在役铁磁性材料换热器管的远场涡流检测.pdf
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1、在役铁磁性材料换热器管 的远场涡流检测 黄 勇 (扬子石化工程公司质量安全处,南京 210048) 摘 要 远场涡流技术结合计算机技术和有限元分析方法,解决了在役铁磁性材料换热器管 检验的问题。有助于准确评估换热管的使用寿命,以便及时采取措施,保证装置的安全运行。 主题词 涡流检验 在役检验 换热器管 EXAM INATI ON OF INSERVICE FERROMAGNETIC HEAT-EXCHANGER TUBING BY REMOTE FIELD EDDY CURRENT TECHNIQUE Huang Yong (Q uality 且由于管中局部 磁导率不均匀而产生干扰,常规涡流技
2、术无法满足 检测要求。所以长期存在在役铁磁性材料换热器管 没有合适手段来检测的问题。 我公司根据在役换热器检验工作的需要,引进 了一台F204型远场涡流仪,该仪器结合计算机技 术和有限元分析方法,特别适合检测铁磁性材料的 管道。配有小直径、 多通道和柔性等多种类型探头, 能够检测小径管和U型弯头等多种复杂类型的管 道。该方法具有检测速度快、 灵敏度高、 精确度高和 抗干扰能力强等优点,用于在役炉管和换热器管的 检测,优点尤为突出,可及时发现受损伤管道,确定 缺陷深度和范围,根据检验结果进行腐蚀速率计算, 准确评估换热器管的使用寿命,从而及时采取措施, 保证装置经济安全地运行。 1 远场涡流技术
3、的原理 1, 2 远场涡流是一种特殊的涡流现象。最简单的远 场涡流探头由两个线圈组成,一个为激励线圈,一个 为检测线圈,两线圈间隔一定距离。 当给激励线圈通 以交流电时,激励线圈在其周围产生交变磁场,该交 变磁场穿过管壁,沿管子轴向传播,然后再次穿过管 壁被检测线圈接收。 每次穿过管壁,交变磁场都会产 生时间延迟和幅度衰减。 当探头移到壁厚减薄区域, 则交变磁场在线圈之间的传播时间减少,强度衰减 减少,表现为信号的相位(信号的延迟时间)和幅度 (信号的强度)减少,通过对相位和幅度的分析,就可 以确定材料减薄的深度和范围(图 1) 。 管壁内部存在三个区域(图2),即近场涡流区、 过渡区和远场涡
4、流区。近场涡流区在激励线圈的附 近,从激励线圈直接到达管壁内表面的磁场占优势, 但该磁场在传播过程中衰减很快。 过渡区中,近场和 远场信号强度相差不多,互相影响。 远场涡流区开始 于离激励线圈两到三倍管径处,此区域近场信号可 忽略不计,穿过管壁传播的远场信号占优势,信号强 451 第22卷第4期 2 0 0 0年4月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 4 April 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 图1 远场涡流检
5、测原理示意图 图2 远场区域及探头的线圈布置示意图 度和总的壁厚呈线性关系。远场涡流探头的接收线 圈就布置在这个区域。 2 远场涡流的特点 2 远场涡流使用的频率比常规涡流低;检测速度 快,为31cm?s或18m?m in;对填充系数的要求低, 最小可为75% ,允许检测部分阻塞和弯曲管道;检 测效率高,一个8h的轮班可检查200500根10m 长的管道;对内外表面缺陷有相同的检测灵敏度;无 填充系数和探头偏心的影响;能检查厚壁管,最大可 检测壁厚为25mm;灵敏度和精确度较高,大范围壁 厚缺损的检测精度为2%5% ,对于小体积的缺陷 (如局部凹坑 ), 检测灵敏度的高低取决于材质、 厚 度、
6、 磁导率、 频率和探头的拉出速度等因素。远场涡 流技术能够用于检测管板,折流板附近的管道和弯 管,管道仅需清理干净,允许探头通过就可以了,小 的划伤和磁性碎片不影响信号。但对于情况较复杂 的管道区域,检测精确度较低。 3 远场涡流和常规涡流技术的比较 2 (1)常规涡流采用靠近管壁的一个线圈或互相 直接磁耦合的几个线圈;远场涡流为避免直接磁耦 合而代之以测量穿过管壁后在管外沿管轴传播一段 距离再回到管内的磁场。 (2)远场涡流仪采用较低的频率(典型为50 500Hz)允许磁场穿过铁磁性材料管壁;常规涡流仪 频率较高(千赫范围 ), 铁磁性材料管道中磁场被限 制在管道的内表面,检测外部缺陷非常困
7、难。 (3)远场涡流测量的是接收线圈输出的相位和 幅度信号;常规涡流测量的是线圈的阻抗。 (4)远场涡流采用穿过式传导方式,测量穿过 管壁传播的磁场;常规涡流测量的是传播到管壁又 返回的回波。 (5)远场涡流主要用于检测铁磁性(如碳钢)管 道,也可用于检测非铁磁性(如铜或黄铜)管道。 由于 常规涡流是一项成熟的技术,所以一般选择常规涡 流检测非铁磁性管道。 (6)远场涡流的条形图上显示的是相位和幅度 的对数,它们都和大范围的金属缺损呈线性关系;常 规涡流仪显示的是信号的x和y分量,它们与壁厚 没有简单的关系。 4 数据分析和缺陷的判别 在远场涡流仪上,腐蚀和其它缺陷都会造成信 号的相位和幅度发
8、生变化,根据集肤深度理论,相位 和幅度的对数与金属缺损的深度呈一定的线性关 系,在远场涡流仪的条形图上显示为相位和幅度曲 线向左偏移一定程度。通过对相位和幅度曲线的分 析,可以确定缺陷的类型并计算出金属缺损的深度 和范围。 对所有数据进行分析,首先确定缺陷的类型。 如 果缺陷是短的(即缺陷的长度仅覆盖了探头的一个 线圈 ), 则在相位和幅度曲线上产生一个单峰或双峰 信号;如果缺陷是长的(即缺陷较长,覆盖了探头的 两个线圈 ), 将在相位和幅度曲线上产生一个比探头 线圈间距长的信号;如果是全周向的壁厚减薄缺陷, 则信号的相位和幅度曲线向左偏移程度相同;如果 是单侧或偏心的缺陷,则信号的相位曲线的
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- 铁磁性 材料 换热器 涡流 检测
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