碳鋼換熱管束遠場渦流檢測缺陷分析

魏培生

（中國石油獨山子石化公司研究院，新疆 獨山子 833699）

某重整芳烴裝置需要對一臺換熱器管束進行腐蝕狀況檢測，管束材質為20#鋼、規格φ25×2.5mm。經宏觀檢查發現，換熱器管束整體存在不同程度的點腐蝕、管束存在局部區域均勻減薄。根據使用過程中可能產生的缺陷形態，取其相同材料、規格的管束制作對比試樣，并依據NB/T47013-2015《承壓設備無損檢測》實施遠場渦流檢測。檢測設備選用加拿大Russell 公司的F308 型遠場渦流檢測系統，對壁厚減薄、點腐蝕等缺陷有很好的檢測能力。

1 對比試樣缺陷波形分析

制作對比試樣。管束材質20#鋼、規格φ25×2.5mm。依據其可能產生的缺陷形態，在樣管上加工含均勻減薄、點腐蝕類型的缺陷，如圖1 所示。

圖1 對比試樣示意圖

1.1 絕對通道信號波形分析

絕對通道的檢測數據主要適用于大范圍漸變缺陷的檢測，通過測量絕對通道中缺陷信號的相位角判定管壁減薄量即缺陷深度，缺陷深度與相位角存在線性關系。調整頻率f1以獲取一個相位的度數，該度數等同于周向凹槽的深度百分比。例如，周向凹槽深度是20%，要調整相位約為20°，較高的頻率產生一個較大的相移。對于絕對通道應用遠場檢測數據分析，在無缺陷處相移為零，僅需一個C 型缺陷（圖1）即周向凹槽缺陷即可完成缺陷校準，如表1。校準完成后，絕對通道缺陷深度與信號相位角存在線性關系。

1.2 差分通道信號波形分析

差分通道適用于檢測局部腐蝕或小缺陷。差分通道檢測信號相位旋轉前，條狀圖上X 軸的水平分量含有缺陷信號、管束電磁性能差異或其他因素引起的干擾波形信號。設缺陷信號幅值為Z1、Z2、Z3……, 干擾信號幅值為A1、A2、A3……，條狀圖上X 軸的水平分量可表示為Z1cosθ1、Z2cosθ2、Z3cosθ3、A1cosθ4、A2cosθ5、A3cosθ6……（θ 為XY 電壓圖上信號與X 軸的夾角）。可知，由缺陷引起的信號Z1≠Z2≠Z3，θ1≠θ2≠θ3，在管束完好部位，由管束電磁性能差異或其他因素引起的干擾波形信號A1≠A2≠A3，θ4≈θ5≈θ6。若令條狀圖上X 軸的水平分量A1cosθ4、A2cosθ5、A3cosθ6等于零，X 軸上水平分量只含有缺陷信號，有利于檢測人員判定缺陷信號。選取一段波形信號，在XY 電壓圖上旋轉信號相位，當干擾信號相位角θ4≈θ5≈θ6＝90°時，缺陷信號就能易于識別，見表2。

表1 絕對通道校準

表2 相位旋轉前后X 軸水平分量波形比較

差分通道信號調整完畢后，通過測量試樣管上兩個（或兩個以上），20%T ～80%T 深的突變性缺陷信號相對X 軸的相位角，在平面坐標圖中描繪出相應缺陷深度-相位角的數據點，找出缺陷深度與相位角度的關系，在現場檢測過程中，可以依據缺陷深度-相位角的關系判定突變性缺陷的深度(T為管束公稱壁厚)。

表3 缺陷深度與相位角檢測結果

在差分通道中，管束完好部位由管束電磁性能差異引起的干擾信號相位旋轉后的相位角約為90°。在表2 中，相位旋轉后的干擾信號相位角為87.32°，以表3 中的數據繪制出缺陷深度與相位角的對應關系。以缺陷A、B、E 為代表的腐蝕點、坑、槽類缺陷、以缺陷F 為代表的通孔（深孔）類缺陷、以缺陷D 為代表的短周向類缺陷的關系曲線全部通過關系圖中的點（87.32°，0）。差分通道校準時，選取以缺陷A、B、E 為代表的腐蝕點、坑、槽類缺陷得出缺陷深度-相位角的關系，再將此關系曲線附加給相應的差分通道，最終完成校準過程。儀器校準后，可以直接顯示缺陷的百分比損失量，如圖2 所示。

圖2 缺陷深度與相位角的對應關系

1.3 差分通道校準后的測量誤差

遠場渦流檢測發現的缺陷信號以波形方式顯示，不能對缺陷進行定性分析，得出的百分比損失量也存在一定誤差。

在表4 中，缺陷A、B、D、E 的絕對誤差＜5%T，通孔F的測量偏差最大。現場檢測時，遇到信號相位角在40°附近時，需要多次復查、確認，避免通孔、深孔類缺陷深度誤判或漏檢。

2 現場檢測應用

碳鋼換熱管束部分檢測數據。

表4 缺陷實際深度與儀器檢測結果的對比

表5 碳鋼換熱管束部分檢測數據

3 結語

（1）通過對檢測數據的分析，使用遠場渦流技術能有效檢出碳鋼換熱管束上存在的局部均勻腐蝕、點腐蝕等缺陷。

（2）分析缺陷部位各檢測通道的信號波形，通過測量信號的相位角可以判定腐蝕部位的深度，但不能區分內外壁缺陷。

（3）對于較小缺陷常因檢測信號幅值太小，如小于1.25 倍壁厚通孔當量的缺陷會被淹沒在干擾信號中，存在一定漏檢概率。

（4）對于管束上可觀察到的腐蝕部位，應注意觀察腐蝕形貌，有助于缺陷數據的分析和缺陷性質的判定。