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MIZ227SI 型渦流檢測系統在尿素高壓換熱器檢測中的應用

點擊:1444 日期:[ 2014-04-26 22:45:06 ]
陳道明   在大型合成氨的尿素生產裝置中,常用于尿素2012c ,2022c ,2032c 三臺高壓設備的列管材料為奧氏體不銹鋼,而管板基層和折流板材料為普通低合金碳素鋼。在設備的運行過程中,由于尿素介質的腐蝕性和高溫高壓的特點,列管常出現的缺陷有管壁的腐蝕均勻減薄、由氯離子引起的應力腐蝕裂紋、制造缺陷引起的腐蝕、折流板處由滯留物引起的微電池腐蝕以及尿素介質對管子所造成的孔蝕等。為了保證尿素裝置的長周期運行,就必須對其進行檢測。   渦流檢測具有快速、高效的特點,是最適于大量非磁性列管的檢測方法。渦流檢測以電磁感應原理為基礎,在檢測過程中,影響線圈阻抗或電信號變量的因素有線圈阻抗和導體的電導率、磁導率以及集膚效應、提離效應、填充系數、端部效應、邊緣效應和信噪比等。在檢測在用換熱器列管時我們最終得到的阻抗平面圖最理想的是只反映了管子的幾何尺寸。常規渦流檢測法檢測的對象是非磁性元件,由于管板和折流板的存在,該部位的檢測存在很多干擾因素,要對該部位的缺陷信號作出準確判別是很困難的。由于上述原因,對于此類換熱器的檢測,還無相應的檢測標準。現今的渦流技術已發展到用計算機處理檢測信號,并采用了預多頻、濾波和混頻等技術,且可同時進行多通道信號顯示及存儲,因此可保證得到準確的檢測結果。 1  新設備介紹   我公司于2000 年從美國引進了一套ZETC 公司最新生產的MIZ227SI 型渦流檢測系統。它是一套多通道、多頻率、數字式先進渦流檢測系統,可對各種裂紋、腐蝕、減薄及熱處理變化進行檢測。系統由主機、探頭、探頭推拉裝置、數據采集分析、管材成像軟件以及存儲設備等組成。其主要技術參數: ①16 通道、四種頻率,頻率范圍50Hz~10MHz 連續可調。②檢測速度可達8m/ s。③具有四個線圈驅動能力。④帶“飛翔點”的彩色激活矩陣顯示,可輕松判別各個通道。⑤靈活的報警區域,多達16 通道,可以根據信號形狀進行最優化處理。⑥ 獨立的通道平衡。⑦ 帶三點曲線類型的信號測量特性。⑧前面板按鈕Hulapoint (一種前面板點定位設備) 提供用戶控制,具有用戶菜單驅動界面。⑨可直接記錄到PC 兼容存儲界面。⑩打印能力包括當前屏幕輸出到PCL 兼容打印機或使用bmp 文件格式網絡打印。lv 網絡存儲功能, 可用ET 分析軟件或TMARS 遙控數據分析,用戶可以現場進行硬件升級,通過磁盤或TINERNET 指導。lw文件標記及快速分析調用。 2  技術應用及分析   從影響線圈阻抗或電信號變量的因素可見,在渦流檢測中,標樣管的制作(制作的標樣管應與現場管子的尺寸規格以及材質一致) 、儀器的選用和檢測頻率的選取是得到準確渦流檢測信號的保證。   在使用過程中,主頻率可根據下列經驗公式[1 ]進行初選 f 90 =3ρ/t2 式中 f 90 ———主頻率,kHz ρ———電阻率,μΩ·cm t ———管壁厚度,mm   輔助頻率一般按主頻率的一半進行選取,初步選取后還應反復調試標樣管以得到最佳的阻抗平面圖。選擇了正確的頻率后,管板和折流板區外管子的缺陷是很容易檢測的,一根ASME 標樣管的平面阻抗圖(圖1 和2) 中相位和幅值清楚反映出各個缺陷。     當缺陷靠近或在管板和折流板區域內時,由于管板和折流板的影響,應對多種情況進行分析,我們以一個<1mm 通孔為例,把管板信號通過混頻抑制后,得到如下四個檢測阻抗平面圖: (1) 當通孔接近管板并在其磁性影響范圍外時得到圖3 所示的平面阻抗圖。 (2) 當通孔接近管板并在其磁性影響范圍內時得到圖4 所示的平面阻抗圖。   (3) 當通孔在管板邊緣時得到圖5 所示的平面阻抗圖。 (4) 當通孔在管板內時得到圖6 所示的平面阻抗圖。   從圖3~6 (1 ,3 通道為差分通道,4 通道為絕對通道,M1 通道為混頻通道) 可清楚看出,當通孔接近管板并在其磁性影響范圍外時阻抗圖是兩個互相分離的八字形;當在管板磁性影響范圍內時,通過其阻抗圖的八字形狀可分辨通孔的位置。   另外,管板磁性影響范圍與端部(邊緣) 效應范圍相近。通過實驗可近似得到特定儀器、探頭和管子所對應的端部(邊緣) 效應,我們測得的端部(邊緣) 效應為10mm。   如果不經過混頻抑制,缺陷信號是無法分辨出的。混頻后,抑制了管板信號,雖然同時也會抑制缺陷信號的幅值,但對相位角影響不大。   在用換熱器的實際檢測中,還會存在其它干擾,缺陷波的形狀也是各種各樣的,可通過濾波、對照混頻通道及缺陷的相位角和幅值作出判別(對于在用換熱器,管板的位置是確定的,如缺陷在管板影響區外,可由主頻率下的差分通道判別;當缺陷在管板影響區內,可通過對照主頻率下的差分通道和混頻通道判別,缺陷的性質則由混頻通道判別) 。由于檢測的原始數據可從內存以PCASCII 格式轉移到PC ,這就可通過圖形對比完全排除干擾的影響,同時還可為后期信號處理提供保障。如需對某一部位的信號作精確檢測,可使用旋轉探頭對其進行檢測。   在管子的檢測中,壁厚的測量也很重要,如我廠的201-c 在使用過程中存在的主要問題就是管壁的減薄,每年的平均減薄量在0. 05mm 左右。在檢測過程中,頻率調好后,對于光管段的檢測是很容易的,但對管板段的管壁厚,由于磁性部件的存在,減少了檢測輸出電壓,從而使所測的管壁厚度增加。由于是檢測特定的管子和管板,其電磁特性基本不變,通過試驗可得到因磁性引起的壁厚附加值,按下式可算出管子實際壁厚所對應的電壓 V = V 實測- V 試驗 式中 V 實測———檢測過程中帶管板時管子壁厚對應的電壓    V試驗———試驗中從標樣管上得到的帶管板時管子壁厚對應的電壓減去不帶管板時管子壁厚對應的電壓   經計算機軟件處理就可得到該部位壁厚值。 3  實際使用情況   我們于2001 年3 月用該儀器對我廠的三臺尿素高壓換熱器進行了檢測,所有原始信號都存入了硬盤,供以后檢測作對比。圖7 是保存的2012c 第六排第11 根管子的原始數據調出分析得到的平面阻抗圖。可見,其界面的設計非常適合檢測人員對各個通道的監視(用不同顏色顯示不同通道) ,并可對局部信號進行放大分析。   從圖7 左條圖可見,減薄部位在管口,準確減薄量可根據電壓幅值得到。從混頻通道可看出管板信號已被抑制,結合主頻率通道1 可準確判斷缺陷信號。可見,用該儀器對管子的檢測分析結果完全反映了其真實的幾何形態,且在現場檢測過程中,不管使用多快的探頭速度也未引起信號失真,零點漂移的問題基本不存在。 4  幾點體會和設想 (1) 對于非磁性管的檢測,通過先進的渦流檢測設備完全能檢測出管子的實際狀況。 (2) 管板段管子的檢測是在用換熱器檢測的難點,應用MIZ227SI 型渦流檢測系統可解決這類問題。但在軟件方面還須作大量工作。 (3) 在實際檢測中,對特定的檢測對象,應根據其特性作相應的試驗,為獲得正確的檢測結果提供依據,也可為檢測設備和軟件的改進提供參考。  
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