IRIS技術在在役換熱管束檢測中的應用*

呂 馳

(中國石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300271)

換熱設備在石油化工等行業占有重要地位，但在運行期間換熱管束容易出現泄漏故障。對于在役換熱器無損檢測方面，除了射線、磁粉、滲透、著色四大無損檢測方法外，近幾年又相繼出現了一些新的專用無損檢測新技術，使以前在裝置停車大修時不能檢測的設備或部位，有了相應的檢測技術手段。

對于新制造換熱管束的檢測，目前可以采用漏磁和渦流等檢測方法，技術較為成熟，檢測難度較低。對于在役換熱管束的檢測，由于管束形式較多(光管、翅片管、釘頭管)、內壁結垢以及現場檢測條件惡劣等因素的制約，目前只有采用內窺鏡及渦流測厚技術來檢測，但內窺鏡一般只能觀察到管束內表面狀態并且會受到管束內壁的光潔度的影響。渦流檢測一般采用內穿過式差分探頭，通過樣管與被檢管束信號比對來確定被檢管束厚度變化，受管束材質、缺陷形狀等因素影響較大，并且由于翅片管、釘頭管外壁附著翅片及釘頭，渦流檢測效果較差。而旋轉超聲檢測技術(IRIS)的出現，解決了在役換熱管束檢測的難題，可以在檢修過程中對換熱管束進行檢測，了解在役換熱管束的腐蝕狀態、剩余壁厚及內部缺陷。

1 IRIS檢測原理及適用范圍

1.1 IRIS檢測原理

反射鏡連接著水渦輪，水泵產生的高壓水使水渦輪360°持續旋轉，每旋轉一周就可以檢測一圈管子壁厚，探頭移動，超聲波以螺旋形式掃描管壁每一點的壁厚，就可以了解整根管子的情況，其原理示意見圖1。

圖1 IRIS檢測原理示意

IRIS檢測可以認為是水浸超聲的一種，IRIS可以檢測鐵磁性、非鐵磁性、非金屬材料，不受材料電導率或磁導率的影響，能精確測量管子的內徑及壁厚，能提供管子腐蝕減薄的準確位置，能實時顯示管子橫截面圖(B掃描)、管壁展開圖(C掃描)以及管子縱向截面圖(D掃描)，見圖2。

圖2 成像效果示意

1.2 適用范圍

IRIS檢測適用于直徑為φ13～75 mm、壁厚為1～20 mm的金屬管和非金屬管的檢測，對管束的形式沒有特殊要求，適用于常見的光管、翅片管以及釘頭管。

2 實際應用

2.1 某蠟油加氫裝置換熱器管束檢測

某蠟油加氫裝置E-103換熱器，內部介質為石腦油、氫氣以及硫化氫，壓力為12 MPa，溫度為208 ℃。該換熱器為U型管式換熱器，材質為合金825，規格為φ19 mm×2 mm，單程長度為7 m。

由于在運行過程中發現該換熱器管束發生泄漏，常用的檢測手段無法確定管束泄漏的具體位置，故使用IRIS檢測技術進行抽檢，抽檢起始比例定為10%，但在檢測過程中發現管束存在減薄現象，故擴大檢驗比例，最終抽檢了30%的管束(見圖3)。

零工經濟(Gig Economy)中的零工(Gig)原意是指臨時工，是一些勞動者無法獲得正式工作，只能從事一些臨時性工作[1]。由于產業的周期性以及季節的周期性，有些工作并長期不雇傭勞動力，往往是需要的時候才雇傭工人，此時就會出現大量勞動力以團隊形式暫時的集聚于某一地方或某一產業的現象，例如農民工[2,3]。由這種臨時工所形成的經濟現象被稱為零工經濟。改革開放以來，我國的很多城市中都出現過這種“零工”現象。

圖3 檢測部位及減薄比例示意圖

該次共抽檢357根管子，發現大部分管子存在5%～20%的壁厚減薄，其中編號為5-13的管子減薄最為嚴重，距管口200 mm處剩余壁厚僅為0.79 mm，減薄比例為60%(檢測圖譜見圖4)。圖4中黑色部位為信號缺失部位，缺失的原因為內壁清洗不凈，圖4中紅色部位為減薄部位，最終對于減薄較為嚴重的管子進行了堵管處理。

圖4 減薄部位檢測圖譜

2.2 某常減壓蒸餾裝置空冷器管束檢測

某常減壓蒸餾裝置A101空冷器，內部介質為常頂油氣；壓力為0.095 MPa；進口溫度為107 ℃，出口溫度為50～70 ℃；空冷器換熱管材質為09Cr2AlMoRE，規格為φ25×2.5 mm，長度為9 m，換熱管束形式為翅片管。

在運行過程中發現該空冷器管束發生泄漏，并且由于空冷器管束管口部位被管箱遮擋，常用的檢測手段不能進行檢測，故采用IRIS檢測技術進行抽檢，以便于掌握其余管束腐蝕狀態以及剩余壁厚。由于現場條件以及空冷器結構限制，本次抽檢只針對部分管箱已開絲堵部位的16根管子(檢測部位現場圖見圖5)。

圖5 A101空冷器檢測部位

經過對檢測信號進行分析，發現所檢測管束均存在腐蝕，平均減薄量在25%左右。上兩排(B和C)管束腐蝕大多分布在北側，最大減薄量為60%(出現在B4管束，檢測圖譜見圖6)，剩余壁厚為1 mm。下兩排(D和E)管束大部分為整根斷續腐蝕，最大減薄量為36%(出現在D3管束)，剩余壁厚為1.59 mm。

圖6 減薄部位圖譜

本次檢測由于管內壁未清洗，對檢測結果有一定影響，檢測的結果與實際腐蝕減薄會存在一定的誤差，每根管子檢測圖譜有效數據為30%～70%之間(圖譜中除黑色部位外的區域)。在檢測過程中，為了尋找更好的檢測信號每根管子均檢測5遍，最終對腐蝕較為嚴重的管束進行了堵管處理。

3 IRIS檢測現場應用結果分析

3.1 在役換熱管束IRIS檢測的優缺點

通過對以上檢測案例的過程以及結果進行分析，可知IRIS檢測技術對于在役換熱器管束檢測有以下優缺點。

3.1.1 優 點

(1)對在役換熱器管束的檢測工作都是在裝置一個運行周期之內的檢修工作中進行的，一般情況下不會進行規模較大的設備拆解工作，IRIS在檢測過程中只需要打開換熱器的管箱或者空冷器的絲堵就可進行檢測工作，對現場正常的檢修工作影響不大。

(2)常規無損檢測方法往往只能對裸露在外側的管束進行檢測，而IRIS檢測技術可以對管束的任何部位進行檢測，并且實時得出具體的測厚數值以及壁厚分布圖，可以直觀地顯示出管束內部的腐蝕情況。

(3)IRIS檢測技術可以通過更換探頭來適用于目前絕大部分不同規格的換熱器管束的檢測，并且對于材質以及管束形式沒有特殊的要求(在已知材料聲速的前提下)，適用性較為廣泛。

(4)檢測效率較高，在管束內壁清潔度達到要求的前提下，檢測速度可以達到40 mm/s左右，并且由于配備了柔性探頭，故對于U型管換熱器一次即可對整根管束進行檢測。

(5)檢測圖譜可以保存，檢測結果具有可追溯性。

3.1.2 缺 點

(1)現場準備工作較多，需配備220 V電源以及不間斷水源等。

(2)為了保證數據的準確性，對換熱器管束內部清潔度要求較高，往往需要多次對管束進行清洗。

3.1.3 注意事項

(1)在檢測之前應多次清洗換熱管束，避免由于管束內壁不清潔而引起的檢測信號大面積缺失的現象，影響檢測效率及靈敏度。

(2)現場耦合用水不能采用脫離子水以及脫鹽水，應采用消防水或者工業水，避免由于水質的原因引起的檢測問題。

(3)由于儀器目前未配備移動電源，現場應配備220 V電源。

通過分析以上優缺點，可知IRIS檢測技術可以作為一種檢測手段應用于在役換熱器管束的腐蝕檢測，具有良好的實用性。

3.2 在役換熱管束IRIS檢測的準確性

通過分析以上案例，IRIS檢測發現了局部腐蝕、均勻腐蝕以及點蝕這三種類型的缺陷，并且發現了最高腐蝕比例為60%的局部腐蝕缺陷。針對已經發生泄漏的A-101空冷進行腐蝕原因分析，發現管束中的介質含有硫化氫和水，硫化氫質量分數達到2 000 μg/g。通過露點計算，該部位的露點溫度應略高于90 ℃，實際換熱管束運行的溫度僅為10 ℃，并且有資料記載露點位置pH值為2.0～3.0，說明該空冷器管束內發生露點腐蝕。

IRIS檢測的結果為所檢測管束均存在平均減薄為25%～36%，最大減薄為60%，分析認為，IRIS檢測結果符合現場實際情況，具有良好的準確性。

由于IRIS檢測為水浸法超聲檢測，因此在保證管束內部清潔度以及探頭與管束的同心度的前提下，其測厚數據可以達到常規測厚儀的靈敏度(±0.1 mm)，檢測數據精度較好。

3.3 在役換熱管束IRIS檢測的適用性

IRIS檢測技術適用于管徑為φ13～75 mm、壁厚為1～20 mm的金屬管和非金屬管，并且在檢測探頭等硬件條件允許的情況下，也可適用于更大管徑以及壁厚的管束檢測工作。與渦流、漏磁等檢測方法相比較，IRIS檢測技術對于管束形式沒有特殊要求，適用于光管、翅片管以及釘頭管的檢測。

IRIS檢測對于U型管換熱器管束檢測效率高，而且由于配備了柔性探頭，可以適用于一些常規檢測手段不易檢測的部位及設備(例如管束彎頭以及帶管箱的空冷器內部管束等)，并且IRIS檢測不局限于換熱器或者空冷器管束的檢測，對于其他設備內部管束均具有良好的適用性。

4 結 論

(1)IRIS檢測技術優點明顯，但對于現場管束內壁清潔程度以及檢測用水質有一定的要求。

(2)IRIS檢測技術具有較高的檢測靈敏度，可以發現管束腐蝕狀態、剩余壁厚和內部缺陷，檢測結果可信度以及準確性較高。

(3)IRIS檢測技術使用范圍較廣，對于管束的材質沒有特殊要求，可以作為一種常規檢測手段應用于現場在役換熱管束的腐蝕檢測及泄漏點的查找等工作，并且不局限于換熱管束的檢測工作，也可推廣用于其他設備內部管束的檢測工作。

(4)該技術對于在役換熱管束檢測具有較高的準確性以及廣泛適用性等特點，建議將該技術作為石化裝置大修中換熱管束檢測的主要手段進行應用。