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查看17878 | 回复22 | 2012-9-21 10:04:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
加氢裂化在役高压空冷器翅片管束涡流检测的应用研究
(南京优悦科技有限公司,江苏 南京  210033)
摘要针对炼油加氢高压空冷器翅片管的腐蚀特点,结合远场涡流和常规涡流检测技术能准确检测出在役空冷器翅片管中的缺陷。本文重点介绍了在役空冷器翅片管的涡流检测方法,并以我们的检测结果和解剖结果进行了对比验证,结果表明该检测方法具有较高的准确性和可靠性。
1 概况:
    高压空冷器是炼厂加氢裂化等装置的关键设备之一,一般每套加氢裂化装置都有八台反应流出物高压空冷器。我国早期加氢裂化装置的设计都是以低硫减压蜡油为原料,随着原料油供应的日益紧张,很多炼油企业已经逐步加工高含硫劣质原油,虽然多数装置已进行了高压脱硫改造或新装置增加了高压脱硫设计,但高压空冷器的腐蚀问题仍然无法摆脱,严重的甚至会造成腐蚀穿孔引起介质的泄漏。由于高压空冷器管束盛装介质为高压氢气和生成油,一旦泄漏,大量外喷,就有可能引起爆炸和燃烧,其后果不堪设想。国内已经有多家炼油企业的高压空冷器出现过这种情况。因此,采取有效的检测方
法,检测并了解翅片管产生的腐蚀缺陷,并根据检测结果来准确评估和判断翅片管的使用寿命,从而及时采取措施,保证装置经济安全运行就显得尤为重要。
为准确有效的检测出高压空冷器翅片管的腐蚀状况,南京优悦科技有限公司利用自身在涡流检测领域的技术优势,详细了解了设备结构和工艺流程状况后,逐步总结出一套能比较准确反映翅片管腐蚀情况的检测手段和方法。并已经过数个厂家的多次现场检测验证。
2 、空冷器翅片管的结构特点:
                              
如上图所示,高压空冷器管束的基管的材质一般为合金钢或者是碳钢,外面密集排列了铝质的翅片,在每根管子的进口端都有一定长度的、厚度约为1mm不锈钢衬套管,目的是为了减缓介质旋流刚进管子时对管子入口端造成冲刷腐蚀。一般每台空冷器从上到下交叉排列了56排列管,排列方式如下图。
3 、空冷器翅片管的腐蚀特点:
由于翅片管外壁是直接接触大气的,因而一般不会发生外壁腐蚀;而在管内壁,由于油气介质和添加物结晶体的冲刷腐蚀和管内垢下腐蚀的共同作用,会造成许多腐蚀凹坑,甚至出现较大面积的壁厚减薄。这种蚀坑和腐蚀减薄发生的区域是没有规律的。减薄严重还会发生爆管(这个特点在现场检测和解剖后得到了验证)。
4 、涡流检测的原理:
4.1远场涡流检测的原理:
远场涡流(RFEC Remote Field Eddy Current)检测技术是一种能穿透金属管壁的低频涡流技术。它的探头通常为内穿过式探头,由一个激励线圈和一个设在与激励线圈相距2至3倍管径处的测量线圈构成,激励线圈通以低频交流电,测量线圈能测到来自激励线圈的穿过管壁后返回管内的磁场信号,从而有效地检测金属管子内壁缺陷和壁厚减薄程度。
4.2常规涡流检测的原理:
常规涡流检测的原理是:当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时,由于激励线圈磁场的作用,试件中会产生涡流,而涡流的大小、相位及流动形式试件导电性能的影响,同时产生的涡流也会形成一个磁场,这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化,因此通过测定检测线圈阻抗的变化就能判断出被检试件的性能及有无缺陷等。
5 在役空冷器翅片管的涡流检测:
5.1 检测方法的确定:
根据设备结构特点和腐蚀特性,我们认为:
* 因管子材料为碳钢,磁导率µ远远大于1,是铁磁性材料,因此一般的常规涡流检测的方法由于渗透深度太小,根本无法检测。
*在涡流检测中,一般探伤用来发现管壁中较小的局部缺陷,而测厚用来检查管壁较大范围内的壁厚变化。而空冷器翅片管的主要问题是由于油气的冲刷腐蚀造成的局部管壁冲蚀,有一定的面积,甚至影响到该区域的管壁平均壁厚值减薄,因此除了进行涡流探伤外,还应进行危险区域的管壁厚度检测,以便综合判断。
5.2 检测仪器及探头的准备
* 检测仪器我们选用国产ET-556H便携式全数字电脑多频远场涡流仪。该检测仪采用全数字化电路设计、微电脑控制、专用数据分析软件进行分析等多项先进技术,具有良好的稳定性和较高的性能价格比;并且同时具备常规和远场涡流检测的功能。
5.3 检测探头的制备
*  远场涡流检测虽能对管壁缺陷进行有效的检测,但针对铝质翅片管来说,也有其局限性。其一:由于远场涡流在管外测沿轴向传播,在传播路径上必然会受到铝质翅片的阻挡而衰减,因而检测灵敏度会有所降低。其二:远场探头的检测线圈比较长,对于较小的腐蚀坑,检测精度较低,不易检出。
*  我们通过多年的研究和试验分析并经过多次现场检测的实际应用,使用专门设计制作的系列检测探头,能够比较快速准确地检测出高压空冷器翅片管内壁的腐蚀坑和腐蚀减薄等缺损。
5.4 对比标样管的制作
* 对于空冷器翅片管使用过程中往往是内壁产生腐蚀坑和腐蚀减薄的特点,我们分别设计了涡流探伤和涡流测厚两种对比标样试管。(见下图)根据标准,试管截取和被检管规格材质完全一样的无缺陷的带铝翅片钢管段,以期获得相同的检测状态。
* 探伤标样管的人工缺陷我们加工了通孔以及2mm、内壁环槽和模拟内壁腐蚀坑缺陷的电火花加工的一定宽度和深度的内壁坑。
* 测厚标样管我们根据高压空冷器翅片管的腐蚀特点,我们特别加工成内减薄的形式,做成3个台阶,以便调整仪器参数时能获得良好的线性方程,提高测厚的精度。
5.5 在役设备的现场检测
5.5.1涡流管壁厚检测实例
某厂两台在役高压空冷器,翅片管规格为:25.4×3.2×10506mm,材质:A516GR60A213,从93年投用至今已经使用了很多年,08年5月发生了爆管,厂方委托我们对该台空冷器的翅片管做全面的涡流检测,以期全面了解该台设备的腐蚀情况和腐蚀成因,为能及时采取相应措施、保证设备安全运行提供可靠的依据。
我们在全面了解了该台设备的基本状况、运行记录和使用情况后,制定了详细的检测方案,并在实验室做了一系列的试验等准备工作。
经过全面的涡流腐蚀检测后,发现该台设备由于使用年限已经很长,存在的主要问题是,不少列管已经发生了大面积的冲刷腐蚀减薄和多处局部垢下腐蚀而形成的腐蚀坑;但是腐蚀缺陷的产生部位没有一定的规律。特别是最下面的一排,腐蚀情况最厉害。我们对最大腐蚀减薄量达壁厚10%以上共16根列管的缺陷信号和位置进行了逐根记录。其中爆管的那根列管在爆管部位壁厚截面平均值测得仅为1.6mm(原始壁厚应为3.2mm),由于测得的厚度是最薄截面积的平均值,因此最薄部位的实际厚度要远远小于1.6mm,(经过管子解剖后超声定点测量,破口部位实际最薄壁厚小于0.8mm)。检测结果与经合肥通用机械研究所解剖分析验证结果完全吻合,证明了我们的检测结果是准确可靠的。
  
上图可以看出管内壁有明显的由于大面积冲刷腐蚀痕迹以及由此造成的列管内壁单侧腐蚀减薄。
    
从上图我们可以清楚看出管内壁局部腐蚀坑和腐蚀减薄;以及有腐蚀的列管和没有腐蚀的列管的截面对比。
    
上图是涡流检测的信号图,从图上我们可以看出列管存在多处腐蚀减薄缺陷。
5.5.2影响检测精度的因素:
*管束检测前的清洗:
由于高压空冷器经过长时间的运行后,管内都会存在大量的强磁性腐蚀产物和结垢,甚至堵塞管子,造成合适的检测探头不能插入;更重要的是远场涡流检测拾取的信号很微弱,若管内的结垢和磁性污物会产生严重的磁性干扰信号,直接造成检测灵敏度和准确度的大大降低。因此在检测前对所测列管是否进行充分、彻底的清洗(必要时用高压射流反复清洗)将直接影响检测结果的准确性。
* 被测管材质的影响:
被测管材质一般为碳钢,因此常规的涡流方法无效,必须采用远场涡流技术。我们发现若换热管为进口材质,则材料的组织均匀性较好,检测干扰信号就很小,但有些国内生产加工的碳钢管,其组织均匀性较差,检测中就会带来许多干扰信号,给缺陷的判别带来困难。
*衬管的影响:
一般在油气进口端管口内有一段衬管,使管口内径变小,只能用较小直径的探头检测,而插入到内部后管内径变大,填充系数减小,检测的灵敏度降低。但在焦化、催化、重整及常减压等中低压空冷翅片管的检测中,由于没有衬管的影响,检测速度和检测结果非常理想。
6、有待改进的问题:
* 由于采用了周向线圈,只能对所测部分的管壁缺陷产生周向平均效应,因此,若管壁单边减薄(一侧厚一侧薄),则只能测到这一段的壁厚平均值。同样,对一个腐蚀坑,所测得的深度数据也可能比实际深度要小一些。在对检测数据进行分析时,必须要考虑这个误差。
* 由于远场涡流的特点和受多种因素的影响,此项技术还不能发现比较小的体积缺陷,如小腐蚀坑或者微小的裂纹信号,一般可检查到大于3mm小孔的缺陷。
7、结语:
对于带翅片的高压空冷器管束的涡流检测,在国内还处于起步阶段,取得比较成功的检测经验的报道还比较少;从目前的检测效果来看,涡流检测是唯一的有效方法。但进行涡流检测,常用的探头和检测参数无法得到准确的结果,必须针对翅片的影响,使用特别的探头和检测参数。我们这几年在这方面做了大量的工作,取得了比较成功的经验;这一点,不仅得到了使用厂家的认可,而且检测结果得到了权威机构的解剖验证。以后,我们将在这方面做更进一步的研究工作,以保障加氢裂化高压空冷器的连续安全运行。
参考文献:
[1] 合肥通用机械研究所压力容器检验站,《加氢裂化高压空冷管束检测与腐蚀性分析》报告
[2] 徐可北 周俊华主编培训教材 《涡流检测》北京.机械工业出版社
[3] 南京优悦科技有限公司,镇海炼化加氢裂化高压空冷翅片管涡流检测报告(2008.05
MT006 | 2012-9-21 10:20:54 | 显示全部楼层
很好,过来支持一下
xq279930372 | 2012-9-22 08:53:57 | 显示全部楼层
{:soso_e163:}
xq279930372 | 2012-9-22 08:54:03 | 显示全部楼层
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Lookforcracks | 2012-9-28 15:06:40 | 显示全部楼层
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107659109 | 2012-12-18 08:36:44 | 显示全部楼层
导波检测翅片管效果很好,广石化有过案例
汪冬兵 | 2013-2-28 11:50:54 | 显示全部楼层
目前,我们已经检测过石化系统高压空冷器翅片管一百多台(包括广石化的加氢裂化高压空冷器翅片管)。
雨多 | 2013-3-29 17:04:11 | 显示全部楼层
很好的文章
汪冬兵 | 2013-4-15 09:24:29 | 显示全部楼层
涡流检测只是个方法,应用于不同的场合,才是我们这些技术人员的思考方向。
王联国 | 2013-4-16 15:30:40 | 显示全部楼层
应该顶一下
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