熱交換器管子無損檢測

熱交換器管子無損檢測第一頁，共60頁。右圖結(jié)構(gòu)型式是冷凝器、蒸發(fā)器管式反應(yīng)器等板式熱交換器的常見結(jié)構(gòu)，是石化、電力、核工業(yè)等行業(yè)重要熱交換設(shè)備。第二頁，共60頁。換熱器管子由于介質(zhì)的腐蝕和沖刷磨損，容易發(fā)生一些泄漏事故，其危害性主要有：A.影響承壓設(shè)備運行的安全；B.造成不正常停車，縮短裝置運行周期；C.由泄漏可能引起回路腐蝕；D.對產(chǎn)品參數(shù)和質(zhì)量造成影響等。第三頁，共60頁。換熱器管子的無損檢測包括管子與管板焊接接頭的檢測以及管子本體的檢測，其檢測方法分別如下：管子—管板焊接接頭的檢測方法：小焦點γ源射線照相、管子內(nèi)壁相控陣超聲檢測；管子的檢測方法：渦流檢測、IRIS檢測。第四頁，共60頁。第五頁，共60頁。管子-管板焊縫因其形狀等原因，使得射線和超聲波檢測變得很困難，常用的檢測方法只有表面檢測(滲透或磁粉)，但此方法只能檢查焊縫的表面缺陷，無法知道焊縫內(nèi)部缺陷的情況，因此其焊接質(zhì)量得不到較好的控制。目前國內(nèi)有幾家科研單位正在研究管子-管板焊縫超聲波檢測方法，但缺乏大規(guī)模應(yīng)用經(jīng)驗，在檢測規(guī)范及檢測人員的要求方面都比較高。第六頁，共60頁。國內(nèi)也有些換熱器制造單位用γ源探傷儀對管子-管板焊縫進行拍片，但受技術(shù)、設(shè)備等方面原因，其照相質(zhì)量較差，不能保證缺陷的檢出率。目前在世界上比較成功的管子-管板焊縫射線照相技術(shù)是德國BASF和BAYER公司應(yīng)用的γ射線探傷技術(shù)，并在其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WN75-100中進行了詳細(xì)的規(guī)定。江蘇省特檢院是國內(nèi)唯一獲得BASF公司管子-管板焊縫照相技術(shù)授權(quán)的單位，并擁有其專利設(shè)備B3型γ射線探傷儀的使用權(quán)，并委托江蘇中特創(chuàng)業(yè)設(shè)備檢測有限公司使用管理。第七頁，共60頁。第八頁，共60頁。BASF公司B3型γ射線探傷儀包括γ射線設(shè)備、暗室處理器材、屏蔽及補償器材等。B3型探傷儀探傷技術(shù)包括常規(guī)射線檢測技術(shù)、靈敏度補償技術(shù)、安全防護及屏蔽技術(shù)等內(nèi)容。其中靈敏度補償技術(shù)為管子-管板焊縫照相技術(shù)的核心內(nèi)容，是射線照相質(zhì)量的保證。第九頁，共60頁。管板管子管子-管板焊縫

B3探傷儀底片

與其它射線照相技術(shù)不同的是，管子-管板焊縫射線照相技術(shù)是利用小焦點的γ源伸入管子內(nèi)，計算好合適的焦距、曝光時間、厚度補償?shù)葏?shù)，反向透照貼在管板上的射線膠片，最終形成射線影像的檢測技術(shù)。第十頁，共60頁。第十一頁，共60頁。從2003年11月份開始，江蘇中特創(chuàng)業(yè)設(shè)備檢測有限公司在國內(nèi)數(shù)十家單位為揚子石化公司、揚子-BASF公司、上海拜爾、SBPC、上海巴斯夫化工、上海石化總公司等進行了管子-管板焊縫照相，和江蘇特檢院一起是國內(nèi)管子-管板焊縫照相技術(shù)的領(lǐng)先者。下面射線照相底片的識別上來介紹一下管子-管板焊縫射線照相技術(shù)。第十二頁，共60頁。這是一張標(biāo)準(zhǔn)試樣的管子-管板焊縫射線照相的底片。兩條紅線中間的區(qū)域為管子管板焊縫的影像。氣孔第十三頁，共60頁。這是一張φ40×2mm管子與管板焊縫的人工缺陷樣片。氣孔第十四頁，共60頁。圖中的較粗的黑線圈是管子-管板焊縫的內(nèi)邊緣。氣孔第十五頁，共60頁。這是一張φ25×2mm管子與管板焊縫的人工缺陷樣片。氣孔第十六頁，共60頁。這是在無錫化工裝備總廠的一臺冷凝器(φ25×2，材質(zhì)為304L)上射線照相的一張底片，上面有兩處缺陷：夾鎢和氣孔。第十七頁，共60頁。這是上面那張底片的放大圖，較粗黑線為管子-管板焊縫的內(nèi)邊緣。氣孔夾鎢第十八頁，共60頁。根據(jù)BASF公司W(wǎng)N75-100標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其有關(guān)要求如下：1.檢測人員要求：至少為RTⅡ以上人員。2.工件和底片的標(biāo)識：射線照相前，要檢驗的管子-管板應(yīng)在被檢工件上作出標(biāo)記，射線照相時，底片上也應(yīng)有規(guī)定的標(biāo)記，按照這些標(biāo)識方法，可以保證射線底片與被檢焊縫可以一一對應(yīng)。第十九頁，共60頁。3.在管板上布片要求。4.射線操作要求：應(yīng)按B3型γ射線探傷儀的操作要求進行操作，應(yīng)選擇合適的補償技術(shù)進行靈敏度補償。5.暗室處理技術(shù)。第二十頁，共60頁。管子-管板焊縫照相中的部分工藝參數(shù)：1.射線源：高活度，小焦點Ir192源；2.膠片：AGFA高靈敏度膠片；3.曝光焦距和曝光時間：按照不同規(guī)格的工件及射線補償技術(shù)計算。4.工件規(guī)格：可以檢測的管子規(guī)格為：φ12mm，厚度在1.25mm以上各種規(guī)格，其中包括橢圓管的檢測。第二十一頁，共60頁。管子-管板焊縫射線照相的靈敏度。在嚴(yán)格按照BASF公司W(wǎng)N75-100標(biāo)準(zhǔn)的操作要求，可以發(fā)現(xiàn)0.5以上大小的氣孔缺陷。由江蘇特檢院和江蘇中特公司等單位起草的管子—管板焊縫射線照相檢測技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在編制報批當(dāng)中。本節(jié)結(jié)束，點擊返回第二十二頁，共60頁。第二十三頁，共60頁。管子—管板焊縫γ射線照相技術(shù)，受γ源活度和大小的影響，以及射線照相方法本身的局限性，管子—管板焊縫γ射線照相技術(shù)的使用成本比較高，檢測效率都比較低。一般只能對管子—管板焊縫進行抽查檢測。相控陣超聲的發(fā)展為管子—管板焊接接頭的檢測帶來了新的檢測思路:相控陣探頭具有更高的檢測頻率，可以檢測更薄的管子，檢測范圍包括φ12(內(nèi)徑)×1.5mm以上各種規(guī)格的管子—管板焊接接頭。相控陣設(shè)備具有更多的成像角度，可以多方位觀察缺陷的變化；相控陣技術(shù)的電子掃方式可以更快的覆蓋被檢區(qū)域，檢測效率更高。第二十四頁，共60頁。本文簡要介紹利用相控陣超聲檢測技術(shù)來檢測管子—管板焊縫的方法由于大多數(shù)換熱器管子壁厚范圍一般都比較薄（1~4mm），管徑較?。é?2~φ60），加上其結(jié)構(gòu)的原因，超聲檢測探頭只能在管子內(nèi)部進行檢測，因此探頭必須符合兩個條件：較高的檢測頻率，一般檢測探頭的頻率不小于10MHz，壁厚越薄，探頭的頻率越高。專用的楔塊，不同規(guī)格的管子必須加工與管子內(nèi)徑同規(guī)格的楔塊，以保證楔塊與管子內(nèi)表面的聲耦合。第二十五頁，共60頁。相控陣超聲檢測技術(shù)原理參照相關(guān)技術(shù)資料。管子123管子—管板焊接接頭相控陣超聲檢測示意圖管板焊縫第二十六頁，共60頁。相控陣探頭發(fā)射多個不同角度的聲束（1~3）至楔塊反射面，如圖1，經(jīng)反射面反射后入射到管壁，在管壁與管板未焊接區(qū)域，聲束在管子底面（外表面）會形成多次反射底波，在管子與管板焊接區(qū)域，則無底面反射波，如圖2。根據(jù)缺陷容易產(chǎn)生的部位，將聲束中心位置（聲束2）對準(zhǔn)焊縫根部熔合線位置，以保證超聲聲束對焊縫根部的覆蓋。當(dāng)焊縫存在未熔合、熔深不足、焊縫根部咬邊以及內(nèi)部缺陷時，會產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷信號，如果焊縫根部的管子有減薄，此時在焊縫根部的位置，底面波會前移，測量底波移動的距離則為減薄的深度。第二十七頁，共60頁。圖2藍(lán)線與紅線之間為管子的壁厚第二十八頁，共60頁。圖3原來紅線處的底波由于壁厚減薄底波前移至藍(lán)線片，缺陷處底波深度減小了0.6mm。第二十九頁，共60頁。上述相控陣檢測換熱器管子焊縫的技術(shù)在上海拜爾某設(shè)備上檢測，在10天時間內(nèi)共計6875根管子13750個焊接接頭，除少量由于管口變形、燒穿等原因未能檢測外，其它焊接接頭經(jīng)100%檢測，共計發(fā)現(xiàn)25個焊接接頭存在疑似缺陷，經(jīng)與樣管人工缺陷比較，其中有4個焊接接頭減薄量超過0.5mm以上。對其中5個缺陷相對較嚴(yán)重的焊接接頭進行射線照相，均發(fā)現(xiàn)存在點狀或條狀缺陷，缺陷最大深度約1mm。第三十頁，共60頁。相控陣技術(shù)檢測管子-管板焊接接頭與射線照相比，檢測速度快，無射線作業(yè)的環(huán)保要求；但檢測過程中對管子表面、橢圓度以及檢測人員的經(jīng)驗都要求較高，不同規(guī)格的管子需要加工專用的楔塊。第三十一頁，共60頁。由于檢測探頭頻率較高(10MHz~15MHz)，探頭楔塊與管子內(nèi)壁間很小的間隙都會帶來管子底波信號位置的變化，因此一般采用多次底波信號識別，結(jié)合缺陷信號位置變化的動態(tài)波識別方法，可以發(fā)現(xiàn)0.2mm以上的管壁減薄，以及0.5mm以上的點狀缺陷。本節(jié)結(jié)束，點擊返回第三十二頁，共60頁。換熱器管子的檢測方法有渦流檢測和超聲波檢測。渦流檢測技術(shù)一般采用內(nèi)穿過式差分探頭或/和絕對式探頭進行檢測，渦流檢測是利用比較法，需要制作一要與被檢管子相同(同規(guī)格、同材料、同批號等)的樣管，將檢測信號與樣管的人工缺陷比較才能得出實際缺陷的大致情況，對在役管子的檢測受影響因素較多，檢測結(jié)果誤差可能較大。超聲波檢測使用內(nèi)旋轉(zhuǎn)超聲裝置(IRIS)，配合計算機C掃描軟件，與渦流檢測相比，IRIS對管子的檢測結(jié)果只與材料的聲速相關(guān)，因此檢測結(jié)果誤差比較小，但檢測靈敏度和檢測速度不及渦流檢測。第三十三頁，共60頁。渦流線圈線圈磁場渦流磁場導(dǎo)電材料渦流：由于電磁感應(yīng)，當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場中或相對于磁場運動時，其內(nèi)部會感應(yīng)出電流，這些電流在導(dǎo)體內(nèi)部形成閉合回路，呈漩渦狀流動，簡稱渦流。渦流檢測(ET)的原理第三十四頁，共60頁。當(dāng)渦流檢測探頭(線圈)載有交變電流靠近導(dǎo)電工件時，由于線圈磁場的作用，工件中會產(chǎn)生渦流，而渦流的大小、相位及流動形式受到工件導(dǎo)電性能的影響，同時產(chǎn)生的渦流也會形成一個磁場，這個磁場反過來又會使檢測線圈的阻抗發(fā)生變化，通過測定檢測線圈阻抗的變化，就可以判斷出被測試件的性能及有無缺陷等。探頭移動方向表面裂紋檢測探頭第三十五頁，共60頁。當(dāng)檢測探頭從缺陷表面掃過時，在渦流檢測設(shè)備的顯示屏幕上，會出現(xiàn)左圖所示的缺陷的阻抗平面圖。在阻抗平面圖可以得到缺陷的相位角和幅值兩個參數(shù)，通過與試樣的人工缺陷的參數(shù)進行比較，就可以得出缺陷深度、大小等信息。缺陷的阻抗平面圖第三十六頁，共60頁。上海某企業(yè)一臺換熱器管子缺陷的渦流信號第三十七頁，共60頁。對工件表面或近表面的缺陷，有很高的檢出靈敏度，且在一定的范圍內(nèi)具有良好的線性指示，可用作質(zhì)量管理與控制。內(nèi)穿過式探頭對環(huán)向缺陷(裂紋)檢測效果較好，檢測速度快，但對縱向線性缺陷(裂紋)不敏感。本節(jié)結(jié)束，點擊返回第三十八頁，共60頁。IRIS(InternalRotaryInspectionSystem內(nèi)旋轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng))最早應(yīng)用于石化行業(yè)換熱器的超聲波檢測，其探頭及裝置系統(tǒng)發(fā)展于上世紀(jì)50年代晚期殼牌石油公司為檢測鰭片風(fēng)冷換熱器(鋁鰭碳鋼管)，后來陸續(xù)也被應(yīng)用到其它行業(yè)如鍋爐管子。檢測原理是基于脈沖回波檢測法，換能器激發(fā)一個高頻脈沖在水中產(chǎn)生超聲波，一個反射鏡將超聲波反射成沿管子內(nèi)徑徑向入射的波束，在管子內(nèi)外表面都會反射回來的一個回波，內(nèi)表面回波與外表面回波的時間和波幅經(jīng)系統(tǒng)數(shù)字化處理后，通過計算就可以得到管子內(nèi)徑、外徑和壁厚。如下圖示。第三十九頁，共60頁。通過水浸探頭脈沖回波波測量壁厚(圖左)及檢測裂紋(圖右)的原理第四十頁，共60頁。內(nèi)壁外壁在檢測管子中的參數(shù)設(shè)置界面第四十一頁，共60頁。全部管子的檢測是通過反射鏡的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，采用渦輪或電動馬達(dá)來提供動力，旋轉(zhuǎn)的同步可以通過多種方法實現(xiàn)：步進馬達(dá)、編碼器或超聲波標(biāo)記針，檢測數(shù)據(jù)能實時顯示其橫截面圖(B掃描)，或者管壁展開圖(C掃描)，也可以在管子軸向提供縱向截面圖(D掃描)。第四十二頁，共60頁。C掃描B掃描D掃描第四十三頁，共60頁。IRIS主要用于反應(yīng)器管子的檢測，與渦流等電磁檢測方法相比，超聲檢測方法有如下特點：超聲波不受材料電導(dǎo)率或磁導(dǎo)率的影響；超聲波能精確測量管子的內(nèi)徑及壁厚；超聲波能提供管子壁厚或裂紋的準(zhǔn)確位置；超聲波對材料的界面有很強的反射，比如產(chǎn)生裂紋的界面，容易區(qū)分裂紋與其它缺陷。第四十四頁，共60頁。第四十五頁，共60頁。性能指標(biāo)：渦流檢測應(yīng)符合JB/T4730.6-2005標(biāo)準(zhǔn)要求；IRIS能檢出Φ2×0.2mm平底孔以及長寬深分別為10×1×0.1mm的槽。第四十六頁，共60頁。渦流檢測IRIS（內(nèi)旋轉(zhuǎn)超聲）1、檢測缺陷類型腐蝕、磨損、裂紋、點蝕、沖蝕腐蝕、磨損、沖蝕2、厚度測量精度受缺陷信號平均的影響，測量結(jié)果一般比最小厚度偏小精度較高，與超聲測厚儀原理一致，精度可達(dá)0.05mm3、缺陷位置測量只能測量缺陷在長度的位置，不能確定圓周方向位置，缺陷形狀無法識別可以以C掃描圖像顯示缺陷在管子平面圖的位置，可以觀察缺陷的形狀及走向4、檢測速度非鐵磁性材料很快，鐵磁性材料較慢很慢，<3m/min5、檢測要求受材料材質(zhì)以及樣管加工精度影響，測量結(jié)果誤差比較大，對褶流板或管板位置缺陷容易漏檢要求對管子內(nèi)表面進行高壓清洗，受內(nèi)表面清潔度影響，檢測數(shù)據(jù)會有丟失現(xiàn)象，一般對外壁腐蝕檢測效果好于內(nèi)壁腐蝕。6、缺陷的識別通過缺陷產(chǎn)生的渦流信號（波形的形式）來識別，誤差較大。通過管壁展開圖的形式（C掃描）來識別，誤差通過校準(zhǔn)后一般<0.1mm.7、應(yīng)用范圍適合應(yīng)用在檢測精度要求不高、快速篩查、不能用水、內(nèi)表面無法清洗等類型的設(shè)備檢測。適合應(yīng)用在檢測精度要求較高、管子內(nèi)表面容易清洗干凈、可以充水等類型的設(shè)備檢測。第四十七頁，共60頁。不銹鋼對比試樣渦流檢測結(jié)果渦流