FGI-3D技術在煉化裝置小接管檢測中的應用

摘 要 小接管是壓力容器、壓力管道制造安裝及長周期安全運行中的薄弱環節，而小接管焊縫無損檢測技術具有一定的局限性，故提出將FGI?3D技術應用于小接管焊縫表面裂紋缺陷檢測。經驗證該技術可以在不去除焊縫表面涂層、污垢、銹蝕的情況下，對小接管表面裂紋進行準確檢測。

關鍵詞 小接管 FGI?3D技術 表面/近表面裂紋缺陷 無損檢測 電磁感應原理

中圖分類號 TQ055.8+1" "文獻標識碼 B" "文章編號 0254?6094（2023）01?0119?06

小接管是煉化裝置中壓力容器、壓力管道上常見的結構形式之一。2019年由中國石油煉化企業腐蝕與防護工作中心起草編制的《煉化裝置小接管管理導則》中規定：在設備本體或管道上直接開孔，采用焊接方式連接的DN50 mm及以下的半管接頭、支管座、支管的結構，統稱為小接管。例如與容器本體或管道連接的安全附件、儀表（熱電偶、壓力表、液位計和流量計）、排液導淋、蒸汽掃線、排氣閥及跨線等，一般在第一道閥門以內的管道統稱為小接管。

小接管具有徑小、壁薄、結構變化大、幾何形狀不連續等特點，所以在制造和使用過程中較縱、環向對接焊縫更易產生未焊透、裂紋等缺陷。但是在我國目前的法律、標準體系中，如《國家特種設備目錄》、TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》、GB 150.1—2011《壓力容器 第1部分：通用要求》、TSG D0001—2009《壓力管道安全技術監察規程——工業管道》及GB/T 20801.1—2020《壓力管道規范 工業管道 第1部分：總則》等，均未對小接管提出設計、管理、監督要求。因此，小接管成為壓力容器、壓力管道制造安裝及長周期安全運行中的薄弱環節，極易發生腐蝕、開裂、泄漏等問題。

筆者闡述了現階段小接管焊縫無損檢測的局限性，介紹了一種能夠檢測小接管焊縫表面、近表面裂紋的技術手段——FGI?3D技術，為小接管焊縫表面裂紋缺陷的檢測提出新思路。

1 小接管焊縫無損檢測技術的局限性

目前，小接管焊縫的無損檢測方法開展起來存在較多難點，具有局限性，具體見表1。由表1可以看到，目前還沒有較為完整可靠的小接管焊縫檢測方法。因此，如何有效通過無損檢測發現小接管的潛在隱患，保證容器、管道本體的安全運行，成為當前亟待解決的問題。

2 FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術

FGI?3D技術集裂紋檢測、安全評估與評價于一體，檢測過程中可以瞬時檢測成像，反映裂紋的方向、深度和長度信息。FGI?3D是集電磁陣列（EMA）、增強型交流場測量（ACFM+）、典型渦流相位阻抗（ECT）及C掃描等技術于一體的非接觸式場梯度成像技術，可用于各種復雜結構或焊縫的表面、近表面缺陷（裂紋、腐蝕坑）檢測，無需去除工件表面涂層或防腐層，可500 ℃在線不停機測量，單次掃描即可完成裂紋長度和深度的精確測量。

FGI?3D技術基于電磁感應原理（圖1），在導體表面建立梯度場（電場和磁場），通過測量導體表面、近表面缺陷（裂紋、腐蝕坑）的尖角和輪廓對梯度場的擾動，來精確測量缺陷的三維尺寸信息。能量聚焦于工件表面，有效減輕或去除了材料電導率和磁導率不均勻對檢測結果的影響，極大地提高了檢測靈敏度。

3 小接管角焊縫檢測試驗

為了驗證FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術在小接管角焊縫檢測工程中應用的可行性，筆者進行檢測試驗。

試驗首先制作典型的小接管對比試樣。如圖2所示，小接管直徑48 mm，壁厚5 mm，表面有兩處不同方向（周向、軸向）的表面裂紋。

3.1 FGI?3D技術與滲透檢測技術對比試驗

利用FGI?3D技術掃查裝置沿著小接管快速旋轉一周，匯總檢測數據，并與滲透檢測進行對比驗證，結果列于表2。

由表2可以看出，FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術能夠有效檢測出小接管角焊縫的表面裂紋。雖然對于缺陷的定性顯示沒有傳統的磁粉、滲透方法直觀，但是該技術提供的缺陷定性數據更加精準。

FGI?3D技術根據裂紋導致磁感應強度信號產生一個波峰和波谷，通過測量它們之間的時間差來表征裂紋的長度信息;電流流過裂紋底端時會產生最小的磁感應強度，通過測量最小磁感應強度與正常情況下的磁感應強度的差值來表征裂紋的深度信息。FGI?3D技術獲得的測量精度是人眼觀察、手工測量無法達到的。

3.2 涂層檢測對比試驗

為了驗證FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術對于無法除去涂層、漆層、銹蝕的小接管角焊縫的檢測能力，將上述對比試樣刷涂3～5 mm的防銹漆，再次對兩個缺陷進行檢測，匯總數據見表3。

由表3可以看出，漆層的存在對于FGI?3D技術的檢測結果影響不大。這是因為該技術兼容了多種電磁技術，提離距離最高可達到5～12 mm，在小接管專用工裝的加持下，進一步穩定了檢測探頭的掃查過程，有利于在線檢測。

4 應用案例

某煉化企業加氫裂化裝置循環氫氣壓縮機廠房中的1#壓縮機組一級進氣緩沖罐發生氫氣泄漏。根據現場固定式可燃氣體監測儀的監測數據初步判定泄漏部位為該罐南側測壓接管，立即采取了緊急停機處理。在對緩沖罐南側測壓接管根部角焊縫進行打磨去除表面覆蓋層后，露出金屬本體光澤，然后進行滲透檢測，發現一條長度超過3/4周的裂紋，開裂發生在角焊縫熱影響區，而在附近緩沖罐殼體和角焊縫上未檢出任何外表面裂紋類缺陷，如圖3所示。

通過分析泄漏原因和機理，最終確定該接管是因為懸臂梁的結構特征，造成根部應力最大，接管在壓縮氣體的脈動作用下處于受迫振動狀態，承受疲勞載荷，最終產生疲勞裂紋。為了防止再次發生類似情況，使用單位擬對其他類似情況的緩沖罐小接管在不停機狀態下，進行有針對性的無損檢測。該類緩沖罐小接管的公稱直徑為25 mm，壁厚為4 mm，筆者擬采用FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術來完成本次檢測任務。

本次檢測采用Lizard M8多通道檢測系統，使用標準筆式陣列探頭LCP801，如圖4所示。由于使用單位要求不停工檢測，現場無法對檢測部位進行打磨，為了確保探頭的提離距離，本次檢測配備獨特專業的接管工裝，如圖5所示。

通過對兩套壓縮機組的8臺緩沖罐共28條小接管進行檢測，發現可疑缺陷1處，檢測圖譜如圖6所示，通過分析3D模式圖和C掃描彩色輪廓圖，并采用精確測量模式，確定該缺陷深度2.8 mm，長度21.8 mm。為了進一步確認該小接管的情況，使用單位對該緩沖罐緊急停工，打磨去除小接管表面的漆層、浮銹，肉眼可見在焊縫熔合線附近存在裂紋缺陷。利用X射線數字成像技術對裂紋長度進行測量，發現該裂紋沿周向向內壁擴展，裂紋長度23 mm;沿軸向解剖裂紋，進行金相宏觀觀察，該裂紋最深處深度達3.1 mm，如圖7所示。

本案例的成功應用證明了FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術可以在不去除焊縫表面涂層、污垢、銹蝕的情況下，即在設備運行期間，對小接管表面裂紋進行在線檢測，可保證煉化設備的長周期安全運行。

5 結束語

FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術是一種新興的綜合電磁陣列成像掃描技術，兼容了多種電磁技術（EMA、ECT、ACFM+、FGI），可檢測碳鋼、合金鋼、奧氏體不銹鋼、鑄鐵、銅、鈦及鋁等導電材料;無需去除工件表面涂層或防腐層，無需耦合劑，節省了打磨涂層的成本和時間;單次掃描即可完成裂紋長度和深度的精確測量，可為設備的安全評估提供可靠依據。

目前，為小接管檢測設計制作的直流磁化裝置即將研發成功。屆時，FGI?3D焊縫表面裂紋場梯度成像檢測技術可以完成對煉化裝置小接管表面、近表面、埋藏缺陷的全面檢測，將成為保障煉化裝置長周期安全運行的一個重要手段。

參 考 文 獻

[1] 胡健，張子健，沈建民，等.基于陣列渦流和全聚焦相控陣技術的承壓設備應力腐蝕開裂檢測[J].無損檢測，2021，43（5）：12-15.

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[3] 楊晶，張文澤，王波，等.熱電廠薄壁小徑管的相控陣超聲檢測[J].無損檢測，2021，43（1）：12-14;38.

（收稿日期：2022-03-01，修回日期：2023-01-16）

作者簡介：張文澤（1964-），工程師，從事承壓設備無損檢測工作，yjy_zwz@petrochina.com.cn。

引用本文：張文澤，祝加軒，解志剛，等.FGI?3D技術在煉化裝置小接管檢測中的應用[J].化工機械，2023，50（1）：119-124.