涡流检测技术对加氢装置二段冷却器的安全性能评价

2017-09-18曲申张道君周家成米孜拉夫麦麦提徐文明

中国设备工程 2017年17期

关键词：管程远场管束

曲申，张道君，周家成，米孜拉夫·麦麦提，徐文明

（中国石油独山子石化公司乙烯厂，新疆独山子 833699）

涡流检测技术对加氢装置二段冷却器的安全性能评价

曲申，张道君，周家成，米孜拉夫·麦麦提，徐文明

（中国石油独山子石化公司乙烯厂，新疆独山子 833699）

某公司针对换热器换热管泄漏问题，采用了涡流检测技术对该换热器的换热管进行检验。涡流检测的主要目的：根据涡流检测数据和图像，评定冷换设备管束换热管壁厚损失情况，据此提出处理措施和建议。检测结果表明冷却器换热管存在明显的减薄和缺陷，不能满足长周期运行要求，需要采取进一步的防护措施，保证安全平稳生产。

涡流检测；性能；腐蚀；汽油加氢

中石油独山子石化分公司乙烯厂乙烯一联合车间加氢装置10-E-6413作为二段加氢反应器出料冷却器是该装置的关键设备，若该换热器列管泄漏将导致装置非计划停工。基于以上情况，对该换热器的性能评估成为迫切需要解决的问题，只有掌握了这台设备的性能才能为下一步采取措施提供依据。

1 二段冷却器运行参数、列管分布图

1.1 设备参数

10-E-6413换热器是汽油加氢装置二段冷却结构形式为AES，换热器规格为φ1900×34×14575，换热面积1828m2，管程材质为10#钢，具体运行参数详见下表1。

1.2 换热器管程分布图（图1）

图1 10-E-6413换热器管程分布图

2 设备缺陷检验的难点

对于浮头式换热器检验其性能主要从两个方面入手，一是壳程，另一方面是管程。壳程的评估主要通过全面检验来完成。此项工作已经于2015年大修时完成。结果显示该换热器壳程及接管部位均不存在任何问题，能够安全平稳运行下去。所以，对这台设备的性能评估的重点和难点就是如何实现对管程的检验，换热器能否安全稳定运行，最主要的是检查换热器的列管是否存在隐患。运行多年后的换热器列管如果存在问题一般包括两方面，首先是列管经过多年运行可能存在冲刷减薄的情况，其次是列管材料原始存在的缺陷，如果存在以上问题就要考虑在合适机会对其进行整体更换。

表1 换热器运行参数表

2.1 远场涡流检测的基本原理

涡流检测技术属于无损且能够实现在役检测，在本公司石化乙烯装置应用还是首次。远场涡流检测技术是一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术。探头由激励线圈和检测线圈构成，通常为内通过式，检测线圈与激励线圈相距约二倍管内径的长度，激励线圈通过低频交流电，检测线圈能够拾取发自激励线圈穿过管壁后又返回管内的涡流信号，从而有效地检测金属管子的内、外壁缺陷和管壁的厚薄情况。

如图2所示，在激励线圈附近是涡流直接感应的近场区，常规涡流检测即在此区域，因此无论哪种线圈配置，都要求检测线圈与激励线圈靠的很近，以便相互间的耦合，得到较高检测灵敏度。研究表明，激励磁场除了主要发生在近场区外，还有极小的一部分能量会穿透管壁沿轴向传播，一般认为在距激励线圈约2．5倍管径以外即完全没有近场涡流的影响而进入远场区。若在此处放置检测线圈，则管外的涡流能量流会再次穿透管壁而被检测到，而远场涡流传播路径上的障碍或管壁的缺损、电导率磁导率变化等都将影响远场涡流的幅值及相位，从而能被检测到。当然这部分涡流是十分微弱的，一般也只有μV数量级，因此必须有高灵敏度的放大器才能有效检测到。

2.2 远场涡流检测系统的组成

远场涡流检测设备一般由下列五个部分组成。

（1）振荡器：作为驱动线圈的激励源，同时提供相位测量的参考信号。

（2）功率放大器：用来提高激励源的信号。

（3）探头的驱动定位装置：它包括探头和确定探头轴向位置的编码和数据计算系统。

（4）相位及幅值检测器：通常选用锁相放大器来测量检测线圈的信号。

（5）微型计算机：用于储存、处理和显示检测信号和数据。

2.3 远场涡流的传播规律

为了得到一定强度的远场涡流，激励线圈的激励频率一般保持在几十Hz到几百Hz之间。研究表明在检测线圈处得到的相位是随管壁厚度呈线性滞后的，而磁感应强度随管壁厚度呈指数衰减。如下式：

图2 远场涡流检测技术

式中令

在确定的频率下远场涡流的检测线圈电压相位与激励线圈电压相位的滞后角度是与管壁的厚度成正比的，若管壁有缺损，则涡流的相位滞后会相应减小，这是管壁测厚的理论基础。同时，若从远场涡流的幅值来看，幅值与壁厚是呈螺旋线关系的。若将幅值取自然对数后，则其数值与壁厚也呈线性关系。

3 对比样管的制作

涡流检测是一种比较检测法，为了得到可靠的壁厚数据，必须事先加工好壁厚减薄的对比样管。一般应根据现场实际产生的壁厚减薄特点来制作对比样管，例如是内壁减薄还是外壁减薄等。对比样管的最大减薄量应充分考虑到可能发生的实际减薄量。考虑到远场检测探头的轴向长度较长，壁厚减薄台阶也应有足够的长度。如图3。

考虑到检测精度的要求，相邻的两个壁厚变化台阶不宜相差太大，定为0．5mm一档。选取的对比样管必须与实际检测对象材质规格完全一致，否则会带来一定的系统误差，10-E-6413列管的对比样管规格为φ19×2(mm)，材质是10#钢。

图3 测厚标样管

4 涡流检测判定依据及结论

4.1 涡流监测评定依据

（1）检测结果显示管子壁厚减薄小于20%，说明该管束在现有工艺条件下可以长期使用。

（2）检测结果显示管子壁厚减薄在20%～30%之间，该管束在现有工艺条件下，介质存在一定程度的腐蚀，该管束可以继续使用，但存在一定的风险。

（3）检测结果显示管子壁厚减薄在30%～40%之间(或者坑深在0．8～1．2mm之间，主要指壁厚为2．5mm的管子，其他壁厚的管子按照比例进行确定)的管子定为B 类缺陷管，说明该管束存在严重的腐蚀，考虑堵管或进行管束防腐处理或更换管束，该管束在现有工艺条件下须监控使用。

（4）检测结果显示管子壁厚减薄超过40%(或者坑深＞1．2mm，主要指壁厚为2．5mm的管子，其他壁厚的管子按照比例进行确定)的管子定为A 类缺陷管，说明该管束存在很严重的腐蚀，继续使用可能导致管子泄漏，必须采取堵管处理，建议该管束报废。

（5）根据管束在装置的重要程度，对于存在问题的管束，可以降级使用，即调换到随时能更换管束的装置使用。

（6）根据NB/T47013．6-2015《承压设备无损检测第六部分：涡流检测》中规定，涡流检测结果的判定标准。

4.2 涡流测厚检验结论

该换热器换热管2697根，本次抽检换热管906根，根据现场实际运行的情况，本次检测主要抽检下半管程（上半管程抽检165 根，下半管程抽检741 根）。宏观检测：换热器管束外壁存在均匀腐蚀，管板防腐已大部分脱落，管束内壁管口处均匀腐蚀，未发现明显坑蚀。涡流检测发现：30 根换热管减薄量超过40%，81根换热管壁厚损失在30%～40%之间。