碳钢换热管束远场涡流检测缺陷分析

魏培生

（中国石油独山子石化公司研究院，新疆 独山子 833699）

某重整芳烃装置需要对一台换热器管束进行腐蚀状况检测，管束材质为20#钢、规格φ25×2.5mm。经宏观检查发现，换热器管束整体存在不同程度的点腐蚀、管束存在局部区域均匀减薄。根据使用过程中可能产生的缺陷形态，取其相同材料、规格的管束制作对比试样，并依据NB/T47013-2015《承压设备无损检测》实施远场涡流检测。检测设备选用加拿大Russell 公司的F308 型远场涡流检测系统，对壁厚减薄、点腐蚀等缺陷有很好的检测能力。

1 对比试样缺陷波形分析

制作对比试样。管束材质20#钢、规格φ25×2.5mm。依据其可能产生的缺陷形态，在样管上加工含均匀减薄、点腐蚀类型的缺陷，如图1 所示。

图1 对比试样示意图

1.1 绝对通道信号波形分析

绝对通道的检测数据主要适用于大范围渐变缺陷的检测，通过测量绝对通道中缺陷信号的相位角判定管壁减薄量即缺陷深度，缺陷深度与相位角存在线性关系。调整频率f1以获取一个相位的度数，该度数等同于周向凹槽的深度百分比。例如，周向凹槽深度是20%，要调整相位约为20°，较高的频率产生一个较大的相移。对于绝对通道应用远场检测数据分析，在无缺陷处相移为零，仅需一个C 型缺陷（图1）即周向凹槽缺陷即可完成缺陷校准，如表1。校准完成后，绝对通道缺陷深度与信号相位角存在线性关系。

1.2 差分通道信号波形分析

差分通道适用于检测局部腐蚀或小缺陷。差分通道检测信号相位旋转前，条状图上X 轴的水平分量含有缺陷信号、管束电磁性能差异或其他因素引起的干扰波形信号。设缺陷信号幅值为Z1、Z2、Z3……, 干扰信号幅值为A1、A2、A3……，条状图上X 轴的水平分量可表示为Z1cosθ1、Z2cosθ2、Z3cosθ3、A1cosθ4、A2cosθ5、A3cosθ6……（θ 为XY 电压图上信号与X 轴的夹角）。可知，由缺陷引起的信号Z1≠Z2≠Z3，θ1≠θ2≠θ3，在管束完好部位，由管束电磁性能差异或其他因素引起的干扰波形信号A1≠A2≠A3，θ4≈θ5≈θ6。若令条状图上X 轴的水平分量A1cosθ4、A2cosθ5、A3cosθ6等于零，X 轴上水平分量只含有缺陷信号，有利于检测人员判定缺陷信号。选取一段波形信号，在XY 电压图上旋转信号相位，当干扰信号相位角θ4≈θ5≈θ6＝90°时，缺陷信号就能易于识别，见表2。

表1 绝对通道校准

表2 相位旋转前后X 轴水平分量波形比较

差分通道信号调整完毕后，通过测量试样管上两个（或两个以上），20%T ～80%T 深的突变性缺陷信号相对X 轴的相位角，在平面坐标图中描绘出相应缺陷深度-相位角的数据点，找出缺陷深度与相位角度的关系，在现场检测过程中，可以依据缺陷深度-相位角的关系判定突变性缺陷的深度(T为管束公称壁厚)。

表3 缺陷深度与相位角检测结果

在差分通道中，管束完好部位由管束电磁性能差异引起的干扰信号相位旋转后的相位角约为90°。在表2 中，相位旋转后的干扰信号相位角为87.32°，以表3 中的数据绘制出缺陷深度与相位角的对应关系。以缺陷A、B、E 为代表的腐蚀点、坑、槽类缺陷、以缺陷F 为代表的通孔（深孔）类缺陷、以缺陷D 为代表的短周向类缺陷的关系曲线全部通过关系图中的点（87.32°，0）。差分通道校准时，选取以缺陷A、B、E 为代表的腐蚀点、坑、槽类缺陷得出缺陷深度-相位角的关系，再将此关系曲线附加给相应的差分通道，最终完成校准过程。仪器校准后，可以直接显示缺陷的百分比损失量，如图2 所示。

图2 缺陷深度与相位角的对应关系

1.3 差分通道校准后的测量误差

远场涡流检测发现的缺陷信号以波形方式显示，不能对缺陷进行定性分析，得出的百分比损失量也存在一定误差。

在表4 中，缺陷A、B、D、E 的绝对误差＜5%T，通孔F的测量偏差最大。现场检测时，遇到信号相位角在40°附近时，需要多次复查、确认，避免通孔、深孔类缺陷深度误判或漏检。

2 现场检测应用

碳钢换热管束部分检测数据。

表4 缺陷实际深度与仪器检测结果的对比

表5 碳钢换热管束部分检测数据

3 结语

（1）通过对检测数据的分析，使用远场涡流技术能有效检出碳钢换热管束上存在的局部均匀腐蚀、点腐蚀等缺陷。

（2）分析缺陷部位各检测通道的信号波形，通过测量信号的相位角可以判定腐蚀部位的深度，但不能区分内外壁缺陷。

（3）对于较小缺陷常因检测信号幅值太小，如小于1.25 倍壁厚通孔当量的缺陷会被淹没在干扰信号中，存在一定漏检概率。

（4）对于管束上可观察到的腐蚀部位，应注意观察腐蚀形貌，有助于缺陷数据的分析和缺陷性质的判定。