王志淵，孫杰，賴圣

1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院（浙江 寧波 315020）

2.廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院（廣東 佛山 528251）

0 引言

容器廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，按照TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]的分類，容器可分為壓力容器和常壓容器兩大類。通常情況下，容器內(nèi)部一般含有油氣，如原油、重油、輕油以及H2S、硫酸等易造成本體腐蝕的介質(zhì)。由于石油化工行業(yè)具有較為苛刻的工況條件，許多生產(chǎn)單位希望在不停機(jī)條件下對(duì)容器本體完整性進(jìn)行檢測(cè)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)容器本體腐蝕檢測(cè)技術(shù)手段主要有射線[2]、常規(guī)超聲/電磁超聲[3]、脈沖渦流[4]、漏磁檢測(cè)[5]、超聲導(dǎo)波[6]等。采用射線檢測(cè)技術(shù)，盡管可以通過(guò)底片分析壁厚的減薄情況，但是射線檢測(cè)需要設(shè)立單獨(dú)的檢測(cè)防護(hù)區(qū)域，且拍片時(shí)間長(zhǎng)，通常僅能進(jìn)行夜間作業(yè)，所以檢測(cè)效率低。電磁超聲與常規(guī)超聲的采集數(shù)據(jù)方式基本一致，通過(guò)單點(diǎn)采集可以直接獲取特定區(qū)域的壁厚數(shù)值，但單點(diǎn)采集無(wú)法快速對(duì)容器本體實(shí)施100%覆蓋掃查。脈沖渦流是近年來(lái)新興的一種可實(shí)現(xiàn)設(shè)備帶包覆層在線工況下無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，可在50～100 mm 提離條件下，對(duì)設(shè)備壁厚實(shí)施數(shù)據(jù)采集，但是如同超聲測(cè)厚的方式，脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)一般也是實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，連續(xù)掃查技術(shù)還處于研究階段，因此效率不高。漏磁檢測(cè)一般情況下專用于儲(chǔ)罐底板的腐蝕檢測(cè)，目前還很少應(yīng)用于容器壁板方面的檢測(cè)。超聲導(dǎo)波技術(shù)是一種可實(shí)現(xiàn)在役設(shè)備100%掃查的無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)。近年來(lái)，在石油化工、天然氣站場(chǎng)等管道或容器腐蝕檢測(cè)應(yīng)用中逐漸得到了使用者的認(rèn)可。同時(shí)，基于磁致伸縮效應(yīng)的超聲導(dǎo)波設(shè)備可實(shí)現(xiàn)高溫在線條件下對(duì)設(shè)備進(jìn)行腐蝕數(shù)據(jù)采集，且便攜性能優(yōu)于壓電系列導(dǎo)波設(shè)備，所以目前針對(duì)石化行業(yè)的管道容器腐蝕檢測(cè)，磁致伸縮超聲導(dǎo)波的市場(chǎng)應(yīng)用前景更好。

筆者基于磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)原理，采用美國(guó)西南研究院MsSR3030R 第5 代超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)不同環(huán)境下的在役容器開展了現(xiàn)場(chǎng)不停機(jī)在線檢測(cè)，討論了磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波技術(shù)對(duì)在役容器腐蝕檢測(cè)的可行性和實(shí)用性。

1 磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波檢測(cè)原理及檢測(cè)系統(tǒng)

1.1 磁致伸縮導(dǎo)波基本原理

超聲導(dǎo)波是一種機(jī)械彈性波，該彈性波在有限邊界的媒載中傳播（如管道錨桿、容器壁板等），傳播方向受媒載的幾何形狀約束[7]。當(dāng)使用磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波檢測(cè)容器腐蝕缺陷時(shí)，脈沖方波信號(hào)通過(guò)施加至磁致伸縮超聲導(dǎo)波探頭，探頭貼合金屬工件表面將會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)通過(guò)磁致伸縮效應(yīng)激發(fā)出超聲導(dǎo)波。導(dǎo)波沿著金屬容器傳播，當(dāng)遇見容器上的特征部位，如焊縫、吊耳、加強(qiáng)圈、觀察孔、腐蝕缺陷等，將會(huì)有部分波反射回接收線圈，經(jīng)磁致伸縮超聲導(dǎo)波儀器進(jìn)一步信號(hào)處理，可得到容器的金屬缺損部位信號(hào)。由于磁致伸縮效應(yīng)低頻超聲導(dǎo)波具有傳輸距離遠(yuǎn)、檢測(cè)速度快、信號(hào)能量集中等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此該檢測(cè)方法是一種適用于容器腐蝕檢測(cè)快速篩查的有效手段[8]。

磁致伸縮效應(yīng)超聲導(dǎo)波技術(shù)一般采用水平剪切波對(duì)容器壁板進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)范圍可覆蓋整塊壁板（圖1）。腐蝕缺陷定量方式是通過(guò)容器某一橫截面上的金屬缺損面積占容器截面積百分比來(lái)表示[9]。

圖1 容器磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)機(jī)理

1.2 磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)

采用美國(guó)西南研究院所生產(chǎn)的MsSR3030R第5代超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，系統(tǒng)由激勵(lì)信號(hào)發(fā)射機(jī)、專用電腦、檢測(cè)探頭、鐵鈷帶、專用耦合劑五大部分組成。MsSR3030R第5代系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度高，可檢測(cè)出2%的截面缺損，且第5 代設(shè)備整體機(jī)身重量不超過(guò)7 kg，機(jī)身尺寸僅為42 cm×33 cm×18 cm，較之前檢測(cè)系統(tǒng)便攜性能有了很大的提高。

2 容器磁致伸縮超聲導(dǎo)波腐蝕檢測(cè)

2.1 立式儲(chǔ)罐罐頂板超聲導(dǎo)波檢測(cè)

對(duì)寧波市某煉化企業(yè)內(nèi)一臺(tái)1 500 m3的鋼制立式原油儲(chǔ)罐罐頂進(jìn)行在役不停機(jī)檢測(cè)，該臺(tái)儲(chǔ)罐于2005 年投用至今，運(yùn)行已達(dá)16 年，容器罐頂板材質(zhì)為Q235，壁厚為8.0 mm，罐頂板外部涂有油漆層，罐內(nèi)承載介質(zhì)為原油，罐頂板作業(yè)溫度為常溫。針對(duì)罐頂板的實(shí)際工況，選擇好超聲導(dǎo)波采集點(diǎn)，該檢測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)便于安裝，并能保證兩側(cè)傳播距離足夠大。對(duì)罐頂板漆層進(jìn)行簡(jiǎn)單打磨，截取適應(yīng)長(zhǎng)度鐵鈷帶，采用常溫狀態(tài)下專用耦合劑，使鐵鈷帶與罐壁板緊密貼合，然后再使用磁鐵對(duì)鐵鈷帶進(jìn)行磁化，連接好采集探頭與儀器主機(jī)，調(diào)試完畢后，即開始數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)場(chǎng)磁致伸縮超聲檢測(cè)如圖2所示。

圖2 罐頂板超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果示意圖

罐頂板超聲導(dǎo)波特征信號(hào)顯示未發(fā)生嚴(yán)重的金屬缺損（表1），通過(guò)常規(guī)超聲測(cè)厚加以抽樣復(fù)驗(yàn)，超聲導(dǎo)波掃查區(qū)域壁厚為8.0～8.4 mm，罐頂板整體壁厚狀況良好。

表1 罐頂板超聲導(dǎo)波特征信號(hào)

2.2 換熱器壁板超聲導(dǎo)波檢測(cè)

對(duì)北海市某煉化廠內(nèi)某臺(tái)鋼制換熱壓力容器進(jìn)行在役不開罐檢測(cè)，該臺(tái)換熱器于2004年投用至今，容器材質(zhì)為16MnR，壁厚為16.0 mm，容器壁板外部涂有防腐層，在線溫度為120 ℃。針對(duì)容器壁板的實(shí)際工況，選擇好超聲導(dǎo)波采集點(diǎn)，為了能保證上下兩側(cè)傳播距離足夠遠(yuǎn)，本次檢測(cè)點(diǎn)位置選擇在殼程筒體中間位置。探頭與儀器主機(jī)調(diào)試完畢后開始數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場(chǎng)磁致伸縮超聲檢測(cè)過(guò)程如圖3所示。

圖3 換熱器壁板超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果示意圖

換熱器壁板超聲導(dǎo)波特征信號(hào)顯示未出現(xiàn)較嚴(yán)重的金屬缺損（表2），經(jīng)電磁超聲測(cè)厚加以抽樣復(fù)驗(yàn)，超聲導(dǎo)波掃查區(qū)域壁厚為16.0～16.8 mm，換熱器整體壁厚狀況良好。

2.3 芳烴儲(chǔ)罐壁板超聲導(dǎo)波檢測(cè)

對(duì)寧波市某煉化廠區(qū)內(nèi)某臺(tái)芳烴儲(chǔ)罐進(jìn)行在線腐蝕檢測(cè)，該臺(tái)儲(chǔ)罐2002 年設(shè)計(jì)，2003 年制造并進(jìn)行投用，容器材質(zhì)為16MnR，壁厚為18.0 mm，腐蝕裕量為3.0 mm，儲(chǔ)罐罐體外部涂有防腐層，在線不停機(jī)狀態(tài)下容器表面溫度為70 ℃左右。選擇好超聲導(dǎo)波采集點(diǎn)，為能保證一次檢測(cè)傳播距離足夠大，本次檢測(cè)點(diǎn)位置選擇在儲(chǔ)罐筒體中間部位，同時(shí)設(shè)定筒體上側(cè)部為正方向，下側(cè)部為負(fù)方向?，F(xiàn)場(chǎng)磁致伸縮超聲檢測(cè)過(guò)程如圖4所示。

圖4 容器壁板超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果示意圖

容器壁板超聲導(dǎo)波特征信號(hào)顯示容器筒體下側(cè)部距離探頭1.2 m左右位置存在一處疑似缺陷信號(hào)（表3），經(jīng)電磁超聲密集檢測(cè)，超聲導(dǎo)波掃查區(qū)域疑似存在缺陷部位，壁厚最薄處僅為15.75 mm，存在輕微減薄。

表3 容器壁板超聲導(dǎo)波特征信號(hào)

3 結(jié)束語(yǔ)

磁致伸縮超聲導(dǎo)波技術(shù)為石化裝置區(qū)金屬容器在役腐蝕檢測(cè)提供了一種全新手段。通過(guò)磁致伸縮超聲導(dǎo)波對(duì)現(xiàn)場(chǎng)金屬容器在線不停機(jī)檢測(cè)及結(jié)果分析可以得出，超聲導(dǎo)波檢測(cè)具有操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)效率高，一次性可對(duì)一定范圍的容器本體進(jìn)行100%腐蝕掃查。同時(shí)，超聲導(dǎo)波檢測(cè)手段對(duì)于缺陷定位較為準(zhǔn)確，作為一種粗掃檢測(cè)手段，在采用超聲導(dǎo)波技術(shù)手段對(duì)容器本體進(jìn)行腐蝕掃查過(guò)程中，往往還需要超聲測(cè)厚手段進(jìn)行驗(yàn)證性復(fù)檢。從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)例可得，超聲導(dǎo)波檢測(cè)可作為容器本體完整性檢測(cè)的一種快速篩查手段，該技術(shù)在石化裝置腐蝕檢測(cè)應(yīng)用中具有良好的發(fā)展前景。