Техническое диагностирование трубных пучков

Техническое диагностирование трубных пучков

Применение вихретоковых дефектоскопов для диагностирования теплообменных труб

Методы диагностирования труб теплообменников:

1. Гидроиспытание
2. Пневмоиспытание
3. Ультразвуковой контроль
4. Вихретоковый контроль

Методы диагностирования труб теплообменников

Методы 1, 2 это достаточно эффективные, дешевые и производительные, но не дают картины общего коррозионного поражения трубного пучка и исключают ресурсный прогноз. Для обследования методами 3, 4 трубных пучков теплообменников необходимо сканировать преобразователем каждую трубу на всю длину с записью сигнала и последующей его обработкой и анализом. Два этих метода нельзя рассматривать как конкурирующие, они, скорее, являются взаимодополняющими. Это объясняется тем, что у методов совершенно разные достоинства и недостатки, различные причины, ограничивающие область их применения.

Ультразвуковой метод позволяет производить измерение величины дефекта с меньшей погрешностью, чем вихретоковый, но это справедливо лишь при отсутствии на поверхности теплообменных труб настенных отложений и отсутствии сплошного изъязвления поверхности. Ультразвуковой метод значительно менее производителен, чем вихретоковый, требует применения контактных жидкостей. Поэтому ультразвуковой метод неразрушающего контроля в настоящее время практически не применяется для обследования теплообменных труб. Он нашел широкое применение для контроля сосудов, резервуаров, трубопроводов.

Вихретоковый метод контроля (ВТК), в общем случае, не критичен к настенным отложениям, однако при увеличении расстояния (зазора) между вихретоковым преобразователем и поверхностью контролируемой трубы уменьшается чувствительность к дефектам и достоверность контроля. Имея в своем распоряжении обученный и опытный персонал и соответствующую аппаратуру, можно добиться отличных результатов, используя вихретоковый метод.

Результаты контроля труб теплообменников и его стоимость напрямую зависят от используемых  преобразователей, которые являются «расходным материалом». 

• В ряде случаев требуется применение оригинальных, специально разработанных для решения конкретных задач вихретоковых преобразователей. Учитывая, что производственные мощности и разработчики находятся в России, стоимость работ по контролю и время реакции на нестандартные ситуации существенно снижаются.
• Стоимость самих преобразователей ниже зарубежных аналогов.

Используемый нашим предприятием в настоящее время дефектоскоп «Политест 5М» относится
к седьмому поколению вихретоковых дефектоскопов. Он позволяет проводить вихретоковое обследование дистанционно: его электронный блок и микрокомпьютер могут находиться на расстоянии до 200 метров от объекта контроля. Дефектоскопист в обследуемом теплообменнике осуществляет ручное или автоматизированное сканирование контролируемой трубы и связан с оператором-сборщиком посредством проводного или беспроводного переговорного устройства. Такое расположение дефектоскопа относительно объекта контроля позволяет обойти проблемы, связанные с размещением измерительного оборудования и обследованием взрыво и пожароопасных объектов.

Дефектоскоп позволяет выполнять контроль труб из нержавеющих и ферромагнитных сталей, цветных металлов и сплавов. Выявляются дефекты металла различных типов, местоположения и ориентации:

• коррозионные и усталостные трещины,
• язвы,
• питтинги,
• технологические закаты,
• локальные и протяженные утонения стенок, в том числе под дистанционирующими перегородками, в зоне вальцовки труб (для труб из неферромагнитных сталей и сплавов).

Выявляются дефекты, развивающиеся как с внутренней, так и наружной поверхности трубы. Максимальная контролируемая толщина стенок труб составляет:

• для нержавеющих сталей − 20÷25 мм,
• для ферромагнитных сталей − 4÷10 мм.

Дефектоскоп позволяет выявлять и оценивать глубину и тип дефекта, начиная с величины 5÷10% от толщины стенки трубы для утонений и с 20÷30% для локальных дефектов типа трещина и язва на трубах из нержавеющих сталей, а также с 10÷20% и с 30÷40% соответственно на трубах из ферромагнитных сталей.

  

По результатам вихретокового обследования выдается заключение, которое помимо текстовой части и таблиц, содержащих перечень, типы и глубинывыявленных дефектов, содержит картограмму расположения дефектных труб. На картограмме обозначается степень дефектности каждой трубы теплообменника.

Главными причинами, уменьшающими достоверность вихретокового контроля, являются:

• отсутствие при обследовании необходимых образцов с эталонными имитаторами дефектов;
• отличие эталонных имитаторов дефектов по геометрическим или электромагнитным свойствам от труб обследуемого теплообменника;
• несоответствие типа дефектов эталонного образца типам реальных дефектов теплообменника. В таких случаях возникает необходимость контрольной вырезки дефектного участка (если это возможно)
• и корректировки оценок глубин дефектов по результатам замеров реального дефекта.

Основной задачей, решаемой при проведении ВТК,
является выделение сигнала от несплошности металла из суперпозиции сигналов от различных мешающих факторов.

Основными мешающими факторами являются:

• колебание ВТ преобразователя при проходе по трубе;
• геометрическая неоднородность трубы по длине и в сечении (колебание формы, диаметра и толщины стенки трубы, изгибы трубы, участки с ролл-стоп, вмятины);
• наличие конструкционных элементов, примыкающих к трубе (трубные доски, дистанционирующие решетки, разделительные пластины и т.п.);
• электропроводящие и ферромагнитные отложения на внутренней и наружной поверхности трубы);
• ферромагнитные аномалии металла неферромагнитных труб (дэльта-феррит по телу зерна, сдвиговый мартенситный слой на поверхности труб, наклеп, изменение структуры при сильном перегреве труб);
• неоднородность магнитной проницаемости труб по длине и в сечении для ферромагнитных труб. 

При проведении ВТК возможно применение нескольких методов подавления или ослабления влияния мешающих факторов.

Методы, реализуемые возможностями дефектоскопа и ПО:

• многочастотный метод отстройки ;

• метод полосовой фильтрации сигнала;

• использование нейросетевых методов анализа сигнала.

Методы, реализуемые конструкцией ВТ преобразователя:

• использование специальных центраторов;
• использование эффекта пространственной фильтрации;
• использование подмагничивания сильным постоянным полем (ВТП с подмагничиванием или с магнитным насыщением);
• уменьшение апертуры ВТ преобразователя и его вращение в трубе (вращающийся ВТП);
• электронная коммутация большого количества малоразмерных датчиков с малой апертурой (многоэлементные ВТП, изготовленные по матричной технологии).

Дефектоскопия труб из ферромагнитных сталей – это гораздо более сложная задача вследствие того, что:

•  глубина проникновения поля вихревых токов очень низкая;
• высокая неоднородность ферромагнитных свойств по длине труб и в сечении;
• величина магнитной проницаемости и ее неоднородность не нормируется при производстве труб.

Вследствие этого использование классических подходов и ВТП типа ECT позволяет выявлять лишь дефекты металла, расположенные со стороны ВТП, а оценку их глубины проводить только по амплитудному критерию, так как фазы всех сигналов одинаковые.
Метод дальнего поля (RFT) позволяет выявлять дефекты и оценивать их величину по всей толщине стенки трубы. Метод позволяет добиться хорошей выявляемости и приемлемой погрешности для  дефектов типа обширное утонение стенки трубы. Выявляемость же питтинговой коррозии сильно зависит от магнитной проницаемости металла трубы и ее диаметра.