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對于換熱器管束的腐蝕檢測，渦流、旋轉超聲和聲脈沖，誰更勝一籌？

2021-12-28 13:37:42 作者：無損檢測NDT 來源：無損檢測NDT 分享至：

換熱器是化工廠的主要設備之一，其中換熱器管子的失效會造成換熱器管殼程介質混合、換熱效果受影響、介質污染、腐蝕加劇等后果。換熱器管子的失效形式主要是壁厚損失，檢測的時機主要為停車檢修或切出修理時。目前，現場應用的檢測方法主要為內窺鏡檢測和渦流檢測，其他應用的檢測方法有聲發射檢測、導波檢測、內置式旋轉超聲檢測（IRIS）等。那么，到底哪種方法更適合換熱器管束的腐蝕檢測呢？

為了在檢修前選擇合適的無損檢測方法對換熱管進行檢測，中國特種設備檢測研究院聯合中韓（武漢）石油化工有限公司的技術人員對全廠的換熱器管束材料和規格進行了統計，根據統計結果，按照標準NB/T 47013.6-2015 《承壓設備無損檢測第6部分：渦流檢測》的要求制作了一批樣管，利用渦流、IRIS和聲脈沖（DUET）這3種無損檢測方法對樣管進行檢測。從檢測過程和檢測結果進行分析，對比了3種方法的差異和適用范圍。

01 信息統計和樣管制作

技術人員統計了全廠換熱管的材料情況，采集到有效數據509個，占全廠換熱器管束總數的86.56%，結果顯示全廠換熱管材料主要是10號鋼、20號鋼、304、0Cr18Ni9不銹鋼等；然后，又統計了全廠換熱器管束規格情況，采集到有效數據477個，占全廠換熱器總數的81.12%，統計結果顯示全廠換熱器管束規格（外徑×壁厚）主要有25mm×2.5mm、19mm×2mm、25mm×2mm和19mm×1.5mm這4種。

根據以上統計結果，共制作了23根樣管，長1～1.35m，材料分別為0Cr18Ni9不銹鋼、10號鋼、20號鋼、12Cr1MoVG合金鋼和316L不銹鋼5種，規格（外徑×壁厚）分別為57mm×2.5mm、25mm×2.5mm、25mm×2mm、19mm×2mm和19mm×1.5mm。樣管的材料和規格都可以代表整個工廠大部分換熱器管束。在樣管上加工的模擬缺陷分為腐蝕穿孔、局部坑蝕、小孔腐蝕、局部溝槽狀腐蝕，這4種腐蝕形貌是換熱器損傷中的典型形貌。

02 檢測結果

此次檢測的樣管較多，為了說明3種檢測方法的檢測結果及結果顯示方式，以樣管a為示例進行分析介紹。樣管a的材料牌號為0Cr18Ni9，外徑25mm，壁厚2mm，長度1.2m，預制了7個模擬缺陷，具體如下：

1 缺陷A：通孔，孔徑1.7mm，模擬腐蝕穿孔

2 缺陷B-1：外平底孔，孔徑4.8mm，深0.4mm，模擬局部坑蝕

3 缺陷B-2：外平底孔，孔徑4.8mm，深0.4mm，模擬局部坑蝕

4 缺陷B-3：外平底孔，孔徑4.8mm，深0.4mm，模擬局部坑蝕

5 缺陷B-4：外平底孔，孔徑4.8mm，深0.4mm，模擬局部坑蝕

6 缺陷C：外環槽，槽寬3.2mm，深0.4mm，模擬局部溝槽狀腐蝕

7 缺陷D：內環槽，槽寬1.6mm，深0.2mm，模擬局部溝槽狀腐蝕

2.1 渦流檢測

渦流檢測是目前換熱管無損檢測最常用的一種檢測方法，對于非鐵磁性材料的換熱管，一般采用的是常規渦流檢測技術；對于鐵磁性材料的換熱管，采用的是遠場渦流檢測技術。

試驗采用的渦流檢測儀器是EDDYSUN公司生產的EEC-39RFT型渦流檢測設備。共檢測23根樣管、預制缺陷102個，檢測結果顯示有19個缺陷信號弱，其他缺陷全部可以檢出，檢出率可以達到81.37%。

按照標準NB/T 47013.6-2015 《承壓設備無損檢測第6部分：渦流檢測》對樣管a實施了渦流檢測，渦流檢測儀采用的頻率為24kHz，渦流探頭直徑為23mm，檢測結果如下圖所示。其中左側為長度方向缺陷的顯示圖，右側4張圖為每個缺陷的渦流信號阻抗平面圖。與標準中采用絕對式探頭經過正確調整的典型渦流信號阻抗平面圖對比可以得到缺陷的長度、內外位置信息和深度信息。

樣管a的渦流檢測圖譜

2.2 內置式旋轉超聲檢測

內置式旋轉超聲檢測（IRIS）是一種從管子內部進行脈沖回波式超聲水浸檢測的方法。檢測過程中管子內部充滿水，探頭在管子內部移動，通過超聲波穿過內壁進行定量檢測。該次檢測采用的設備型號為IRIS 9000，共檢測20根樣管，93處預制缺陷，能夠清晰地得到缺陷檢測信息的有92處，其中有一處預制缺陷為通孔，檢測得出結論為外部減薄。

按照儀器供應商提供的操作手冊對樣管a實施檢測。檢測時，在探頭推進過程中，機器自帶水泵會將水壓入移動探頭裝置并從其頭部噴出，保證超聲探頭在旋轉測量時探頭和換熱管壁是耦合的，探頭的移動速度一般為2.5m/min，檢測匯總結果如下：

樣管a的IRIS檢測圖譜如下圖所示，在IRIS檢測過程中可以得到直觀的缺陷形狀圖。在圖中可以清楚地看到缺陷在管子橫截面上的位置，可以和截面展開圖的缺陷位置一一對應。

樣管a的IRIS檢測圖譜

2.3 聲脈沖檢測

試驗采用的聲脈沖檢測（DUET）是一種將聲脈沖（APR）和超聲脈沖（UPR）相結合的檢測方法，儀器的多探頭陣列發射兩種類型脈沖波，同時記錄和分析缺陷產生的反射波，通過專業軟件的分析運算，能夠自動識別和報告缺陷的位置、類型和尺寸。采用以色列Acoustic eye公司研發的DUET檢測設備，共檢測樣管12根、預制缺陷54個，檢測結果顯示，檢出缺陷22個，圖譜有標識但軟件未自動識別的缺陷21個，未檢出缺陷11個。

按照儀器供應商提供的使用手冊對樣管a實施檢測。在檢測過程中，探頭不斷發出聲脈沖，同時接收反射波，形成檢測圖譜，從圖譜上很容易分辨出樣管的邊界，其DUET檢測圖譜如下圖所示。

樣管a的DUET檢測圖譜

從圖中可分辨出編號為A的通孔缺陷，也可以看到儀器通過波形判斷出來的缺陷類型、位置和壁厚損失量等信息，如圖所示通孔缺陷A的位置在距樣管編號鋼0.23m處，缺陷性質為壁厚損失，損失量為90%。但其他3種缺陷無明顯波形顯示。

03 檢測結果對比分析

匯總以上3種方法對樣管a的檢測結果如下：

可以看出樣管a的IRIS檢測效果最為理想，渦流檢測效果次之，DUET檢測效果較差。從缺陷圖譜中可以看出，IRIS的檢測結果最直觀，可以直接看到缺陷的形狀，軟件通過對比可以得到缺陷的性質，通過超聲回波的時間差可以得到管子的剩余壁厚；DUET檢測的缺陷圖譜較容易識別，且自帶軟件具有典型圖譜識別的功能，可以分辨出減薄、通孔等壁厚損失情況；渦流檢測方法的缺陷圖譜識別較困難，需要檢測人員具有豐富的經驗。

1 檢測靈敏度

IRIS的檢測靈敏度最高，在該項目中共檢測20根樣管，93處預制缺陷，能夠清晰地得到缺陷檢測信息的有92處，其中有一處預制缺陷為通孔，檢測得出結論為外部減薄；渦流檢測的檢測靈敏度較高，共檢測樣管23根，預制缺陷102個，檢測結果顯示有19個缺陷信號弱，其他全部可以檢出；DUET的檢測靈敏度較差，檢測樣管12根，預制缺陷54個，檢測結果顯示檢出缺陷22個，圖譜有標識但軟件未自動識別的缺陷21個，未檢出缺陷11個。

2 檢測缺陷的性質

這3種方法主要針對的缺陷類型都是壁厚減薄，DUET的UPR模式可以檢測到內外部軸向和圓周裂紋，但該試驗并未對其進行驗證，由于換熱管的壁厚較薄，如果產生裂紋，很可能短時間內就會發生裂穿。

3 檢測過程的記錄和缺陷的顯示與判定

（1）這3種方法操作人員都可以在屏幕上對檢測數據進行實時觀察，數據可以存儲到計算機硬盤上。

（2）渦流檢測和DUET檢測都是以特定缺陷圖形顯示缺陷，IRIS是以更直觀的方式顯示缺陷，能夠對管壁上的壁厚減薄進行實時成像。

（3）渦流檢測在性質判斷和尺寸測量上沒有DUET檢測和IRIS檢測直觀，DUET從軟件上解決了缺陷性質判斷和尺寸測量的問題，IRIS檢測因原理與二者不同，不存在上述問題。

4 實施檢測前的準備工作

（1）樣管的缺陷標定。IRIS檢測不需要依賴樣管對缺陷進行標定；DUET檢測進行過標定后，相同類型的缺陷不需要再次標定；渦流檢測按照標準需要在每次檢測前使用樣管進行缺陷標定工作。

（2）管子的清洗。IRIS和渦流檢測在檢測前要求將管子內部清洗干凈，DUET檢測僅需對換熱管管頭處進行清理即可。

（3）耦合。DUET檢測采用的是干耦合，無需耦合劑；渦流檢測無需耦合；IRIS檢測采用的是水耦合，在檢測時，換熱管檢測部位需要充滿水或采用水泵系統保證檢測部位耦合良好。

5 檢測的范圍

（1） U型管式換熱器彎管處：渦流檢測可以采用特殊的探頭或軟管探頭對U型管式換熱器彎管處進行檢測，DUET可以檢測到U型管式換熱器彎管處，IRIS只能對直管進行檢測。