换热器无损检测技术

嵇文岿

[摘    要]换热器作为一种用于热量交换的压力容器，广泛应用于我国石油、化工、电力、城市供暖、制药等行业。换热器在实际的应用过程中，由于应用环境的特殊性，这就要求对其进行必要的检修工作，对避免其出现安全问题有着重要作用，压力容器无损检测技术因其无损伤性、效率高以及检测安全等特点，近年来普遍应用于换热器的无损检测工作中。

[关键词]压力容器;换热器;无损检测技术

[中图分类号]TH878 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）04–00–03

Nondestructive Testing of Pressure Vessels - Nondestructive

Testing Technology of Heat Exchangers

Ji Wen-kui

[Abstract]As a pressure vessel for heat exchange， heat exchangers are widely used in my country's petroleum， chemical， electric power， urban heating， pharmaceutical and other industries. In the actual application process of heat exchangers， due to the particularity of the application environment， This requires necessary maintenance work， which plays an important role in avoiding safety problems. The non-destructive testing technology of pressure vessels has been widely used in heat exchange over the years because of its non-destructive， high efficiency and safe testing characteristics. In the non-destructive testing of heat exchangers， the following article will explore the non-destructive testing of pressure vessels - the non-destructive testing technology of heat exchangers.

[Keywords]pressure vessel; heat exchanger; nondestructive testing technology

换热器在实际的应用过程中，我国在颁布的TSG 21—2016《压力容器安全技术监察规程》中明确规定同时满足工作压力大于等于0.1 MPa;容积不小于0.03 m3以及直径不小于150 mm，盛装介质为气体或者液化气体的换热器在实际的工作中，最高的工作温度不小于其标准沸点这3条时就需要进行监督检验工作，根据相关要求，由设计者根据工况进行确定，是否需要对设备进行无损检测。

1 压力容器无损检测技术的主要特点

1.1 无损检测技术不会损伤材料和部件结构

无损检测的特点之一就是与破坏性检测存在很大差异，通过无损检测技术对相关容器进行检测，其最大的优势就是不会对材料、部件以及结构造成任何影响，但是在实际的应用过程中无损检测技术并非十分完美。其中包括在对液化石油的检测，除了进行常规的无损检测之外，还需要对其进行一定的爆破实验检测。这就要求在进行型式试验过程中，需要将无损检测技术与破坏性检测技术进行有效融合，这样才能达到最佳的检测效果。

1.2 合理选择无损检测技术要对检测时间

在进行无损检测技术的应用过程中要合理选择检测时间。即，在进行压力容器的无损检测工作中，首先就需要按照相关检测要求进行各个环节的准备工作，其中就包括检查相关设备的运行情况以及具体的工艺制作特点等，然后根据这些条件对无损检测技术进行的具体时间确定，例如，进行超声波检测时，通常会选择在焊接完成后表面清理再进行超声检测或水压试验完成后进行超声检测工作。

2 换热器制造中的无损检测技术分析

2.1 换热器原材料的无损检测技术分析

在进行换热器原材料的无损检测技术中，通常换热器的圆筒和封头会采用碳素钢、低合金钢和奥氏体不锈钢，在特定的条件下需要采用超声检测技术进行质量检测。其检测的主要目的是能快速发现板材在冶炼以及轧制过程中出现的白点、裂纹和缺陷问题。同时检测方法和质量标准要严格按照NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》第3部分：超声检测中的规定进行。

将换热器与其他压力容器进行比较就会发现，换热器的明显特征就使其使用了换热管，其中换热管主要可以分成两种材料，分别为铁磁性的钢管和不具铁磁性的不锈钢管、铜管及铜合金管，钛管和钛合金管，铝管和铝合金管等。进行换热管质量的检测中最有效的方法就是涡流检测，其主要的检测目的是发现钢管上可能存在的通孔以及表面裂纹等问题。在对钢管进行涡流检测时，必须要用对比试样法对应涡流仪的检测灵敏度进行调节，这样才能有效确保检测结果的准确性。通常采用穿过式线圈的探头对通孔缺陷进行检测，同时采用扁平放置式线圈的探头对钢管表面裂纹进行检测。

2.2 焊接缝的射线和超声波检测技术

在进行换热器壳体的对接焊接工作中，易产生气孔、夹渣、未融合、未焊接和裂纹等问题，有关人员通常采用射线和超声检测进行焊缝内部的缺陷檢测工作，同时采用磁粉和渗透检测进行焊缝表面的缺陷检测工作，在进行实际的检测中，有关人员需要按照图样规定的检测方式进行100 %的射线或者超声检测。采用射线或者超声检测过的焊接接头，有关人员是否需要采用超声或者射线进行相互复检，同时在复检过程中的复检长度都需要有关人员在复样的设计中进行明确规定，有关人员在进行焊接的管板以及换热管的表面渗透检测中，采用磁粉或者渗透检测之前，就需要检验人员或焊接人员将受检表面进行有效打磨，保证受检表面露出金属光泽，使焊缝和母材做到平滑过渡，然后按照有关标准进行检测，检测结果应符合图样及标准要求的合格级别。

3 在役换热器的无损检测技术

为了有效确保换热器的安全运行，需要对投入使用的换热器进行定期的检测，我国在有关规定中也明确规定，压力容器在役检测要分为在线的外部检测和压力容器停机的内外部全面检测，通常外部检测周期应符合相关规定，同时内外部全部检测周期最多为6年，在役换热器的年度外部检测内容主要就包括使用单位对换热器的安全管理情况检查工作，换热器本体以及运行状态和安全附件的检查工作。在实际的检测工作中以宏观检查为主要手段，在遇到必要情况时可以选择进行测厚以及腐蚀介质含量測定工作，其中就包括在实际检测中壳体焊缝内已经出现超过标准的缺陷。这就要求可以采用有效的无损检测方法对存在的缺陷进行检测，其中就包括可以采用表面裂纹电磁检测方法对换热器外壳是否存在疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹进行检测。按相关规定要求，建议与压力容器检测周期一致，其中换热器内外部全面检测工作的重点是检测换热器在运行过程中壳体和换热管受到外界温度以及环境因素影响所产生的腐蚀、磨损、开裂等问题，这就要求在进行宏观检查的基础上，还需要采用磁粉、超声和射线等无损检测技术进行检测。

3.1 换热器的表面检测技术分析

在换热器停机全面检验中首选的无损检测方法就是表面检测，其中检测部位为换热器壳体的对接焊缝的焊迹表面，还包括换热管板与换热管焊接的角焊缝等部位。通常对铁磁性材料对接焊缝的表面检测中多选择磁粉检测，在进行角焊缝的检测环节中，有关人员无法选择磁粉检测，也可以选择渗透检测技术进行检测。对非铁磁性材料的检测中通常采用渗透检测。根据研究统计发现，换热器容易出现表面裂缝的主要部位主要分布于管板和壳体的焊接处，壳体大法兰的环焊缝，大约占整体表面裂缝的80 %左右，其中20 %的裂缝会出现在进出料法兰的接管角焊缝以及容易出现热疲劳的部位等。

3.2 换热器壳体焊缝表面裂纹的涡流检测

在进行换热器壳体焊缝表面裂纹的检测工作中，采用磁粉或者渗透检测都需要将被检测焊缝的表面进行事先清洁，有效去除换热器壳体表面的防腐层或者污垢，这就使得这两项技术不适宜用于换热器的在线检测工作。在对实际的检测结果进行研究就可以发现，检测结果中80 %的换热器不存在表面裂纹问题，即使出现表面裂纹的换热器表面裂纹也不足焊缝总长的1 %，因此花费大量的时间进行打磨不但严重增加了换热器日常检查的时间以及费用，还会导致换热器焊缝部位的壳体壁厚严重降低。这就要求有关人员可以采用涡流技术进行金属材料表面的裂纹检测工作，采用这种技术可以不去除表面涂层，常规的涡流方法只适用于检测表面光滑的母材上的裂纹。这就导致在实际的应用中，由于焊缝上的裂纹因为焊接高温作用产生的铁磁性变化以及焊缝表面粗糙，这就使得涡流技术很难进行有效应用。这就需要采用基于复平面分析的金属材料焊缝电磁涡流检测技术，这项技术在实际的应用过程中，可以选择特殊的点式探头对焊缝表面进行快速的扫描检测工作，同时这项技术可以在拥有防腐层的情况下进行，并且能保证取得准确的检测结果，有关人员在采用电磁涡流表面裂缝检测技术进行检测工作中，这项技术可以在焊缝表面存在一定厚度的防腐层以及表面粗糙的情况下进行应用，因此可以实现对在役换热器壳体焊缝的表面裂纹进行快速检测，然后对可疑部位采用磁粉或者渗透检测进行复检，有效确定表面裂纹的具体部位以及大小，有效提高检测结果的准确性[1]。

3.3 壳体焊缝的超声检测技术分析

在换热器内外部全面检查中，由于壳体内部存在约束，因此通常采用超声检测方法从换热器外部对焊缝100 %检测或抽样检测，这样就能保证在检测中能快速发现焊缝内部以及表面存在的疲劳裂缝问题，超声波探伤仪在实际的应用中具有所占体积较小、重量较轻，方便携带易于操作等特点，应用过程中与射线相比对人体不会造成任何伤害，所以近年来在换热器的检测工作中得到了广泛应用。通过超声检测可以精确地测量出焊缝内缺陷的长度以及深度，这样就可以为缺陷的安全评定工作提供几何的尺寸数据。目前在国外应用比较广泛的技术主要就包括超声检测衍射声时法、相控阵法和全息成像法。通过在实际的应用中将这些方法进行有效应用，可以保证有关人员能快速得到内部缺陷的直观以及精确数据，近年来我国也开始启用这些方法进行相应的研究应用工作[2]。

3.4 壳体焊缝的射线检测技术分析

在进行换热器的内外部全面检查工作中，射线方法主要用于厚度小于12 mm板厚的换热器壳体对接焊缝内部的缺陷检测工作，在实际的应用过程中通常选择超声检测技术发现超标缺陷之后，有关人员在选择射线检测技术进行复检，从而实现对缺陷的性质以及部位进行确定，为缺陷的返修工作提供依据[3]。

3.5 壳体焊缝的金属磁记忆检测

金属磁记忆检测技术是20世纪90年代提出并发展起来的一项技术，作为一种主要用于检测材料应力集中和疲劳损伤的无损检测技术。这种方式在实际的应用过程中能快速发现材料受力后引发的疲劳损伤以及产生的裂缝问题，但是由于人们对磁记忆现象的机理缺乏十分准确的了解工作，所以通常与其他无损检测方法进行配合使用，可有效避免漏检问题的发生。在进行磁记忆检测中，无须对焊缝表面进行打磨，可以直接对带有油漆层的换热器表面进行扫描检查。因此，这种方法主要用于换热器的在线检测工作。与电磁涡流检测进行比较，磁记忆检测方法的主要作用是发现换热器壳体上高应力集中部位，其中主要就包括容易产生应力腐蚀以及疲劳损伤的部位。在实际的应用中，人们会选择磁记忆检测仪器对换热器壳体的焊缝进行快速扫描，快速发现换热器壳体焊缝上存在的应力峰值部位，然后采用超声检测技术对这一部分进行局部检测，从而保证能在最短的时间内发现表面以及内部存在的问题[4]。

3.6 对在役换热器铁磁性钢管的远场涡流检测技术分析

与新制钢管采用的涡流检测方法不同，在进行在役换热器换热管的涡流检测中，只能选择内穿过式探头进行检测。由于钢管的内径较小，因此对在役换热器铁磁性钢管的检测中，通常会使用远场涡流检测方法。在采用远场涡流检测方法进行检测中，首先就需要对铁磁性钢管的内表面进行清洗，这样才能满足检测的根本要求，在使用远场涡流检测方法中需要对比试样，从而对工作频率以及其他工作参数进行有效调整，有效提高检测的灵敏度保证与系统的要求保持一致。有关人员在对杠杆进行检测工作中，为了保证检测结果的有效性，需要对探头的速度进行控制，保证其速度恒定平稳，探头的检测速度也需要根据仪器和参数进行合理选择，通常需将速度控制在10 m/min。在实际的检测中，有关人员需要将从对比试验管获得的数据作为仪器缺陷检测能力的衡量标准，做到对被检测钢管是否存在缺陷进行准确判断[5]。

对在役换热器非铁磁性金属管的涡流检测中，只能采用内穿过式探头进行检测工作，其中与新制造管材检测的目的有所不同，在役设备检测的根本目的在于发现换热管使用中可能存在的局部腐蚀坑以及壁厚腐蚀变薄的问题，对在役换热器非铁磁性金属管的涡流检测中，首先就需要对管内表面进行清洗，然后采用检测对比试验对其工作频率以及其他工作参数进行调整，有效提升整体检测工作的灵敏度。在进行检测工作中，要保证检测探头的恒定平稳，要将探头检测速度控制在20 m/min，同时将检测对比试验管获得的数据作为依据对仪器的缺陷检测能力进行衡量，从而实现有效判断被检管内是否存在缺陷[6]。

4 结束语

通过无损检测技术对换热器的制造以及使用过程进行检测，可以有效保证换热器质量，通常在对其原材料进行检测中会采用超声检测以及涡流检测，对其制作过程通常采用磁粉、渗透等检测，对在役换热器的检测通常需要根据不同位置选择合理的检测方法，有效保证检测结果的准确性，随着无损检测技术的不断发展，在未来无损检测技术在检测速度、检测灵敏度以及可靠性方面将会得到快速提升，从而保证换热器检测能更加高效准确。

参考文献

[1] 张阳，徐新民，王艳杰.无损检测方法在压力容器检验中的应用[J].设备管理与维修，2021（22）：120-122.

[2] 代云峰.压力容器无损检测渗透检测技术综述[J].冶金与材料，2021，41（4）：119-120.

[3] 单会娜.压力容器管道裂纹检验中无损检测技术应用分析[J].设备管理与维修，2021（14）：113-115.

[4] 蔡占河.压力容器焊接接头无损检测可靠性的研究[J].品牌与标准化，2021（4）：123-126.

[5] 刘兵.论压力容器无损检测新技术的原理和应用[J].清洗世界，2021，37（4）：115-116.

[6] 刘佳丽.压力容器检验中常用无损检测技术的运用探讨[J].中国盐业，2021（4）：54-57.