加氫裂化在役高壓空冷器翅片管束渦流檢測的應(yīng)用研究

只看該作者 · 2012-9-21 10:04:20

加氫裂化在役高壓空冷器翅片管束渦流檢測的應(yīng)用研究

（南京優(yōu)悅科技有限公司，江蘇南京 210033）

摘要：針對煉油加氫高壓空冷器翅片管的腐蝕特點(diǎn)，結(jié)合遠(yuǎn)場渦流和常規(guī)渦流檢測技術(shù)能準(zhǔn)確檢測出在役空冷器翅片管中的缺陷。本文重點(diǎn)介紹了在役空冷器翅片管的渦流檢測方法，并以我們的檢測結(jié)果和解剖結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證，結(jié)果表明該檢測方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 、概況：

高壓空冷器是煉廠加氫裂化等裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，一般每套加氫裂化裝置都有八臺(tái)反應(yīng)流出物高壓空冷器。我國早期加氫裂化裝置的設(shè)計(jì)都是以低硫減壓蠟油為原料,隨著原料油供應(yīng)的日益緊張，很多煉油企業(yè)已經(jīng)逐步加工高含硫劣質(zhì)原油，雖然多數(shù)裝置已進(jìn)行了高壓脫硫改造或新裝置增加了高壓脫硫設(shè)計(jì)，但高壓空冷器的腐蝕問題仍然無法擺脫，嚴(yán)重的甚至?xí)斐筛g穿孔引起介質(zhì)的泄漏。由于高壓空冷器管束盛裝介質(zhì)為高壓氫氣和生成油，一旦泄漏，大量外噴，就有可能引起爆炸和燃燒，其后果不堪設(shè)想。國內(nèi)已經(jīng)有多家煉油企業(yè)的高壓空冷器出現(xiàn)過這種情況。因此，采取有效的檢測方

法，檢測并了解翅片管產(chǎn)生的腐蝕缺陷，并根據(jù)檢測結(jié)果來準(zhǔn)確評(píng)估和判斷翅片管的使用壽命，從而及時(shí)采取措施，保證裝置經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行就顯得尤為重要。

為準(zhǔn)確有效的檢測出高壓空冷器翅片管的腐蝕狀況，南京優(yōu)悅科技有限公司利用自身在渦流檢測領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，詳細(xì)了解了設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝流程狀況后，逐步總結(jié)出一套能比較準(zhǔn)確反映翅片管腐蝕情況的檢測手段和方法。并已經(jīng)過數(shù)個(gè)廠家的多次現(xiàn)場檢測驗(yàn)證。

2 、空冷器翅片管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

如上圖所示，高壓空冷器管束的基管的材質(zhì)一般為合金鋼或者是碳鋼，外面密集排列了鋁質(zhì)的翅片，在每根管子的進(jìn)口端都有一定長度的、厚度約為1mm不銹鋼襯套管，目的是為了減緩介質(zhì)旋流剛進(jìn)管子時(shí)對管子入口端造成沖刷腐蝕。一般每臺(tái)空冷器從上到下交叉排列了5至6排列管，排列方式如下圖。

3 、空冷器翅片管的腐蝕特點(diǎn)：

由于翅片管外壁是直接接觸大氣的，因而一般不會(huì)發(fā)生外壁腐蝕；而在管內(nèi)壁，由于油氣介質(zhì)和添加物結(jié)晶體的沖刷腐蝕和管內(nèi)垢下腐蝕的共同作用，會(huì)造成許多腐蝕凹坑，甚至出現(xiàn)較大面積的壁厚減薄。這種蝕坑和腐蝕減薄發(fā)生的區(qū)域是沒有規(guī)律的。減薄嚴(yán)重還會(huì)發(fā)生爆管（這個(gè)特點(diǎn)在現(xiàn)場檢測和解剖后得到了驗(yàn)證）。

4 、渦流檢測的原理：

4.1遠(yuǎn)場渦流檢測的原理：

遠(yuǎn)場渦流（RFEC Remote Field Eddy Current）檢測技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流技術(shù)。它的探頭通常為內(nèi)穿過式探頭，由一個(gè)激勵(lì)線圈和一個(gè)設(shè)在與激勵(lì)線圈相距2至3倍管徑處的測量線圈構(gòu)成，激勵(lì)線圈通以低頻交流電，測量線圈能測到來自激勵(lì)線圈的穿過管壁后返回管內(nèi)的磁場信號(hào)，從而有效地檢測金屬管子內(nèi)壁缺陷和壁厚減薄程度。

4.2常規(guī)渦流檢測的原理：

常規(guī)渦流檢測的原理是：當(dāng)載有交變電流的檢測線圈靠近導(dǎo)電試件時(shí)，由于激勵(lì)線圈磁場的作用，試件中會(huì)產(chǎn)生渦流，而渦流的大小、相位及流動(dòng)形式試件導(dǎo)電性能的影響，同時(shí)產(chǎn)生的渦流也會(huì)形成一個(gè)磁場，這個(gè)磁場反過來又會(huì)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能判斷出被檢試件的性能及有無缺陷等。

5 、在役空冷器翅片管的渦流檢測：

5.1 檢測方法的確定：

根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和腐蝕特性，我們認(rèn)為：

* 因管子材料為碳鋼，磁導(dǎo)率μ遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，是鐵磁性材料，因此一般的常規(guī)渦流檢測的方法由于滲透深度太小，根本無法檢測。

*在渦流檢測中，一般探傷用來發(fā)現(xiàn)管壁中較小的局部缺陷，而測厚用來檢查管壁較大范圍內(nèi)的壁厚變化。而空冷器翅片管的主要問題是由于油氣的沖刷腐蝕造成的局部管壁沖蝕，有一定的面積，甚至影響到該區(qū)域的管壁平均壁厚值減薄，因此除了進(jìn)行渦流探傷外，還應(yīng)進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域的管壁厚度檢測，以便綜合判斷。

5.2 檢測儀器及探頭的準(zhǔn)備

* 檢測儀器我們選用國產(chǎn)ET-556H便攜式全數(shù)字電腦多頻遠(yuǎn)場渦流儀。該檢測儀采用全數(shù)字化電路設(shè)計(jì)、微電腦控制、專用數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有良好的穩(wěn)定性和較高的性能價(jià)格比；并且同時(shí)具備常規(guī)和遠(yuǎn)場渦流檢測的功能。

5.3 檢測探頭的制備

* 遠(yuǎn)場渦流檢測雖能對管壁缺陷進(jìn)行有效的檢測，但針對鋁質(zhì)翅片管來說，也有其局限性。其一：由于遠(yuǎn)場渦流在管外測沿軸向傳播，在傳播路徑上必然會(huì)受到鋁質(zhì)翅片的阻擋而衰減，因而檢測靈敏度會(huì)有所降低。其二：遠(yuǎn)場探頭的檢測線圈比較長，對于較小的腐蝕坑，檢測精度較低，不易檢出。

* 我們通過多年的研究和試驗(yàn)分析并經(jīng)過多次現(xiàn)場檢測的實(shí)際應(yīng)用，使用專門設(shè)計(jì)制作的系列檢測探頭，能夠比較快速準(zhǔn)確地檢測出高壓空冷器翅片管內(nèi)壁的腐蝕坑和腐蝕減薄等缺損。

5.4 對比標(biāo)樣管的制作

* 對于空冷器翅片管使用過程中往往是內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕坑和腐蝕減薄的特點(diǎn)，我們分別設(shè)計(jì)了渦流探傷和渦流測厚兩種對比標(biāo)樣試管。（見下圖）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，試管截取和被檢管規(guī)格材質(zhì)完全一樣的無缺陷的帶鋁翅片鋼管段，以期獲得相同的檢測狀態(tài)。

* 探傷標(biāo)樣管的人工缺陷我們加工了通孔以及2mm、內(nèi)壁環(huán)槽和模擬內(nèi)壁腐蝕坑缺陷的電火花加工的一定寬度和深度的內(nèi)壁坑。

* 測厚標(biāo)樣管我們根據(jù)高壓空冷器翅片管的腐蝕特點(diǎn)，我們特別加工成內(nèi)減薄的形式，做成3個(gè)臺(tái)階，以便調(diào)整儀器參數(shù)時(shí)能獲得良好的線性方程，提高測厚的精度。

5.5 、 在役設(shè)備的現(xiàn)場檢測

5.5.1渦流管壁厚檢測實(shí)例：

某廠兩臺(tái)在役高壓空冷器，翅片管規(guī)格為:25.4×3.2×10506mm，材質(zhì):A516GR60和A213，從93年投用至今已經(jīng)使用了很多年，08年5月發(fā)生了爆管，廠方委托我們對該臺(tái)空冷器的翅片管做全面的渦流檢測，以期全面了解該臺(tái)設(shè)備的腐蝕情況和腐蝕成因，為能及時(shí)采取相應(yīng)措施、保證設(shè)備安全運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。

我們在全面了解了該臺(tái)設(shè)備的基本狀況、運(yùn)行記錄和使用情況后，制定了詳細(xì)的檢測方案，并在實(shí)驗(yàn)室做了一系列的試驗(yàn)等準(zhǔn)備工作。

經(jīng)過全面的渦流腐蝕檢測后，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)設(shè)備由于使用年限已經(jīng)很長，存在的主要問題是，不少列管已經(jīng)發(fā)生了大面積的沖刷腐蝕減薄和多處局部垢下腐蝕而形成的腐蝕坑；但是腐蝕缺陷的產(chǎn)生部位沒有一定的規(guī)律。特別是最下面的一排，腐蝕情況最厲害。我們對最大腐蝕減薄量達(dá)壁厚10%以上共16根列管的缺陷信號(hào)和位置進(jìn)行了逐根記錄。其中爆管的那根列管在爆管部位壁厚截面平均值測得僅為1.6mm（原始壁厚應(yīng)為3.2mm），由于測得的厚度是最薄截面積的平均值，因此最薄部位的實(shí)際厚度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1.6mm，（經(jīng)過管子解剖后超聲定點(diǎn)測量，破口部位實(shí)際最薄壁厚小于0.8mm）。檢測結(jié)果與經(jīng)合肥通用機(jī)械研究所解剖分析驗(yàn)證結(jié)果完全吻合，證明了我們的檢測結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。

上圖可以看出管內(nèi)壁有明顯的由于大面積沖刷腐蝕痕跡以及由此造成的列管內(nèi)壁單側(cè)腐蝕減薄。

從上圖我們可以清楚看出管內(nèi)壁局部腐蝕坑和腐蝕減??；以及有腐蝕的列管和沒有腐蝕的列管的截面對比。

上圖是渦流檢測的信號(hào)圖，從圖上我們可以看出列管存在多處腐蝕減薄缺陷。

5.5.2影響檢測精度的因素：

*管束檢測前的清洗：

由于高壓空冷器經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后，管內(nèi)都會(huì)存在大量的強(qiáng)磁性腐蝕產(chǎn)物和結(jié)垢，甚至堵塞管子，造成合適的檢測探頭不能插入；更重要的是遠(yuǎn)場渦流檢測拾取的信號(hào)很微弱，若管內(nèi)的結(jié)垢和磁性污物會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磁性干擾信號(hào)，直接造成檢測靈敏度和準(zhǔn)確度的大大降低。因此在檢測前對所測列管是否進(jìn)行充分、徹底的清洗（必要時(shí)用高壓射流反復(fù)清洗）將直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

* 被測管材質(zhì)的影響：

被測管材質(zhì)一般為碳鋼，因此常規(guī)的渦流方法無效，必須采用遠(yuǎn)場渦流技術(shù)。我們發(fā)現(xiàn)若換熱管為進(jìn)口材質(zhì)，則材料的組織均勻性較好，檢測干擾信號(hào)就很小，但有些國內(nèi)生產(chǎn)加工的碳鋼管，其組織均勻性較差，檢測中就會(huì)帶來許多干擾信號(hào)，給缺陷的判別帶來困難。

*襯管的影響：

一般在油氣進(jìn)口端管口內(nèi)有一段襯管，使管口內(nèi)徑變小，只能用較小直徑的探頭檢測，而插入到內(nèi)部后管內(nèi)徑變大，填充系數(shù)減小，檢測的靈敏度降低。但在焦化、催化、重整及常減壓等中低壓空冷翅片管的檢測中，由于沒有襯管的影響，檢測速度和檢測結(jié)果非常理想。

6、有待改進(jìn)的問題：

* 由于采用了周向線圈，只能對所測部分的管壁缺陷產(chǎn)生周向平均效應(yīng)，因此，若管壁單邊減?。ㄒ粋?cè)厚一側(cè)薄），則只能測到這一段的壁厚平均值。同樣，對一個(gè)腐蝕坑，所測得的深度數(shù)據(jù)也可能比實(shí)際深度要小一些。在對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，必須要考慮這個(gè)誤差。

* 由于遠(yuǎn)場渦流的特點(diǎn)和受多種因素的影響，此項(xiàng)技術(shù)還不能發(fā)現(xiàn)比較小的體積缺陷，如小腐蝕坑或者微小的裂紋信號(hào)，一般可檢查到大于3mm小孔的缺陷。

7、結(jié)語：

對于帶翅片的高壓空冷器管束的渦流檢測，在國內(nèi)還處于起步階段，取得比較成功的檢測經(jīng)驗(yàn)的報(bào)道還比較少；從目前的檢測效果來看，渦流檢測是唯一的有效方法。但進(jìn)行渦流檢測，常用的探頭和檢測參數(shù)無法得到準(zhǔn)確的結(jié)果，必須針對翅片的影響，使用特別的探頭和檢測參數(shù)。我們這幾年在這方面做了大量的工作，取得了比較成功的經(jīng)驗(yàn)；這一點(diǎn)，不僅得到了使用廠家的認(rèn)可，而且檢測結(jié)果得到了權(quán)威機(jī)構(gòu)的解剖驗(yàn)證。以后，我們將在這方面做更進(jìn)一步的研究工作，以保障加氫裂化高壓空冷器的連續(xù)安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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