磁致伸缩超声导波检测在石化设备中的应用

姜海超 陈灵燕

摘要：近年来，石化行业为了更好的检测设备腐蚀状况，采用了一种新型的检测技术，即磁致伸缩超声导波检测。在与传统检测技术对比时发现，该技术的应用可以提高检测的整体效率。基于此，本文在进行研究过程中，通过探究该种技术的应用原理，提出应用该技术的优势，并探究具体的应用案例，以供参考。

关键词：磁致伸缩超声导波检测；石化；应用

DOI：10.12433/zgkjtz.20231931

在石油化工领域中经常使用重要的特种设备，但这些设备会受到环境、介质等因素的影响，内部会被腐蚀，导致失去原有的效用。因此，如果物料在生产阶段出现泄漏，会引发较严重的安全事故，有必要进行腐蚀检测，提高设备的安全性。磁致伸缩超声导波检测技术属于一种新型技术，在石化设备中的应用越来越广，可以检测设备中几十米甚至是上百米范围内的腐蚀状况，也能在高温环境下连续检测。

一、磁致伸缩超声导波检测原理

磁致伸缩超声导波进行检测后，会形成机械弹性波，实现介质在有限边界的传播。传播方向受媒介传播波的形状限制。如果磁致伸缩超声导波检测到容器内的腐蚀，可以将脉冲方波信号加到磁致伸缩超声导波探头上。当探头接近金属工件表面时，产生交变磁场。在这种情况下，可以利用磁致伸缩效应刺激超声导波。导波沿着金属容器移动，如果发现容器焊缝、腐蚀缺陷等，会有一些波反射到接收线圈上，在经过该仪器的处理后，获得容器上的金属缺损部位信号。磁致伸缩超声导波检测具有传输距离远、检测速度快、信号能量集中等优势，适合容器中腐蚀检测，以此实现快速筛查。

利用磁致伸缩超声导波检测技术检测容器中的壁板时，可以全面覆盖壁板，如图1所示。针对腐蚀程度进行检测的方式是：通过计算腐蚀面积整个容器截面积中的占比情况进行显示。

二、石化设备中磁致伸缩超声导波检测技术应用的优势

通过对比常规的无损检测技术，磁致伸缩超声导波检测技术在石化设备中的检测有着明显优势，例如，管道、容器等。

利用磁致伸缩超声导波检测技术时，如果在工业中检测管道，超声导波仅要将管道固定到某一处即可，此时在激发出信号后，检测十几米甚至几十米范围内管道腐蚀状况，检测效率要优于其他常规方式。

为了检测石化设备，有时会采取传统无损检测技术。该技术在引用过程中，检测设备中存在的腐蚀情况、停车、排料、打磨状态，再开展局部作业，如果具有对工期、拆卸保温搭架等节约成本的需求，利用常规监测方式会消耗更多的时间和精力。

石化设备中，通过利用磁致伸缩超声导波检测技术，实现在不停车的情况下完成检测作业，对腐蚀部位的检测不仅高效便捷，且更受欢迎。在近年来的发展过程中，磁致伸缩超声导波检测技术已成为一种重要方式。

三、腐蚀缺陷对超声导波信号的影响

当前，工业管道、埋地输油管线等设备经常出现腐蚀缺陷，包括大面积腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀、化学腐蚀等。

（一）大面积腐蚀

如果设备中出现腐蚀缺陷，必定导致设备本体出现腐蚀较薄的状况。随着腐蚀程度越来越严重，石化设备管道越来越薄，利用磁致伸缩超声导波检测技术时，回波数据变化幅度会较小。

（二）局部腐蚀

如果在石化设备出现局部腐蚀的情况下进行检测，超声导波检测一般具有较好的优势。检测局部腐蚀缺陷的灵敏度时，缺陷截面积由总截面积的大小和仪器的灵敏度确定。在检测过程中，常用仪器的灵敏度会根据业主的实际需求设定，一般为2%或3%，只有当缺陷面积达到截面积的2%或3%时，才能检测到。

相关学者在研究中发现，如果局部腐蚀情况存在不同，在检测信号、能力方面也存在较大差异。如果设备出现孔蚀，腐蚀程度又窄又深，表明信号幅值明显较大。因此，可以采用导波检测技术。

（三）应力腐蚀和化学腐蚀

对于应力腐蚀中产生的缺陷，一般都是裂纹导致，此时金属缺损位置上的面积较小，应用磁致伸缩超声导波检测技术时的灵敏度较低，通过导波检测的方式进行检测，有效性会稍显不足。对于由于化学原料产生的腐蚀现象，可以采取局部腐蚀的方式，尤其是利用导波检测技术。

四、磁致伸缩超声导波检测在石化设备中的应用案例

（一）某油田埋地管道超声导波检测

针对某石化厂中的输油管道实行磁致伸缩超声导波检测技术，管道中的规格是Φ273.1×7.14mm，介质是原油，在该管道中使用的材质是20#钢，管线长达3km，此时如果使用普通超声检测，很难全面检查管道内部。因此，采取磁致伸缩超声导波检测技术，实现对管道中的全面检测。经过检测显示，靠近厂外管道的弯头部位有三处出现腐蚀信号，金属截面部位的损失率超过2%，经过磁致伸缩超声导波检测发现，显示异常的壁厚达3.2mm、3.5mm、3.1mm，腐蚀深度超过管道壁厚的50%。

（二）某石化厂常减压塔顶管道超声导波检测

针对某石化厂中常减压塔顶管道，采取磁致伸缩超声导波检测技术。其中，管道的规格是Φ168×8.85mm，介质是油气，管道采用20#钢材质，管线中的长达1km，为了进一步探寻管道弯头处以及塔侧面直管段腐蚀的情况，利用磁致伸缩超声导波检测技术有效检测管道中发生腐蚀的情况。在检测阶段可知，靠近出口管道的弯头部位有一处存在缺陷的信号，异常部位的厚度5.6mm，存在局部厚度剪薄的情况。

（三）某石化厂热电联产锅炉内管道的检测

选取某石化厂中内热电联产自备电站锅炉的水冷壁管道，为了检测出管道中的腐蚀程度，采用磁致伸缩超声导波检测技术寻找其中的异常。经过管道检测，管道规格是Φ60×7.02mm，它的介质是水，管道中使用的材质是SA106B。通过了解锅炉的运行状况可知，锅炉运行中出现过爆管情况，所以，在进行抽查阶段选取水冷壁管道。经过检测得出：水冷壁管道中有一段出现管壁较其他位置更薄的现象，这是由于这一部位已出现渗水。

（四）立式储罐灌顶板超声导波检测

某化工企业存在一台钢制的1500m3的原油储罐，对于该油罐的灌顶实行在役不停机检测，在容器罐顶板材质上使用的是Q235，壁的厚度是8mm，罐顶板的外部涂有油漆层，罐中装载的介质是原油。灌顶板运行时的温度为常温。密切结合罐顶板的实际情况，从中选取超声导波采集点。测点位置应选在便于安装的位置，确保两边的传播距离足够大。将顶板漆层简单研磨后，从中切割合适长度的铁钴带，并在常温下使用专用偶联剂，确保铁钴带与罐壁板粘结紧密。利用磁体对铁钴带进行磁化，将采集探头与仪器主机连接。调试工作完成后采集相应数据。检测显示，罐顶板超声导波特点信号显示并没有出现明显的金属缺损现象，借助于常规性的检测顶板厚度方式抽样复检，经过扫描显示，该区域中的外壁厚度达8～8.4mm，灌顶板的厚度适宜。

（五）芳烃储罐壁板超声导波检测

对某化工厂区中的一台烃储罐壁板超声导波检测在线腐蚀情况，这一设备在2003年投入。该设备使用的材质是16MnR、壁厚18mm、腐蚀达3mm，围绕着容器壁板的外侧有专门涂抹防腐层，如果不停机，机器本身温度会达到70℃，从中选择一个好的超声采集点，保证检测距离更远。在选择本次检测点的位置时，主要选择储罐筒体中间部位，设定筒体上侧部位位于正方向，在下侧部位处于负方向。穿过容器壁的超声导波信号表明，在容器桶下部距离探头约1.2m处有一个缺陷信号，经过磁致伸缩超声导波检测，超声导波扫描区域存在缺陷，整个壁厚最薄处为15.75mm，表示壁板有相对薄弱的地方。

（六）换热器壁板超声导波检测

通过检测某石化厂中的钢制换热压力容器，在检测过程中采取在役不开罐的检测方式，本台换热器在2004年投入使用，该容器使用的材质是16MnR、壁厚度16mm，围绕容器壁板的外侧有专门涂抹防腐层，在线温度达到120℃。根据容器壁板周围的实际状况，从中选择较好的超声导波采集点。为确保上下两侧位置可以达到一定的传播距离，检测点位置应始终保持在壳体通道的中间位置。探头和仪器主机调试完成后开始采集相关数据。经过检测后，换热器壁板超声导波特征信号中并没有显示存在严重金属缺陷的波形，随后利用电磁超声技术对金属的厚度抽样复测，经扫描后显示，管道壁厚16～16.8mm，表明换热器整体壁厚情况良好。

（七）原料油管道的检测

该管道是螺旋焊缝，管道材料316L，规格Φ273×

8mm，表面温度达到200℃左右，其中有两条是伴热管线，包覆着保温层，传输时的介质是原料油，具有一定的腐蚀性。借助于磁致伸缩超声导波检测技术检测显示，三个螺旋焊缝波形波幅较高且孤立，焊缝之间的距离相等，对于同距离而言，不断衰减。通过对管道中设置的3%、2%、1%灵敏度检测发现：出现了管道结构的特点回波意外，并没有其他正常的回波；在管道正方向13.3m处有一些缺陷；管道中存在较多缺陷。为了进一步验证该结果的准确性，检查检测缺陷部位的保温层去除情况，在距离探头13.3m的地方存在腐蚀缺陷，且防锈漆局部丢失，还存在较小的孤立腐蚀坑；对于管道的其他部位而言，整体外观较完整，可以确定尚未出现腐蚀缺陷的情况。对此，磁致伸缩超声导波检测技术针对该管道灵敏度应设置为2%。

五、磁致伸缩超声导波检测在石化设备中应用效果

结合当前磁致伸缩超声导波检测技术的实际应用情况以及人们对该技术的实验研究可知，管道中还存在不足，可以确定具体长度、方向与位置，但未能确定管道中存在缺陷的实际性质。另外，该技术在实际检测灵敏度方面较高，在检测各行各业的管道时，都具有较高的检测精度。未来在研究该项技术时，有必要从磁致伸缩超声导波检测管道缺陷性质方面出发，探究不同技术之间的结合点，合力解决管道检测过程中存在的难题，为各行业中的压力管道检测提供有力支撑。

六、结语

综上所述，磁致伸缩超声导波检测具有无须打磨、停车倒料的特点，整个石化设备显示100%本体在线检测，可以降低由于拆卸保温、停车停产带来的损失，提高检测阶段的效率。该技术操作简单，容易携带，在很大程度上能实现一次性扫清长距离，直接了解石化设备中的腐蚀状况。需要注意的是，磁致伸缩超声导波检测技术只对腐蚀检测起到辅助作用，在具体检测阶段发现，难以定量检测设备本体上的厚度，只能根据设备中的腐蚀情况利用波幅的方式显示，对于实际缺陷情况而言，还要搭配使用其他常规性的检测方式。与此同时，磁致伸缩超声导波检测可以检测设备本体的腐蚀情况，如果由于盈利腐蚀出现面积较小的缺陷，说明不具备良好的灵敏度。所以，该技术还存在一些缺陷，有待改进。

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作者简介：姜海超（1985），女，山东省威海市人，本科，工程师，主要研究方向为石化；陈灵燕（1990），女，浙江省衢州市人，本科，工程师，主要研究方向为石化。