換熱器管束漏磁檢測中分辨折流板影響信號

摘要：本文詳細介紹了一種新研制的換熱器管漏磁檢測系統的結構及其特點，為了驗證換熱管束折流板對該系統信號的影響程度，作者通過制作三組不同厚度的模擬折流板，對ф25及ф38兩種規格的換熱管進行的試驗，試驗表明，換熱管折流板能被該檢測系統檢出。

關鍵詞：換熱器管束;折流板;漏磁信號

1 前言

鐵磁性換熱管是石油化工行業生產中最為常用的換熱設備部件，常用的換熱器管束、余熱鍋爐管子等是換熱設備的核心部件，其安全狀態對生產和經營具有關鍵影響，其一旦泄漏，輕則會出現混料，影響生產的正常進行，嚴重的則會引發火災事故，后果極其嚴重。目前隨著國內高硫油煉量的增加，煉油設備腐蝕加劇，換熱管的腐蝕也不例外，換熱管腐蝕到一定程度，即會影響換熱設備使用，需要對其進行修理和更換，如果腐蝕缺陷不能及時發現，換熱管就會帶著隱患運行，影響裝置安全穩定長周期運行。在檢驗過程中并沒有將換熱管作為主要檢驗項目，而只是作為腐蝕調查的檢查項目，檢查手段多采用宏觀檢驗、內窺鏡檢查、渦流檢測、漏磁檢測、旋轉超聲檢測。

本文利用研制的在役換熱管漏磁內檢測傳感器進行試驗，研究換熱器折流板對漏磁檢測的影響情況，以便對實際檢測過程中的信號分析及缺陷判別提供幫助。制作了三組不同厚度的模擬折流板，通過在ф25及ф38兩種規格的換熱管上進行試驗，確定了折流板對漏磁信號的影響程度。

2 漏磁檢測系統

漏磁檢測的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導率特性之上，在有缺陷處磁力線發生彎曲變形，并且有一部分磁力線漏出缺陷表面，通過檢測鋼管表面逸出的漏磁通即可判斷是否存在缺陷。

本文所涉及的換熱管漏磁檢測系統，主要由換熱管漏磁內檢測傳感器、探頭定位系統、信號調理電路、數據采集系統及分析軟件組成，其中換熱管漏磁內檢測傳感器是磁場激發及信號采集的主要部分，本文僅對該部分進行介紹。

在大直徑鐵磁性管道的在線漏磁檢測中，為達到較好的磁化效果，常使用沿周向陣列磁鐵的方法來獲得所需的勵磁源。然而對于換熱器管來說，由于空間過于狹小，無法容納足夠體積的永磁鐵來達到理想的磁化效果，因此這種周向陣列磁鐵的方法就無法應用。為了改善漏磁傳感器的磁化能力，采取的磁路設計如圖1所示。其中勵磁回路和磁敏檢測元件是該系統的主體部分[1]。

3 試驗部分

3.1 試驗用換熱管試樣

在材質為20#鋼的Ф25mm×2.5mm及Ф38mm×3.0mm換熱管上加工缺陷，每根管上加工4個通孔缺陷，缺陷大小如表3.1所示。

3.2 試驗用模擬折流板

模擬折流板加工設計的四個大小不同的孔是針對四種不同管徑的換熱器管束而設計，孔徑大小及板厚依據《GB151-1999 管殼式換熱器》相關規定選取。分別加工厚度為5mm、10mm、15mm三塊不同厚度的模擬折流板以備試驗使用。模擬折流板與換熱管在試驗過程中的組裝如圖2所示。

3.3 試驗方案的設計

本次試驗設計三個步驟進行：①三塊壁厚不同的模擬折流板（5mm、10mm、15mm）分開放置在換熱管無缺陷部位進行檢測，以確定本文所采用的漏磁檢測系統是否能夠檢測出折流板引起的漏磁信號。②5mm與10mm模擬折流板合并檢測與15mm折流板檢測信號進行對比，以判斷在相同厚度下兩塊合并的折流板與一塊折流板的信號差別。③三塊模擬折流板合并放置在ф5通孔上進行檢測，與原ф5通孔采集的漏磁信號進行比對，用以分析折流板下缺陷信號與非折流板處信號的差異。

以上試驗過程中檢測軟件的參數設置均相同，檢測靈敏度為3000，信號步長為50。Ф25mm換熱管采用Ф25探頭進行檢測，Ф38mm換熱管采用Ф38探頭進行檢測。每次檢測均做推拉兩次檢測，并分別記錄采集的信號。

4 試驗結果及分析

4.1三個折流板與通孔分別檢測信號對比分析

在ф25換熱管上發現：三個折流板均能被檢出，且折流板信號與通孔信號在相位上相反，折流板信號高低與其厚度成正比，15mm厚折流板信號與ф3孔信號相當。

在ф38換熱管上發現：三折流板均能被檢出，且折流板信號與通孔信號在相位上相反，在推送檢測中折流板信號高低與其厚度成一定正比，15mm折流板信號與ф5孔相當，5mm折流板信號小于ф3孔信號;在拉回檢測中，折流板信號與通孔信號相位相同，三折流板信號與其自身厚度不成比例，10mm折流板信號比15mm折流板信號要大，10mm折流板信號大于ф6通孔信號，15mm折流板信號小于ф5通孔信號，而5mm折流板信號仍然小于ф3通孔信號。

4.2 5mm與10mm折流板合并檢測與15mm折流板檢測信號對比分析

5mm與10mm折流板合并檢測與15mm折流板檢測信號進行對比，在ф25換熱管上發現：15mm折流板信號能夠檢出，與通孔信號的相位相反，其信號比ф3通孔信號小，而5+10mm折流板卻不能夠檢出;ф38換熱管上：15mm折流板與5+10mm折流板均能夠檢出，其信號與通孔信號的相位正好相反，15mm折流板信號比5+10mm折流板信號大，這兩個折流板信號均大于ф5通孔信號，而小于ф6通孔信號。

4.3三塊模擬折流板合并放置在ф5通孔上檢測信號對比分析

在ф25換熱管上：與原ф5通孔信號比對，信號反向有延伸，且較長，正向基本無變化，但是信號相位呈180°反轉;在ф38換熱管上（圖4.6）：與原ф5通孔信號對比變化較小，信號相位呈180°反轉。

5 結論

通過試驗，得出以下結論：

（1 ） 本換熱管漏磁檢測系統能夠檢測出折流板產生的漏磁信號，且不同厚度的折流板其漏磁信號大小也不同，折流板越厚，其漏磁信號幅值越高。

（2 ） 折流板信號大小與通孔信號的幅值高低受換熱管管徑大小影響。在ф25換熱管上，15mm厚折流板信號與ф3通孔信號相當，且相位與通孔信號相反;在ф38換熱管上，15mm厚折流板信號與ф5通孔信號在推送檢測時相當，而在拉回檢測時卻小于通孔信號，且兩次相位變化不同。

（3）折流板在通孔缺陷上時，顯示的信號與原通孔信號相位相反，但信號幅值與原缺陷信號相比無較大變化。

（4）本換熱管漏磁檢測系統在信號上仍存在不穩定性，如5mm與10mm折流板合并在ф25換熱管上檢測，并未測出，后期仍需對該檢測系統做優化設計。

參考文獻：

[1] 武新軍，李濤，李春樹等，在役換熱器管漏磁內檢測傳感器設計[J].湖北工業大學學報，2008，23（1 ）：5-9

作者簡介：

李濤，男，漢族，天津人，1968年7月-，1990年畢業于西北工業大學熱能工程專業，高級工程師，碩士，現主要從事石化特種設備管理、檢驗檢測、科研開發工作。