基于磁致伸缩的常压炉炉管腐蚀导波检测分析

高 超 刘紫铖 范希磊

（1.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司；2.中石油管道有限责任公司西部甘肃输油气分公司）

常减压蒸馏作为炼油厂对原油处理的第1道工序，通过对原油进行脱盐、脱水和常（减）压蒸馏，分层次将原油中的杂质组分和不同沸点的产品分离出来。 常减压蒸馏装置作为原油处理的首道工序装备，会受到原油中各种组分（包括杂质）的影响，尤其是在超高温和超高压工况下运行的常压炉炉管，管段较长、排列密集且受热面积较大， 因而难免会导致不同程度的损伤或失效，虽然常规的检验检测方式能够发现存在的缺陷，但效率低且漏检率高［1］。 为此，笔者采用一种高效的检验检测方式对常压炉炉管腐蚀进行分析，并提出相应的预防措施。

1 基于磁致伸缩的低频超声导波技术

铁磁性材料由于外加磁场的变化，其物理长度和体积都要发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩效应；激发导波时，微观粒子——磁畴在外加磁场的作用下按照一定方向运动，产生的弹性机械波被耦合到管道上进行传播，当遇到能引起横截面变化的缺陷时将有一部分波被反射回来，回传到探头位置附近时会引发探头铁钴带磁场的变化，并被探头记录，检测人员对变化信号加以分析就可得到所测管道的状态［2］。

图1 所示的是导波与常规超声波检测原理的对比。 应用导波技术的关键是正确选择导波模式和频率，并控制其传播方向，就可保证导波从传感器位置沿着装置传播瞬间完成长距离管道100%检测［3］。

图1 导波与常规超声波检测原理对比

2 常压炉炉管概况

南充炼油化工总厂常减压蒸馏装置的常压炉炉管基本参数如下：

规格 φ152mm×8mm

材料 20g

工作介质 脱盐原油

加热方式 辐射式

操作温度 350℃

操作压力 3.6MPa

炉管的外表面受到高温加热，而炉管的内表面受到原油中无法脱除的硫、 氢等元素作用，逐渐形成外壁氧化和内外壁的均匀腐蚀。 对此，一般采用常规的技术手段进行检验， 包括宏观检查、内窥镜检测、超声波测厚和金相分析。 这种常规的手段能达到局部抽查的目的，判断炉管上产生的均匀腐蚀或者锈蚀程度基本一致的连续腐蚀较为准确和全面。 但是，如果炉管发生局部窄深腐蚀或者严重程度大小不一的腐蚀，且炉膛内炉管绕线距离很长，为了能在较短的时间内做出较为准确的判断，就必须采用基于磁致伸缩的低频超声导波技术， 并配合常规技术复验的方式，对整个炉膛内所有炉管的腐蚀情况进行全面检测。

3 检验检测分析

3.1 宏观检查

针对常减压装置的常压炉炉管，由于经过脱盐脱水和初馏处理的原油，在进入炉管之前还会残余元素硫、硫化氢及硫醇等活性硫化物和一定量的环烷酸等杂质，而且炉管外壁长期处于较高的环境温度中，容易受到各种各样的无机和有机的化学作用、内外温差的物理作用和介质湍流对构件部件的扰动破坏作用，所以首先在其宏观上常常表现出一些可以通过观察来初步确定其状态的特征。 因此，根据由外及内原则，采用目视检查和内窥镜检测的方法进行初步分析。

经过目视检查炉管外壁发现，多根炉管外壁存在不同程度的腐蚀，以其中腐蚀较为严重的第24 根炉管为例，其宏观形貌图如图2 所示。同样，对该炉管内壁内窥镜检测的宏观形貌如图3 所示。

图2 炉管外壁目视检查宏观形貌

图3 炉管内壁内窥镜检测宏观形貌

根据目视外壁检查和内窥镜内壁检测的结果，炉管外壁和内壁都存在腐蚀，但腐蚀程度的大小和分布具有不确定性。针对常压炉炉膛内48根炉管，逐根在各个部位进行检验，不仅检测效率低，而且也不能保证无漏检。

3.2 低频超声导波检测

采用低频超声导波技术可对常压炉炉膛内所有的48 根炉管进行全面检测。 根据炉管管径和周长剪切相应长度的铁钴带，接口空开3cm 间距进行磁化， 磁化后与管道通过耦合剂紧密接触， 铁钴带上贴合有带状线圈用于连接适配器，适配器（中心频率为128kHz）和探头的布置如图4 所示，连接数据线和电缆线，打开仪器进行信号的采集和保存。

图4 低频超声导波检测时适配器和探头布置现场

低频超声导波检测发现，常压炉炉管整体大面积腐蚀减薄最为严重的共有10 根， 分别为第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，常压炉炉管局部大面积腐蚀减薄和局部孤立腐蚀坑点 （管束整体占横截面积3%以上腐蚀缺陷和管束整体未占横截面积2%以下腐蚀缺陷） 的共有30 根。 因篇幅所限，笔者仅就第24 根炉管腐蚀状况进行分析。

对第24 根炉管进行适配器和探头的布置，选用128kHz 频率的超声波作为该炉管的检测频率， 检测信号经采集分析后形成相应的数据，如图5、6 所示。

参考点探头距离下部负方向弯头焊缝1.16m，由图5 所示的波形变化可以看出，管束整体噪音水平增高， 存在大面积腐蚀减薄缺陷，使导波传播衰减得比较严重，导致正方向无管端反射回波信号。

图5 第24 根炉管低频超声导波检测信号曲线

图6 第24 根炉管低频超声导波检测数据

3.3 常规超声波测厚复验

采用常规超声波厚度测定进行复验，分析第24 根炉管的腐蚀减薄是否属于管壁金属结构层的锈蚀减薄，以排除炉管内壁可能存在的积垢或者其他影响因素造成的干扰。 经现场复验第24根炉管壁最薄处2mm（原始壁厚为8mm），验证了该炉管确实存在严重通体腐蚀。

按同样的方法对炉膛内其他受腐蚀的炉管进行复验，确定为腐蚀严重的管线逐一进行更换后，常压炉得以正常服役，这是该常减压蒸馏装置长周期安全运行的基本保障。

4 结束语

南充炼油化工总厂常减压蒸馏装置的常压炉炉管在超高温超高压环境下，主要受到脱盐原油残留的硫、氢等元素作用，造成辐射管段外壁氧化和内外壁的均匀腐蚀。 日常监测常压炉炉管介质中硫、氢元素的含量并加以控制，从源头上防止高温高压环境下硫、氢元素形成的湿硫化氢对炉管的应力腐蚀。

常规的手段不能有效检测设备受环境腐蚀的部位， 漏检最终会导致局部窄深型腐蚀的扩展和全面腐蚀。 根据常减压蒸馏装置常压炉炉管的工艺特点和损伤模式， 选择高效的且有针对性的检验检测手段——低频超声导波检测+常规超声波测厚复验， 以提高检出率和降低漏检率。