而試件中會感生出渦流。渦流的大小、相位及流動形式受到試件導電性能等的影響，而渦流對磁場的反作用又使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化。因此，通過測定檢測線圈阻抗的變化，就可以得出被測試件導電性的差別及有無缺陷等方面的結(jié)論,如圖1所示【2】。

渦流檢測RFT探頭帶有2個線圈，是發(fā)射—接收的結(jié)構(gòu)，間距為管徑的2～3倍。激勵線圈由交流電激發(fā)產(chǎn)生交流場。這個交流場由激勵線圈出發(fā)，從管壁內(nèi)側(cè)沿著管的軸向穿過管壁，再從管壁外側(cè)返回到檢測線圈。每次穿過管壁時，電磁場經(jīng)歷時間(相位)延遲并且振幅衰減。當探頭移動到壁厚減薄的區(qū)域時，在檢測線圈之間所需穿行時間減少并且衰減減少，因此在壁厚減薄處，信號相位(飛行時間)和振幅(信號強度)都出現(xiàn)增強【3】。通過對相位和振幅加以詮釋來確定壁厚減薄深度和周向范圍。

圖1 渦流檢測示意

2 渦流檢測技術(shù)在聚乙烯裝置應用實例

聚乙烯三級往復式壓縮機2C470為2線循環(huán)氣壓縮機，回收流化氣約1.2 t/h。如圖2所示，聚合反應器產(chǎn)生的聚乙烯粉末及流化氣體通過2S426袋式過濾器過濾掉聚乙烯粉末后，流化氣與膜回收的乙烯氣體一同進入壓縮機2C470第一冷卻器2E470A，經(jīng)換熱器冷卻后進入2C470一段排放罐，再經(jīng)排放罐高點進入壓縮機2C470一級缸套進行壓縮；一級壓縮后，再依次經(jīng)過2級同樣的冷卻、壓縮過程；三級壓縮后的氣體并入流化回路，進入聚合反應器繼續(xù)反應【4】。

2017年4月，2C470壓縮機定期中修。中修期間，對2C470壓縮機級間換熱器2E470A/B/C進行高壓水清洗吹掃后，利用渦流檢測技術(shù)對換熱器進行檢查，根據(jù)渦流檢測數(shù)據(jù)和圖像，評定冷換設(shè)備管束換熱管壁厚損失情況，并據(jù)此提出處理措施。

圖2 壓縮機2C470工藝流程

2.1 檢測設(shè)備與檢測標準

本次檢測采用F308 型渦流檢測儀，探頭規(guī)格為φ18 mm，對比樣管規(guī)格為φ25 mm，執(zhí)行標準為NB/T 47013.7—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第七部分：目視檢測》及NB/T 47013.6—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第六部分：渦流檢測》中在用鐵磁性換熱管的遠場渦流檢測法，采用內(nèi)穿過式線圈進行檢測。

2.2 評定依據(jù)

聚乙烯換熱器2E470A/B/C渦流檢測評定依據(jù)如下：

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

2) 檢測結(jié)果顯示管子壁厚減薄在20%～30%之間，說明該管束在現(xiàn)有工藝條件下，存在一定程度的腐蝕，可以繼續(xù)使用，但存在一定的風險；

3) 檢測結(jié)果顯示壁厚減薄在30%～40%之間或者坑深在0.8～1.2 mm(主要指壁厚為2.5 mm 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腐蝕，應考慮堵管、進行管束防腐處理或更換管束，該管束在現(xiàn)有工藝條件下須監(jiān)控使用；

4) 檢測結(jié)果顯示壁厚減薄超過40%或者坑深大于1.2 mm(主要指壁厚為2.5 mm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(xù)使用可能導致管子泄漏，必須采取堵管處理，該管束報廢。

2.3 宏觀檢查

圖3為2E470A/B/C進行宏觀檢查結(jié)果。由圖3可以看出：2E470A管板均勻腐蝕，換熱管內(nèi)壁存在均勻腐蝕、坑蝕；2E470B管板均勻腐蝕，換熱管內(nèi)壁存在均勻腐蝕；2E470C管板均勻腐蝕，管板焊縫局部點蝕。

圖3 2E470A/B/C換熱管管板

2.4 渦流檢測

2.4.1換熱器2E470A渦流檢測

換熱器2E470A共計檢測換熱管167根, 管束減薄分布情況如圖4所示。典型渦流圖譜如圖5 所示。

圖4 2E470A管束減薄分布

由圖4～圖5可以看出：

1) 1-6、2-7、5-6、6-7、6-10、6-16、8-7、9-1、13-5、13-8、14-4共計11根換熱管壁厚損失大于40%，2-5、3-6、3-7、3-12、7-7、9-16、10-8、13-12、14-1、14-5共計10根換熱管壁厚損失大于30%，在不影響換熱器正常使用的情況下，對上述21根管子進行堵管處理；

2) 定期對管束進行清洗，清除換熱管內(nèi)壁附著污垢；對該管束監(jiān)控使用，備用新管束。

2.4.2換熱器2E470B渦流檢測

由于2E470B為2016年11月新更換換熱器，因此對其進行渦流檢測抽檢，共計檢測換熱管27根。通過對圖譜進行分析，2E470B換熱管15-5存在均勻腐蝕、坑蝕以及>20%且≤30%的壁厚損失，其余換熱管存在均勻腐蝕，壁厚損失<20%。

圖5 2E470A典型渦流圖譜

典型渦流圖譜如圖6所示。

由圖6可以看出：該管束換熱管壁厚損失小于30%，應定期對管束進行清洗，可繼續(xù)使用。

2.4.3換熱器2E470C渦流檢測

換熱器2E470C共計檢測換熱管142根, 管束減薄分布情況如圖7所示。典型渦流圖譜如圖8 所示。

由圖7～圖8譜可以看出：

圖6 2E470B換熱管15-5渦流檢測圖譜

1) 1-1、1-4、2-3、2-5、5-2、5-10、5-11、7-6、7-12、7-13、8-5、8-9、8-11、9-10、10-2、10-3、10-4、10-6、10-8、10-9、10-11、11-3、11-8、11-9、12-7、13-1、13-3、14-1、14-2、14-4 共計30 根換熱管壁厚損失大于40%， 1-5、2-1、2-6、3-3、3-4、4-10、5-4、5-9、6-2、6-14、7-2、7-3、7-7、7-9、7-10、7-14、8-2、8-7、8-8、8-12、8-15、9-1、9-7、9-8、9-11、9-12、10-5、10-10、11-12、13-5、13-7、14-5 共計32 根換熱管壁厚損失大于30%，在不影響換熱器正常使用的情況下，對上述62根管子對進行堵管處理；

2) 通過對該管束渦流檢測圖譜進行分析，認為該管束換熱管整體壁厚損失較大，已無法滿足車間長周期運行的需要，需要更換管束。

圖7 2E470C 管束減薄分布

圖8 2E470C典型渦流圖譜

3 渦流檢測技術(shù)在聚乙烯裝置應用驗證

鑒于2E470A/C換熱器渦流檢測結(jié)果不理想，車間立即上報采購計劃，制造新?lián)Q熱器以備不時之需。2017年11月，2C470中修時，對2E470A/B/C再次進行試壓，未發(fā)現(xiàn)明顯漏點。中修后，11月17日，啟動2C470并將其并入回路。并入后， 聚合反應器底部溫度出現(xiàn)波動， 判斷為2E470A/B/C換熱器出現(xiàn)泄漏， 水雜質(zhì)進入反應器， 造成反應器中毒，聚合生產(chǎn)無法維持， 車間立即將換熱器切出。用新制造的2臺換熱器替換下出現(xiàn)泄漏的2E470A/C， 問題迎刃而解。由于渦流檢測技術(shù)的應用， 車間提前預判出換熱器2E470A/C可能出現(xiàn)問題， 并提前購置新?lián)Q熱器， 避免了一次因換熱器泄漏造成的重大生產(chǎn)事故。

4 結(jié)語

渦流檢測技術(shù)在聚合生產(chǎn)中的應用是保證設(shè)備長周期安全運行的重要手段。通過聚乙烯裝置應用渦流檢測技術(shù)的實例，證明該技術(shù)可及時發(fā)現(xiàn)換熱器管束存在的問題，根據(jù)渦流檢測數(shù)據(jù)和圖像，評估換熱管壁厚損失情況，并據(jù)此提出處理措施，預防和避免了重大事故的發(fā)生。