基于MsS低頻導(dǎo)波技術(shù)的壓力容器局部減薄缺陷檢測(cè)及原因分析

田志勇 王 十 羅晟

（1.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）

（2.中海殼牌石油化工股份有限公司 惠州 516086）

在裝置運(yùn)行中，由于選材、工藝或操作不當(dāng)?shù)纫蛩兀瑫?huì)導(dǎo)致壓力容器減薄甚至泄漏，對(duì)生產(chǎn)安全和長(zhǎng)周期運(yùn)行造成隱患。目前，對(duì)局部減薄的檢測(cè)，可采用自動(dòng)超聲波掃查、導(dǎo)波檢測(cè)或斷面射線掃描等方法。但對(duì)于運(yùn)行中的壓力容器，因高溫、介質(zhì)等影響，不宜采用自動(dòng)超聲波掃查和斷面射線掃描，而導(dǎo)波檢測(cè)具有較高的缺陷檢出率和檢測(cè)效率。本文采用MsS低頻導(dǎo)波技術(shù)，結(jié)合脈沖渦流檢測(cè)和超聲波測(cè)厚方法，探索了一種壓力容器局部減薄缺陷的在線檢測(cè)方法，為在線檢測(cè)壓力容器減薄缺陷提供了參考。

1 MsS低頻導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)

MsS低頻導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)利用磁致伸縮效應(yīng)來(lái)激發(fā)超聲導(dǎo)波[1]，超聲導(dǎo)波是一種低頻彈性機(jī)械波，其由一系列諧波疊加而成[2]。超聲導(dǎo)波沿著長(zhǎng)度方向進(jìn)行傳播，并受工件幾何邊界的約束，在遇到結(jié)構(gòu)（如焊縫、支撐）和明顯的界面變化時(shí)，導(dǎo)波將發(fā)生反射或散射現(xiàn)象[3-4]。反射波將以機(jī)械波的形式被傳感器接收，分析回波信號(hào)的電壓幅值差異，即可得到受檢工件的界面損失情況[5-6]。低頻導(dǎo)波技術(shù)作為一種比較成熟的檢測(cè)技術(shù)，在管道的檢測(cè)中，已被廣泛使用[7]，但是在壓力容器的檢驗(yàn)中應(yīng)用不多，本文將低頻導(dǎo)波、脈沖渦流檢測(cè)相結(jié)合，為MsS低頻導(dǎo)波技術(shù)在壓力容器在線檢測(cè)應(yīng)用提供了新思路。

2 MsS低頻導(dǎo)波在線檢測(cè)應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

某化工裝置環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)換器在使用過(guò)程中發(fā)生腐蝕泄漏[見圖1（a）]，該轉(zhuǎn)換器為特殊的U型焊接管式轉(zhuǎn)換器，水平敷設(shè)在主框架上。轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)見表1。

表1 轉(zhuǎn)換器主要參數(shù)

該轉(zhuǎn)換器腐蝕損傷機(jī)理為二氧化碳腐蝕，局部減薄形成腐蝕坑。根據(jù)轉(zhuǎn)換器上次定期檢驗(yàn)結(jié)果，減薄發(fā)生在容器頂部氣相及氣液界面部位。對(duì)于局部減薄，常規(guī)無(wú)損檢測(cè)有效率低，而超聲波測(cè)厚又很難發(fā)現(xiàn)全部局部減薄部位，容易造成漏檢。應(yīng)用低頻導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)可以快速確定缺陷分布的位置和規(guī)律，為進(jìn)一步的定位缺陷提供參考依據(jù)。

環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)換器的減薄部位主要集中在轉(zhuǎn)換器的上部10點(diǎn)到14點(diǎn)方向的氣相部位，紅外檢測(cè)結(jié)果如圖1（b）所示，可以發(fā)現(xiàn)，氣液兩相分界明顯，氣液界面及氣相部位也是本次檢驗(yàn)的重點(diǎn)部位。

圖1 轉(zhuǎn)化器頂部氣相部位發(fā)生泄漏

2.2 檢測(cè)系統(tǒng)介紹

檢測(cè)采用的是MsSR3030R檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由主機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸線、數(shù)據(jù)采集和分析軟件、適配器、探頭線圈和磁致伸縮鐵鈷合金條帶組成，檢測(cè)范圍為管道外徑38.1～101.6 cm，檢測(cè)頻率分為32 kHz、64 kHz和128 kHz三種，一般來(lái)說(shuō)，檢測(cè)頻率越高，檢測(cè)距離越短，檢測(cè)的精度越高。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及結(jié)果分析

本次檢測(cè)采用間接法。檢測(cè)前，磁致伸縮帶需要進(jìn)行預(yù)磁化，傳感器安裝表面應(yīng)除去防腐層并打磨光滑。檢測(cè)時(shí)，磁致伸縮帶與被檢件用固化膠等緊密耦合，實(shí)現(xiàn)聲能的傳遞。檢測(cè)中應(yīng)確保有效范圍之間的重疊，確保不引起漏檢，從而影響檢測(cè)結(jié)果。其檢測(cè)原理見圖2（a），磁致伸縮帶及傳感器的現(xiàn)場(chǎng)安裝檢測(cè)見圖2（b），在安裝過(guò)程中，應(yīng)預(yù)先把鐵箍帶布置部位的表面及焊縫打磨平整，以免引起磁致伸縮帶的變形或翹起，導(dǎo)致導(dǎo)波信號(hào)傳遞和接收異常，從而影響檢測(cè)效果。

圖2 磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)原理及傳感器現(xiàn)場(chǎng)布置

檢測(cè)頻率為32 kHz，檢測(cè)結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出，MsS低頻導(dǎo)波檢驗(yàn)可以清楚地顯示焊縫、管道支撐位置的反射信號(hào)，對(duì)發(fā)生反射波的位置，須在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)測(cè)距、脈沖渦流和超聲波檢測(cè)等方法確認(rèn)其是否為缺陷部位。

圖3 低頻導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果

由圖3數(shù)據(jù)可知，缺陷D1右側(cè)距離探頭1.41 m，反射波形高度為2.3%，缺陷D2左側(cè)距離探頭0.51 m，反射波高為8.9%，需進(jìn)一步對(duì)缺陷進(jìn)行定位。

首先采用脈沖渦流在距離探頭1.41 m和0.51 m處進(jìn)行編碼器掃查，D1位置的掃查結(jié)果如圖4（a）所示，結(jié)果顯示，該缺陷部位的最小壁厚為9.5 mm。根據(jù)脈沖渦流檢測(cè)特點(diǎn)，其測(cè)厚結(jié)果為脈沖渦流探頭足跡內(nèi)壁厚的平均值，因此需要對(duì)最小值進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)。

對(duì)脈沖渦流檢測(cè)中壁厚為9.5 mm的位置進(jìn)測(cè)厚，在缺陷D1的位置發(fā)現(xiàn)局部減薄點(diǎn)，實(shí)測(cè)最小壁厚值為5.3 mm，其減薄位置如圖4（b）所示，用同樣的方法對(duì)D2進(jìn)行了檢測(cè)。采用這種方法，累計(jì)發(fā)現(xiàn)減薄點(diǎn)384處，其中壁厚值≤5 mm的減薄部位有16處，5 mm＜壁厚值≤6 mm的減薄部位有34處。

圖4 缺陷位置的脈沖渦流掃查結(jié)果和超聲波壁厚測(cè)量結(jié)果

圖4 缺陷位置的脈沖渦流掃查結(jié)果和超聲波壁厚測(cè)量結(jié)果（續(xù)）

3 處置措施

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，為防范安全風(fēng)險(xiǎn)，防止泄漏再次發(fā)生，使用單位擬采取以下處置措施：

1）為防止泄漏危險(xiǎn)，對(duì)轉(zhuǎn)換器加強(qiáng)巡查和監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)泄漏按規(guī)定采取緊急帶壓密封防護(hù)措施；

2）對(duì)壁厚小于5 mm的減薄部位，在條件允許的情況下，采取適當(dāng)方法進(jìn)行修復(fù)；

3）在工藝條件允許的情況下，提高轉(zhuǎn)換器液位高度，避免二氧化碳腐蝕發(fā)生；

4）下次大修期間，對(duì)該轉(zhuǎn)換器進(jìn)行更換處理。

4 泄漏原因分析

分析工藝流程可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換器介質(zhì)包含K2CO3、KHCO3溶液與EO/EG，pH值約為9.5，在介質(zhì)中加入釩酸鹽用作催化劑和緩蝕劑。在前段工序換熱器中加熱到101 ℃后，KHCO3受熱分解，溫度達(dá)到了CO2的溢出溫度，發(fā)生反應(yīng)（1）。CO2不斷地從介質(zhì)中溢出，并在氣相凝結(jié)，由于氣相中不含緩蝕劑，最終發(fā)生反應(yīng)（2），從而導(dǎo)致壁板的局部腐蝕穿孔。轉(zhuǎn)換器CO2腐蝕形成過(guò)程的示意圖如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)化器二氧化碳腐蝕形成示意圖

碳鋼及低合金鋼的二氧化碳腐蝕隨著CO2濃度增高，pH值降低，腐蝕性不斷增強(qiáng)，該轉(zhuǎn)換器主體材質(zhì)為16MnR，在沒(méi)有緩蝕劑的保護(hù)下，極易形成二氧化碳腐蝕環(huán)境而導(dǎo)致局部腐蝕，最終導(dǎo)致壁板泄漏。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）對(duì)小直徑壓力容器局部減薄缺陷，MsS低頻導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)可在線對(duì)壁板缺陷進(jìn)行掃查，結(jié)合脈沖渦流和超聲波測(cè)厚等方法可對(duì)減薄部位進(jìn)行精確定位。

2）低頻導(dǎo)波技術(shù)可用于在線檢測(cè)，本次檢測(cè)溫度為101 ℃，實(shí)驗(yàn)證明其最高檢測(cè)溫度可達(dá)500 ℃，可為壓力容器安全運(yùn)行及在線檢測(cè)提供一定的技術(shù)支撐。

3）低頻導(dǎo)波檢測(cè)存在一定的局限性，必須通過(guò)其他檢測(cè)方法對(duì)缺陷部位進(jìn)行復(fù)核。

4）二氧化碳腐蝕多發(fā)生在氣相及氣液界面，缺陷多為蝕坑或蝕孔，可通過(guò)加入緩蝕劑、優(yōu)化選材和改善工藝等方法進(jìn)行預(yù)防。