换热器管束漏磁检测中分辨折流板影响信号

摘要：本文详细介绍了一种新研制的换热器管漏磁检测系统的结构及其特点，为了验证换热管束折流板对该系统信号的影响程度，作者通过制作三组不同厚度的模拟折流板，对ф25及ф38两种规格的换热管进行的试验，试验表明，换热管折流板能被该检测系统检出。

关键词：换热器管束;折流板;漏磁信号

1 前言

铁磁性换热管是石油化工行业生产中最为常用的换热设备部件，常用的换热器管束、余热锅炉管子等是换热设备的核心部件，其安全状态对生产和经营具有关键影响，其一旦泄漏，轻则会出现混料，影响生产的正常进行，严重的则会引发火灾事故，后果极其严重。目前随着国内高硫油炼量的增加，炼油设备腐蚀加剧，换热管的腐蚀也不例外，换热管腐蚀到一定程度，即会影响换热设备使用，需要对其进行修理和更换，如果腐蚀缺陷不能及时发现，换热管就会带着隐患运行，影响装置安全稳定长周期运行。在检验过程中并没有将换热管作为主要检验项目，而只是作为腐蚀调查的检查项目，检查手段多采用宏观检验、内窥镜检查、涡流检测、漏磁检测、旋转超声检测。

本文利用研制的在役换热管漏磁内检测传感器进行试验，研究换热器折流板对漏磁检测的影响情况，以便对实际检测过程中的信号分析及缺陷判别提供帮助。制作了三组不同厚度的模拟折流板，通过在ф25及ф38两种规格的换热管上进行试验，确定了折流板对漏磁信号的影响程度。

2 漏磁检测系统

漏磁检测的基本原理是建立在铁磁材料的高磁导率特性之上，在有缺陷处磁力线发生弯曲变形，并且有一部分磁力线漏出缺陷表面，通过检测钢管表面逸出的漏磁通即可判断是否存在缺陷。

本文所涉及的换热管漏磁检测系统，主要由换热管漏磁内检测传感器、探头定位系统、信号调理电路、数据采集系统及分析软件组成，其中换热管漏磁内检测传感器是磁场激发及信号采集的主要部分，本文仅对该部分进行介绍。

在大直径铁磁性管道的在线漏磁检测中，为达到较好的磁化效果，常使用沿周向阵列磁铁的方法来获得所需的励磁源。然而对于换热器管来说，由于空间过于狭小，无法容纳足够体积的永磁铁来达到理想的磁化效果，因此这种周向阵列磁铁的方法就无法应用。为了改善漏磁传感器的磁化能力，采取的磁路设计如图1所示。其中励磁回路和磁敏检测元件是该系统的主体部分[1]。

3 试验部分

3.1 试验用换热管试样

在材质为20#钢的Ф25mm×2.5mm及Ф38mm×3.0mm换热管上加工缺陷，每根管上加工4个通孔缺陷，缺陷大小如表3.1所示。

3.2 试验用模拟折流板

模拟折流板加工设计的四个大小不同的孔是针对四种不同管径的换热器管束而设计，孔径大小及板厚依据《GB151-1999 管壳式换热器》相关规定选取。分别加工厚度为5mm、10mm、15mm三块不同厚度的模拟折流板以备试验使用。模拟折流板与换热管在试验过程中的组装如图2所示。

3.3 试验方案的设计

本次试验设计三个步骤进行：①三块壁厚不同的模拟折流板（5mm、10mm、15mm）分开放置在换热管无缺陷部位进行检测，以确定本文所采用的漏磁检测系统是否能够检测出折流板引起的漏磁信号。②5mm与10mm模拟折流板合并检测与15mm折流板检测信号进行对比，以判断在相同厚度下两块合并的折流板与一块折流板的信号差别。③三块模拟折流板合并放置在ф5通孔上进行检测，与原ф5通孔采集的漏磁信号进行比对，用以分析折流板下缺陷信号与非折流板处信号的差异。

以上试验过程中检测软件的参数设置均相同，检测灵敏度为3000，信号步长为50。Ф25mm换热管采用Ф25探头进行检测，Ф38mm换热管采用Ф38探头进行检测。每次检测均做推拉两次检测，并分别记录采集的信号。

4 试验结果及分析

4.1三个折流板与通孔分别检测信号对比分析

在ф25换热管上发现：三个折流板均能被检出，且折流板信号与通孔信号在相位上相反，折流板信号高低与其厚度成正比，15mm厚折流板信号与ф3孔信号相当。

在ф38换热管上发现：三折流板均能被检出，且折流板信号与通孔信号在相位上相反，在推送检测中折流板信号高低与其厚度成一定正比，15mm折流板信号与ф5孔相当，5mm折流板信号小于ф3孔信号;在拉回检测中，折流板信号与通孔信号相位相同，三折流板信号与其自身厚度不成比例，10mm折流板信号比15mm折流板信号要大，10mm折流板信号大于ф6通孔信号，15mm折流板信号小于ф5通孔信号，而5mm折流板信号仍然小于ф3通孔信号。

4.2 5mm与10mm折流板合并检测与15mm折流板检测信号对比分析

5mm与10mm折流板合并检测与15mm折流板检测信号进行对比，在ф25换热管上发现：15mm折流板信号能够检出，与通孔信号的相位相反，其信号比ф3通孔信号小，而5+10mm折流板却不能够检出;ф38换热管上：15mm折流板与5+10mm折流板均能够检出，其信号与通孔信号的相位正好相反，15mm折流板信号比5+10mm折流板信号大，这两个折流板信号均大于ф5通孔信号，而小于ф6通孔信号。

4.3三块模拟折流板合并放置在ф5通孔上检测信号对比分析

在ф25换热管上：与原ф5通孔信号比对，信号反向有延伸，且较长，正向基本无变化，但是信号相位呈180°反转;在ф38换热管上（图4.6）：与原ф5通孔信号对比变化较小，信号相位呈180°反转。

5 结论

通过试验，得出以下结论：

（1 ） 本换热管漏磁检测系统能够检测出折流板产生的漏磁信号，且不同厚度的折流板其漏磁信号大小也不同，折流板越厚，其漏磁信号幅值越高。

（2 ） 折流板信号大小与通孔信号的幅值高低受换热管管径大小影响。在ф25换热管上，15mm厚折流板信号与ф3通孔信号相当，且相位与通孔信号相反;在ф38换热管上，15mm厚折流板信号与ф5通孔信号在推送检测时相当，而在拉回檢测时却小于通孔信号，且两次相位变化不同。

（3）折流板在通孔缺陷上时，显示的信号与原通孔信号相位相反，但信号幅值与原缺陷信号相比无较大变化。

（4）本换热管漏磁检测系统在信号上仍存在不稳定性，如5mm与10mm折流板合并在ф25换热管上检测，并未测出，后期仍需对该检测系统做优化设计。

参考文献：

[1] 武新军，李涛，李春树等，在役换热器管漏磁内检测传感器设计[J].湖北工业大学学报，2008，23（1 ）：5-9

作者简介：

李涛，男，汉族，天津人，1968年7月-，1990年毕业于西北工业大学热能工程专业，高级工程师，硕士，现主要从事石化特种设备管理、检验检测、科研开发工作。