[摘要]新疆换热机组之列管换热器涡流检测信号分析。换热器是化工、石油企业中应用很广泛的单元设备之一，它在石油、化工建厂总投资中约占20%，在一般企业化工设备总重量中约占40%．
之列管换热器涡流检测信号分析。换热器是化工、石油企业中应用很广泛的单元设备之一，它在石油、化工建厂总投资中约占20%，在一般企业化工设备总重量中约占40%．换热器主要由筒体、管板、管束、封头等零部件组成，分为壳程和管程两部分．管束部分由很多管子组成，运行中受到内部和外部介质双重腐蚀，管壁有些部位变薄或泄漏;另外，管束部分与管板大多数情况下采用胀接与焊接相结合，极易造成管板表面或近表面出现裂纹，使设备的使用寿命缩短或发生故障停运，造成重大经济损失．
列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。
1、检测器材的制备
1）传感器的制作
涡流传感器的性能指标很多，在用于传热管的缺陷或壁厚检测时，需满足的主要性能有检测灵敏度足够高，能有效地消除管板和支撑板等的干扰及对缺陷信息反映的线性范围大等．为此，可根据实际被检测管子的内外径、壁厚及材料要求来选择线圈的尺寸和参数．
涡流传感器的结构形式可根据检测要求设计，用于双频涡流检测的传感器线圈骨架由内、外两层叠合而成，外骨架上车有两个尺寸完全一样的线圈槽，用来绕制差动检测线圈．内骨架上预先焊有三个接线柱，可把绕制好的线圈引出线和输出电缆线连接在一起．输出电缆线从内骨架的内通孔中引出．
制作时，先按设计好的图样制作线圈骨架(材料通常采用耐辐射和耐高温的尼龙棒)，其车制工艺要求严格、认真，两个槽的尺寸(深和宽)尽可能一致，而且要求槽壁光滑，不能有毛刺．绕线要均匀、平稳，绕制好的线圈的电阻、电感及性能等必须测量，两线圈的数值应基本相等．最后将绕好的线圈的引出线和输出电缆线在内骨架的接线柱上，并用胶(如环氧树脂)封装．涡流检测制作的传感器结构图，如图1所示，试件规格:Φ25 mm×1．5 mm材质为钢管，检测线圈匝数取为30 mm，线直径取为0．12 mm．
2）对比试样制作
用于制备对比试样的钢管与被探伤钢管的公称尺寸相同，化学成分、表面状况及热处理状态相似，即有相似的电磁特性．钢管的弯曲度≤1．51000，表面无氧化皮，无影响校准的缺陷．按JB4730标准，对比试样的人工缺陷为穿过管壁并垂直于钢管表面的孔，人工缺陷为五个，其中三个处于对比试样中间部分，沿圆周分布，大体上互为120°，彼此之间的周向距离≥200 mm，其作用是调定检测灵敏度和传动系统的对中状态．另外距离两端≤200 mm处各加工一个相同的人工缺陷，以检验端部效应，如图2所示:涡流检测灵敏度是指在试件上发现规定大小缺陷的能力．涡流检测灵敏度一般在系统灵敏度范围内调节．用主频为80 kHz和副频为40 kHz在样管上试验，对人工缺陷检测到的信号，如图3所示．管端效应信号，如图4所示．有非常明显的信号幅值及相位变化．
2、实际工件的检测
换热器列管在运行过程中，受液体、气体介质的作用，容易在支撑板、弯管、胀管区等产生磨损、腐蚀等缺陷．同时在振动和腐蚀的交互作用下，各种缺陷会不断扩展和加深，当交变应力超过材料残余部分的强度极限时会形成破坏性的裂纹．但对实际工件的检测时，发现管材是在挤压及后续的多道拉伸和清洗工艺中，主要会出现外表面划伤(犁沟)、硬质点压痕、内表面由于失稳产生的褶皱、由于清洗不净而残留的颗粒状金属及裂纹等．
1）内壁缺陷与外壁缺陷
相等体积的缺陷，内壁缺陷的阻抗图幅度较外壁缺陷的小．可借助非铁磁性薄壁管的阻抗曲线图来分析．如果外径da不变，这些曲线可以用来表示薄壁管电导率、内径和壁厚的变化．内壁缺陷的作用相当于增大管子内径和减少ω而da不变，故η不变．又因为内壁缺陷的存在导致缺陷处导电率变小，根据频率比公式f/fg=fσdiω/5066，虽然di变大令f/fg变大，但由于σ和ω都变小而且ω的变化速度大于di变化速度．综合以上因素，f/fg要变小，阻抗要沿η=1的半圆上移．不妨设无缺陷时阻抗为OA段，遇上内壁缺陷时变大到OB，比原来增加了AB段．外壁缺陷作用相当于减少管子da和σ，从而减少η，而di未变，故减少ω．根据频率比公式f/fg=fσdiω/5066，得出f/fg要变小，所以外壁缺陷对阻抗的影响是双重的，一方面，使da减少，使阻抗因f/fg减少，沿原来的阻抗曲线上移，由原来OA变为OB，另一方面，使阻抗因η减少而由原来半径较大的曲线跳到半径较小的曲线，即由OB变为OC．
综上所述，如果管子存在两处相同体积的内、外壁缺陷，则外壁缺陷的阻抗图幅度要比内壁的大．
3、结论如下
(1)采用双频涡流检测技术，由于涡流的趋肤效应，当检测频率较低时，可探测到一定深度，当检测频率较高时，其检测深度减小，但表面检测能力提高．因此可采用高频检测表面缺陷，而用低频检测有一定深度的内壁缺陷的双频涡流检测技术，以提高检测能力．
(2)列管的管板和支撑板部位，虽可采用混频技术抑制干扰，但对服役时间较长的设备，管板或支撑板受到冲刷腐蚀、磨损等影响而产生变形，造成信号不规则，使管板或支撑板残留混频信号叠加在缺陷信号上，从而影响了缺陷信号的判别．
(3)校准人工伤的形状和尺寸对涡流检测结果的影响也是很大的．涡流探伤是一种相对的探伤方法，是以校准人工伤作为对比物，人工伤的形状和尺寸不符合标准要求，那么探伤结果的可信度就会降低．
(4)钢管的涡流探伤只能对检测结果进行定性的分析，不能根据缺陷信号的幅度分析出缺陷的深度和形状．
(5)随着传感器温度的升高，信号幅值是逐渐降低的．
(6)随着传感器提离距离的增加，涡流检测的阻抗信号幅值是逐渐降低的．
(7)趋肤效应使涡流信号的渗透深度受到很大限制，尤其对于铁磁性管道，因此检测时应充分考虑到它的影响．
(8)在其它条件一定时，随着裂纹深度的增加，涡流检测信号的幅值是逐渐降低的，阻抗显示平面图的相位角是逐渐增加的．
(9)采用放置式探头探测换热器钢管的最佳检测速度为3m/s左右，此时的阻抗信号幅值变化最大．
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