（中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心，河南 洛阳 471003）
摘 要： 炼化装置设备和管道的在役腐蚀检测是现场隐患排查工作的重点和难点，对保证炼化装置的长周期安全稳定运行意义重大。脉冲涡流检测技术作为一种非接触式无损检测方法，具有操作简单、检测速度快、缺陷检出率高等优点，且在不拆除保温的前提下，实现炼化设备的腐蚀检测及缺陷的快速定位。本文采用脉冲涡流检测技术对国内某炼化企业常减压、焦化、加氢、硫磺等装置设备和管道开展隐患排查工作，结果表明：严重减薄（最大相对减薄量≥40%）占比约0.7%，中等减薄（20%≤最大相对减薄量＜40%）占比约14.9%；腐蚀缺陷体积越大，脉冲涡流检测准确度越高；不带保温结构的设备或管道检测准确率高。但是，脉冲涡流检测结果受保温结构（包括变形、捆丝、搭接）、接管、伴热管、焊缝等多种因素的影响，针对检测的严重腐蚀缺陷应结合超声波壁厚检测进行验证。
关键词：脉冲涡流检测；腐蚀减薄；保温层；定点测厚；隐患排查
前 言
石油化工装置中带保温设备管道的在役检测，一直以来是现场隐患排查中的重点和难点。目前常见的检测手段包括超声、磁粉、射线及目视检查等，在实施检测前要拆除并及时恢复保温结构，造成人力物力的浪费，极大制约了检测效率。此外，因拆装保温过程破坏保温结构的完整性，也增加了发生保温层下腐蚀的风险。脉冲涡流检测作为一种非接触式无损检测方法，具有操作简单、检测速度快、安全、缺陷检出率高等特点[1]。可在不拆除保温的前提下，实现管线或设备的腐蚀检测及缺陷的快速定位。与其他检测方法相比，具有无辐射、无需耦合、可检测深层缺陷、频谱丰富等突出优势[1-8]。
为提高企业腐蚀检测与防护技术水平，完善防腐蚀技术管理手段，有效查找炼化装置存在的高风险腐蚀隐患，针对国内某企业多套炼化装置开展脉冲涡流扫查工作，检测管道和设备共计804处，总面积860m2，其中最大相对减薄量超过40%的6处，经拆除保温、超声波测厚验证后，腐蚀减薄量均在10%以上，最高的达26.9%。通过脉冲涡流扫查技术初选、超声波测厚验证的综合检测措施，有针对性的开展现场检查检测工作，及时掌握其运行状态，对工艺防腐、设备与管道选材、腐蚀速率等进行监控，提出防腐蚀与腐蚀监检测建议措施，有效查找腐蚀隐患，实现对风险部位的预知性维修，降低腐蚀风险。
1 脉冲涡流检测原理及方法
激励线圈中电流衰减变化，产生变化的直流脉冲磁场，并穿过一定厚度的金属保护层及保温层到达被测试件，激发金属物体表面产生涡流，由外向内扩散并不断衰减。涡流扩散过程中产生与激励磁场方向相反的逆磁场，利用接收线圈便可实现对涡流磁场在金属壁中衰减的监控[9]。如图1所示，金属物体感生的涡流随着时间不断衰减，形成衰减曲线，纵坐标为信号幅值，横坐标表示时间。脉冲涡流检测采用周期性的方波或阶跃激励，相较于正弦式激励而言，包含更丰富的频率成分，可实现表面、深层缺陷的检测定位[10]。在现场实际检测时，激励线圈尺寸、激励脉冲频率、占空比及电压等参数选择对脉冲涡流检测系统的灵敏度有重要影响。实际检测过程中需要根据被检测对象的复杂性和具体要求，综合选择参数以达到最佳效果[11]。由于被测物体的温度、形状、磁场磁性的不同，故应在被测实体物上无缺陷部位进行标定，并以该部位厚度为100%，以百分比形式表示其余部位的平均厚度[12]。
图1 脉冲涡流腐蚀检测信号示意图
采用北京德朗公司DPEC-17型脉冲涡流检测仪进行扫查工作。针对管道直管段和弯头部位的扫查方法如下：1）直管扫查：轴向沿12点、3点、6点和9点钟方向依次检测，每隔1m做1次环向扫查；2）弯头扫查：按顺时针方向，依次进行外弯、侧面1、内弯和侧面2的扫查，弯头部位至少做1次环向扫查，如图2所示。
图2 管道检测点示意图
2 检测结果概述
针对国内某企业常减压、焦化、加氢、硫磺等多套炼化装置开展脉冲涡流扫查工作，检测管道和设备共计804处，总面积860m2，其中带保温结构的有580处，占比约72.1%，不带保温结构的有224处，占比约27.9%。总体检测结果统计如图3所示，其中最大相对减薄量≥40%（严重减薄）的6处，占比约0.7%；20%≤最大相对减薄量＜40%（中等减薄）的120处，占比约14.9%；最大相对减薄量＜20%（轻微减薄）的678处，占比约84.3%。
图3 脉冲涡流扫查结果统计
脉冲涡流扫查过程中最大相对减薄量超过40%的统计明细如表1所示，针对这些部位拆除了保温结构，并采用超声波测厚仪进行测厚验证，结果显示，各管道均有不同程度的减薄，但是实际的减薄量与脉冲涡流的扫查结果并非完全一致。
表1 脉冲涡流扫查中最大相对减薄量超过40%的统计明细
3 数据分析与讨论
3.1 带保温结构的脉冲涡流检测案例
硫磺装置P5602A出口管道材质为20#，介质为富胺液，操作温度为70℃，压力0.6MPa，管径为DN200，公称壁厚8mm。P5602A出口第2弯头外观形貌及单线示意图如图4所示。
图4 P5602A出口管道第2弯头外观和单线示意图
采用脉冲涡流检测仪对该管段进行扫查，结果如图5所示，可以看出，P5602A出口管道第2弯头壁厚整体均匀，但局部最大相对减薄量为31.9%，拆除保温结构后进行超声波测厚验证，结果如下图5，最薄处为6.23mm，较正常部位壁厚（8mm）减薄约22.2%，超声波测得减薄部位与脉冲涡流扫查出的减薄位置一致，但脉冲涡流测得的相对减薄量更大。
图5 P5602A出口管道第2弯头脉冲涡流扫查及超声验证结果
3.2 涡流检测影响因素分析
脉冲涡流检测在快速排查服役管线/设备腐蚀隐患方面具有突出优势，但炼化装置现场实际情况非常复杂，存在诸多可能影响脉冲涡流检测结果有效性的因素。如图6所示，选取6处典型裸管部位进行脉冲涡流及超声波检测结果对照，不同部位结果各异，两种方法所测减薄率差值在2.5%~8.87%范围内波动，说明虽然脉冲涡流在裸管检测上具有很高的准确度，但要注意识别规避特殊结构及电磁环境等的影响，并配合使用电磁超声等检测手段。如图7所示，两种检测方法差值随着实际减薄率增加呈现总体下降的趋势，随着实际减薄率由4.2%增加至23%，检测差值由6.41%降至2.5%。表明脉冲涡流检测在检测较大腐蚀缺陷时的准确度更高。
如图8所示，选取6处脉冲涡流检测减薄率大于40%的保温部位，拆除保温后，用电磁超声验证壁厚，并对照两种检测方法的差值。检测结果表明脉冲涡流可快速筛查出有包覆层管道/设备的腐蚀缺陷，极大节约了人力物力。其检测差值在13.9%~34.6%范围内波动，在添加保温层带来的各种干扰因素作用下，脉冲涡流的检测准确度有所下降。如图9所示，两种检测方法差值随着实际减薄率增加同样呈现总体下降的趋势（随着实际减薄率由12.8%增加至26.8%，检测差值由27.8%降至13.9%），表明脉冲涡流在检测带保温设备管道中较大腐蚀缺陷时的准确度更高。
图6 典型无保温部位脉冲涡流与超声检测结果对照
图7 （无保温）两种方法检测差值随实际减薄率变化
图8 典型保温部位脉冲涡流与超声检测结果对照
图9 （带保温）两种方法检测差值随实际减薄率变化
炼化装置现场的干扰因素主要分为五大类：（1）因保温层下坠造成提离效应；（2）因保温层金属保护皮宽缝搭接、材质混用、捆扎铁丝、虾米腰螺钉、伴热管等铁磁性构件对一次磁场造成的干扰及减弱；（3）因焊缝等部位导致局部磁导率、电导率等物理参数变化；（4）变径段造成的干扰；（5）现场的电磁环境干扰，如旁边运行的风机等。现场发现的干扰因素，详见图10。
图10 炼化装置脉冲涡流检测干扰因素示例
各脉冲涡流干扰因素的作用机理如下：
（1）老装置中管线或设备服役时间较长，保温层在重力作用或人为踩踏下，普遍发生下坠变形。在水平管道下端、竖直管道上端均易形成空腔，造成探头与被测管道之间的实际距离发生变化。此外，试样表面的不规则性以及操作过程中的操作运动变化都会引起提离距离变化[13]。 提离距离的增加会改变激励线圈与被检试样之间的互感系数，同时导致金属表面涡流密度减小、涡流分布分散，对缺陷信号的初始阶段造成干扰，掩盖真实信息并降低缺陷定点检测的灵敏度。故在检测条件和现场环境允许的情况下，应尽可能的减小提离距离，以免造成误判[14]。
（2）涡流在被测物体中的衰减时间与被测物体的电导率、磁导率、壁厚等条件呈现一定函数关系，金属在焊接后其电导率、磁导率等物理参数发生变化，对脉冲涡流检测形成干扰。而焊缝在保温层下，在检测时难以提前甄别。
（3）在生产加工过程，奥氏体钢因偏析、热处理、冷轧、冷作硬化等形成铁素体与晶体点阵畸变，导致其电导率变化并具有铁磁性，对脉冲涡流检测造成干扰。
（4）金属保护层材质影响：炼化企业带包覆层的承压设备管线中，保护层的常用材料主要分为铝和镀锌钢（白铁皮）两种，铝的电导率很高，而镀锌钢为铁磁材料。铝保护层电导率较高，对一次磁场有反射作用使得透过保护层的一次磁场减小，会一定程度的降低差分信号的峰值；而镀锌钢磁导率高，相当于一个电磁屏蔽层，可以将电磁场限定在其内部，对激励线圈产生的瞬态电磁场进行屏蔽保护，使到达试件的一次磁场大大减小，导致差分信号峰值显著减小[9]。
（5）当探头靠近支管、管托或支架等部位时，这些磁性物件会影响测量结果的可靠性，可采用轴向与环向检测结果的对比进行识别[9]。
（6）方法本身的检测缺陷：如图11所示，该测量方法给出的是检测线圈作用区域的平均壁厚值，而非某一点的厚度值，因此不适于局部腐蚀(尤其是点蚀或坑蚀)的测量[9]。
（7）脉冲涡流信号在采集、传输等过程中难免会混入噪声对信号造成污染，造成瞬态电压信号零值点波动，信号峰值失真[14]。
（8）金属粗糙度以及表面存在微小堆积物可造成峰值扫描曲线抖动，造成扫描曲线两极值点时间间隔出错，影响缺陷长度定量检测的准确度[14]。
图11 局部腐蚀脉冲涡流检测结果示意图
4 结论与展望
（1）用脉冲涡流检测技术对国内某炼化企业常减压、焦化、加氢、硫磺等装置设备和管道开展隐患排查工作，结果表明：严重减薄（最大相对减薄量≥40%）占比约0.7%，中等减薄（20%≤最大相对减薄量＜40%）占比约14.9%。
（2）对于相对减薄量≥40%的部位（减薄程度严重）拆除保温结构并采用超声波测厚仪或电磁超声测厚仪进行验证，并制定补强或更换措施，跟踪完成情况。对于腐蚀减薄量在20%~40%的部位（减薄程度中等）纳入重点检测部位台账中动态管理，对异常减薄情况进行原因分析，提出改进措施并推动实施。而相对减薄量＜20%的区域腐蚀程度轻微暂不采取措施。
（3）脉冲涡流扫查技术对于不带保温结构的碳钢/合金钢设备或管道的检测结果，其检测结果与超声波测厚结果基本一致。而对于带保温结构的管道，脉冲涡流扫查结果受保温结构（包括变形、捆丝、搭接）、接管、伴热管、焊缝等多种因素的影响，应在后续的脉冲涡流扫查工作中予以关注。现场数据表明，腐蚀缺陷体积越大，脉冲涡流检测准确度越高。建议采用涡流扫查技术初筛、超声波测厚验证的综合检测措施用于炼化装置的腐蚀隐患排查，可极大提升腐蚀隐患检出效率。
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作者简介：樊志帅（1992-），男，2019年毕业于海南大学，硕士，现就职于中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心，工程师，主要从事石化设备防腐蚀研究工作。
