基于磁致伸縮的常壓爐爐管腐蝕導波檢測分析

高 超 劉紫鋮 范希磊

（1.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司；2.中石油管道有限責任公司西部甘肅輸油氣分公司）

常減壓蒸餾作為煉油廠對原油處理的第1道工序，通過對原油進行脫鹽、脫水和常（減）壓蒸餾，分層次將原油中的雜質組分和不同沸點的產品分離出來。 常減壓蒸餾裝置作為原油處理的首道工序裝備，會受到原油中各種組分（包括雜質）的影響，尤其是在超高溫和超高壓工況下運行的常壓爐爐管，管段較長、排列密集且受熱面積較大， 因而難免會導致不同程度的損傷或失效，雖然常規的檢驗檢測方式能夠發現存在的缺陷，但效率低且漏檢率高［1］。 為此，筆者采用一種高效的檢驗檢測方式對常壓爐爐管腐蝕進行分析，并提出相應的預防措施。

1 基于磁致伸縮的低頻超聲導波技術

鐵磁性材料由于外加磁場的變化，其物理長度和體積都要發生微小的變化，這種現象稱為磁致伸縮效應；激發導波時，微觀粒子——磁疇在外加磁場的作用下按照一定方向運動，產生的彈性機械波被耦合到管道上進行傳播，當遇到能引起橫截面變化的缺陷時將有一部分波被反射回來，回傳到探頭位置附近時會引發探頭鐵鈷帶磁場的變化，并被探頭記錄，檢測人員對變化信號加以分析就可得到所測管道的狀態［2］。

圖1 所示的是導波與常規超聲波檢測原理的對比。 應用導波技術的關鍵是正確選擇導波模式和頻率，并控制其傳播方向，就可保證導波從傳感器位置沿著裝置傳播瞬間完成長距離管道100%檢測［3］。

圖1 導波與常規超聲波檢測原理對比

2 常壓爐爐管概況

南充煉油化工總廠常減壓蒸餾裝置的常壓爐爐管基本參數如下：

規格 φ152mm×8mm

材料 20g

工作介質 脫鹽原油

加熱方式 輻射式

操作溫度 350℃

操作壓力 3.6MPa

爐管的外表面受到高溫加熱，而爐管的內表面受到原油中無法脫除的硫、 氫等元素作用，逐漸形成外壁氧化和內外壁的均勻腐蝕。 對此，一般采用常規的技術手段進行檢驗， 包括宏觀檢查、內窺鏡檢測、超聲波測厚和金相分析。 這種常規的手段能達到局部抽查的目的，判斷爐管上產生的均勻腐蝕或者銹蝕程度基本一致的連續腐蝕較為準確和全面。 但是，如果爐管發生局部窄深腐蝕或者嚴重程度大小不一的腐蝕，且爐膛內爐管繞線距離很長，為了能在較短的時間內做出較為準確的判斷，就必須采用基于磁致伸縮的低頻超聲導波技術， 并配合常規技術復驗的方式，對整個爐膛內所有爐管的腐蝕情況進行全面檢測。

3 檢驗檢測分析

3.1 宏觀檢查

針對常減壓裝置的常壓爐爐管，由于經過脫鹽脫水和初餾處理的原油，在進入爐管之前還會殘余元素硫、硫化氫及硫醇等活性硫化物和一定量的環烷酸等雜質，而且爐管外壁長期處于較高的環境溫度中，容易受到各種各樣的無機和有機的化學作用、內外溫差的物理作用和介質湍流對構件部件的擾動破壞作用，所以首先在其宏觀上常常表現出一些可以通過觀察來初步確定其狀態的特征。 因此，根據由外及內原則，采用目視檢查和內窺鏡檢測的方法進行初步分析。

經過目視檢查爐管外壁發現，多根爐管外壁存在不同程度的腐蝕，以其中腐蝕較為嚴重的第24 根爐管為例，其宏觀形貌圖如圖2 所示。同樣，對該爐管內壁內窺鏡檢測的宏觀形貌如圖3 所示。

圖2 爐管外壁目視檢查宏觀形貌

圖3 爐管內壁內窺鏡檢測宏觀形貌

根據目視外壁檢查和內窺鏡內壁檢測的結果，爐管外壁和內壁都存在腐蝕，但腐蝕程度的大小和分布具有不確定性。針對常壓爐爐膛內48根爐管，逐根在各個部位進行檢驗，不僅檢測效率低，而且也不能保證無漏檢。

3.2 低頻超聲導波檢測

采用低頻超聲導波技術可對常壓爐爐膛內所有的48 根爐管進行全面檢測。 根據爐管管徑和周長剪切相應長度的鐵鈷帶，接口空開3cm 間距進行磁化， 磁化后與管道通過耦合劑緊密接觸， 鐵鈷帶上貼合有帶狀線圈用于連接適配器，適配器（中心頻率為128kHz）和探頭的布置如圖4 所示，連接數據線和電纜線，打開儀器進行信號的采集和保存。

圖4 低頻超聲導波檢測時適配器和探頭布置現場

低頻超聲導波檢測發現，常壓爐爐管整體大面積腐蝕減薄最為嚴重的共有10 根， 分別為第18 根、第23 根、第24 根、第25 根、第26 根、第30 根、第31 根、第32 根、第33 根和第36 根，常壓爐爐管局部大面積腐蝕減薄和局部孤立腐蝕坑點 （管束整體占橫截面積3%以上腐蝕缺陷和管束整體未占橫截面積2%以下腐蝕缺陷） 的共有30 根。 因篇幅所限，筆者僅就第24 根爐管腐蝕狀況進行分析。

對第24 根爐管進行適配器和探頭的布置，選用128kHz 頻率的超聲波作為該爐管的檢測頻率， 檢測信號經采集分析后形成相應的數據，如圖5、6 所示。

參考點探頭距離下部負方向彎頭焊縫1.16m，由圖5 所示的波形變化可以看出，管束整體噪音水平增高， 存在大面積腐蝕減薄缺陷，使導波傳播衰減得比較嚴重，導致正方向無管端反射回波信號。

圖5 第24 根爐管低頻超聲導波檢測信號曲線

圖6 第24 根爐管低頻超聲導波檢測數據

3.3 常規超聲波測厚復驗

采用常規超聲波厚度測定進行復驗，分析第24 根爐管的腐蝕減薄是否屬于管壁金屬結構層的銹蝕減薄，以排除爐管內壁可能存在的積垢或者其他影響因素造成的干擾。 經現場復驗第24根爐管壁最薄處2mm（原始壁厚為8mm），驗證了該爐管確實存在嚴重通體腐蝕。

按同樣的方法對爐膛內其他受腐蝕的爐管進行復驗，確定為腐蝕嚴重的管線逐一進行更換后，常壓爐得以正常服役，這是該常減壓蒸餾裝置長周期安全運行的基本保障。

4 結束語

南充煉油化工總廠常減壓蒸餾裝置的常壓爐爐管在超高溫超高壓環境下，主要受到脫鹽原油殘留的硫、氫等元素作用，造成輻射管段外壁氧化和內外壁的均勻腐蝕。 日常監測常壓爐爐管介質中硫、氫元素的含量并加以控制，從源頭上防止高溫高壓環境下硫、氫元素形成的濕硫化氫對爐管的應力腐蝕。

常規的手段不能有效檢測設備受環境腐蝕的部位， 漏檢最終會導致局部窄深型腐蝕的擴展和全面腐蝕。 根據常減壓蒸餾裝置常壓爐爐管的工藝特點和損傷模式， 選擇高效的且有針對性的檢驗檢測手段——低頻超聲導波檢測+常規超聲波測厚復驗， 以提高檢出率和降低漏檢率。