MIZ227SI 型涡流检测系统在尿素高压换热器检测中的应用

点击：1991 日期：[ 2014-04-26 22:45:06 ]

陈道明　　在大型合成氨的尿素生产装置中,常用于尿素2012c ,2022c ,2032c 三台高压设备的列管材料为奥氏体不锈钢,而管板基层和折流板材料为普通低合金碳素钢。在设备的运行过程中,由于尿素介质的腐蚀性和高温高压的特点,列管常出现的缺陷有管壁的腐蚀均匀减薄、由氯离子引起的应力腐蚀裂纹、制造缺陷引起的腐蚀、折流板处由滞留物引起的微电池腐蚀以及尿素介质对管子所造成的孔蚀等。为了保证尿素装置的长周期运行,就必须对其进行检测。　　涡流检测具有快速、高效的特点,是最适于大量非磁性列管的检测方法。涡流检测以电磁感应原理为基础,在检测过程中,影响线圈阻抗或电信号变量的因素有线圈阻抗和导体的电导率、磁导率以及集肤效应、提离效应、填充系数、端部效应、边缘效应和信噪比等。在检测在用换热器列管时我们最终得到的阻抗平面图最理想的是只反映了管子的几何尺寸。常规涡流检测法检测的对象是非磁性元件,由于管板和折流板的存在,该部位的检测存在很多干扰因素,要对该部位的缺陷信号作出准确判别是很困难的。由于上述原因,对于此类换热器的检测,还无相应的检测标准。现今的涡流技术已发展到用计算机处理检测信号,并采用了预多频、滤波和混频等技术,且可同时进行多通道信号显示及存储,因此可保证得到准确的检测结果。 1 　新设备介绍　　我公司于2000 年从美国引进了一套ZETC 公司最新生产的MIZ227SI 型涡流检测系统。它是一套多通道、多频率、数字式先进涡流检测系统,可对各种裂纹、腐蚀、减薄及热处理变化进行检测。系统由主机、探头、探头推拉装置、数据采集分析、管材成像软件以及存储设备等组成。其主要技术参数: ①16 通道、四种频率,频率范围50Hz～10MHz 连续可调。②检测速度可达8m/ s。③具有四个线圈驱动能力。④带“飞翔点”的彩色激活矩阵显示,可轻松判别各个通道。⑤灵活的报警区域,多达16 通道,可以根据信号形状进行最优化处理。⑥ 独立的通道平衡。⑦ 带三点曲线类型的信号测量特性。⑧前面板按钮Hulapoint (一种前面板点定位设备) 提供用户控制,具有用户菜单驱动界面。⑨可直接记录到PC 兼容存储界面。⑩打印能力包括当前屏幕输出到PCL 兼容打印机或使用bmp 文件格式网络打印。lv 网络存储功能, 可用ET 分析软件或TMARS 遥控数据分析,用户可以现场进行硬件升级,通过磁盘或TINERNET 指导。lw文件标记及快速分析调用。 2 　技术应用及分析　　从影响线圈阻抗或电信号变量的因素可见,在涡流检测中,标样管的制作(制作的标样管应与现场管子的尺寸规格以及材质一致) 、仪器的选用和检测频率的选取是得到准确涡流检测信号的保证。　　在使用过程中,主频率可根据下列经验公式[1 ]进行初选 f 90 =3ρ/t2 式中　f 90 ———主频率,kHz ρ———电阻率,μΩ·cm t ———管壁厚度,mm 　　辅助频率一般按主频率的一半进行选取,初步选取后还应反复调试标样管以得到最佳的阻抗平面图。选择了正确的频率后,管板和折流板区外管子的缺陷是很容易检测的,一根ASME 标样管的平面阻抗图(图1 和2) 中相位和幅值清楚反映出各个缺陷。　　当缺陷靠近或在管板和折流板区域内时,由于管板和折流板的影响,应对多种情况进行分析,我们以一个<1mm 通孔为例,把管板信号通过混频抑制后,得到如下四个检测阻抗平面图: (1) 当通孔接近管板并在其磁性影响范围外时得到图3 所示的平面阻抗图。 (2) 当通孔接近管板并在其磁性影响范围内时得到图4 所示的平面阻抗图。 (3) 当通孔在管板边缘时得到图5 所示的平面阻抗图。 (4) 当通孔在管板内时得到图6 所示的平面阻抗图。　　从图3～6 (1 ,3 通道为差分通道,4 通道为绝对通道,M1 通道为混频通道) 可清楚看出,当通孔接近管板并在其磁性影响范围外时阻抗图是两个互相分离的八字形;当在管板磁性影响范围内时,通过其阻抗图的八字形状可分辨通孔的位置。　　另外,管板磁性影响范围与端部(边缘) 效应范围相近。通过实验可近似得到特定仪器、探头和管子所对应的端部(边缘) 效应,我们测得的端部(边缘) 效应为10mm。　　如果不经过混频抑制,缺陷信号是无法分辨出的。混频后,抑制了管板信号,虽然同时也会抑制缺陷信号的幅值,但对相位角影响不大。　　在用换热器的实际检测中,还会存在其它干扰,缺陷波的形状也是各种各样的,可通过滤波、对照混频通道及缺陷的相位角和幅值作出判别(对于在用换热器,管板的位置是确定的,如缺陷在管板影响区外,可由主频率下的差分通道判别;当缺陷在管板影响区内,可通过对照主频率下的差分通道和混频通道判别,缺陷的性质则由混频通道判别) 。由于检测的原始数据可从内存以PCASCII 格式转移到PC ,这就可通过图形对比完全排除干扰的影响,同时还可为后期信号处理提供保障。如需对某一部位的信号作精确检测,可使用旋转探头对其进行检测。　　在管子的检测中,壁厚的测量也很重要,如我厂的201-c 在使用过程中存在的主要问题就是管壁的减薄,每年的平均减薄量在0. 05mm 左右。在检测过程中,频率调好后,对于光管段的检测是很容易的,但对管板段的管壁厚,由于磁性部件的存在,减少了检测输出电压,从而使所测的管壁厚度增加。由于是检测特定的管子和管板,其电磁特性基本不变,通过试验可得到因磁性引起的壁厚附加值,按下式可算出管子实际壁厚所对应的电压 V = V 实测- V 试验式中　V 实测———检测过程中带管板时管子壁厚对应的电压　　　V试验———试验中从标样管上得到的带管板时管子壁厚对应的电压减去不带管板时管子壁厚对应的电压　　经计算机软件处理就可得到该部位壁厚值。 3 　实际使用情况　　我们于2001 年3 月用该仪器对我厂的三台尿素高压换热器进行了检测,所有原始信号都存入了硬盘,供以后检测作对比。图7 是保存的2012c 第六排第11 根管子的原始数据调出分析得到的平面阻抗图。可见,其界面的设计非常适合检测人员对各个通道的监视(用不同颜色显示不同通道) ,并可对局部信号进行放大分析。　　从图7 左条图可见,减薄部位在管口,准确减薄量可根据电压幅值得到。从混频通道可看出管板信号已被抑制,结合主频率通道1 可准确判断缺陷信号。可见,用该仪器对管子的检测分析结果完全反映了其真实的几何形态,且在现场检测过程中,不管使用多快的探头速度也未引起信号失真,零点漂移的问题基本不存在。 4 　几点体会和设想 (1) 对于非磁性管的检测,通过先进的涡流检测设备完全能检测出管子的实际状况。 (2) 管板段管子的检测是在用换热器检测的难点,应用MIZ227SI 型涡流检测系统可解决这类问题。但在软件方面还须作大量工作。 (3) 在实际检测中,对特定的检测对象,应根据其特性作相应的试验,为获得正确的检测结果提供依据,也可为检测设备和软件的改进提供参考。

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