Вихретоковый метод контроля энергетического оборудования ООО СП «Общество технического надзора ДИЭКС» 49040, Украина, г. Днепропетровск, пер. Джинчарадзе, 8 Тел./факс

Краткая проблематика и содержание Использование теплообменных аппаратов является неотъемлемой частью практически любого технологического процесса. Широкое применение получили кожухотрубные теплообменные аппараты. Определение технического состояния металла труб в трубных пучках – очень важная задача. Выявление дефектов в каждой трубе – залог безотказной работы комплекса в целом. Основная проблема - определение состояния каждой трубы. Традиционные способы (гидравлические испытания) не дают полной информации. Периодическое обследование оборудования позволяет дать рекомендации для ремонта и прогнозирования срока службы. Мы предлагаем свои услуги по обследованию трубных пучков теплообменного оборудования с использованием вихретокового метода контроля. Высокочувствительное вихретоковое оборудование позволяет быстро и надежно обнаружить дефекты. Метод безопасен, надежен и приемлем для производств со строгими ограничениями и требованиями к соответствию техническим условиям.

Важность диагностики теплообменного оборудования Важность внутритрубной диагностики заключается в следующем: – Вовремя проведенная диагностика позволяет избежать аварий, экологического ущерба, штрафов – Диагностика дает основание для проведение ремонта – Применение вихретокового метода контроля для оценки технического состояния металла теплообменных труб позволяет сэкономить предприятию время и деньги – предприятие может не производить полную замену трубного пучка, а заменить только трубы с недопустимыми дефектами по результатам вихретокового контроля до выхода их из строя, не снижая при этом эффективность работы оборудования. После проведения ремонта по результатам контроля обеспечивается работа теплообменного оборудования с наиболее возможным коэффициентом полезного действия Периодичный контроль обеспечивает мониторинг развития выявленных дефектов, а следовательно и скорость износа теплообменного оборудования.

Способ решения проблемы Мы готовы предложить решение проблемы определения состояния труб в теплообменных аппаратах: котлы-утилизаторы кипятильники подогреватели холодильники теплообменники высокого и низкого давления конденсаторы высокого и низкого давления скрубберы Мы готовы предложить решение проблемы определения состояния труб в теплообменных аппаратах: котлы-утилизаторы кипятильники подогреватели холодильники теплообменники высокого и низкого давления конденсаторы высокого и низкого давления скрубберы

Решение и услуги Решение включает в себя: – Подготовка к проведению сбора данных (определение параметров контроля и подготовка труб) – Проведение сбора данных – Анализ данных – Оформление результатов контроля – Оценка качества выполненных работ Работы проводятся опытным персоналом с использованием надежного оборудования

Вихретоковый контроль ВТК – один из методов НК: –основан на наведении электрических токов в контролируемом материале –вихревые токи вызваны электромагнитными катушками –контролируются путем замера электрического сопротивления зонда ВТК – применяется для контроля качества материалов, на наличие в них несплошностей и неоднородностей: –в приповерхностном тонком слое для толстых образцов –по всей толщине стенки для изделий с толщиной стенки не более 7 мм ВТК – возможен только для контроля качества электропроводящих материалов

Вихретоковый контроль Направлениями промышленного применения вихретокового контроля являются: измерение и определение электрической проводимости; определение наличия несплошностей в материалах; - Контроль трубных пучков теплообменников (деградация материала в процессе эксплуатации) - Контроль в аэрокосмической области (контроль конструкций из-за больших механических нагрузок) - Измерение покрытия (в течении срока эксплуатации) измерение толщины покрытий

Вихретоковое оборудование: Принцип работы вихретокового оборудования: –Магнитное поле образуется при прохождении переменного тока через катушку –При приближении катушки к проводящему образцу возникают вихревые токи –Магнитное поле, образованное вихревыми токами, противодействует магнитному полю катушки, уменьшая величину суммарного поля и приводит к изменению импеданса катушки и падению напряжения –Противодействие первичного и вторичного магнитных полей служит основой получения информации Основные свойства вихревых токов Вихревые токи – замкнутые токовые контуры, индуцированные в проводящем материале переменным магнитным полем Траектория вихревых токов направлена параллельно обмотке катушки Вихревые токи протекают по пути наименьшего сопротивления С углублением в проводящий материал, амплитуда вихревых токов уменьшается По мере углубления вихревые токи сдвигаются по фазе относительно токов на поверхности Сила вихревых токов и магнитного потока ослабевает с глубиной С ростом глубины возникает запаздывание по фазе вихревых токов

Вихретоковое оборудование: контроль дефектов Прохождение зонда над поверхностными и глубинными дефектами. Наблюдается различие в амплитуде сигнала и угле сигнала от зазора и сигналов от раковин А и В. Данное различие обусловлено затуханием сигналов с глубиной и запаздыванием по фазе Раковина (В) катушка Поверхностная трещина зазор Раковина (А) Поверхностная трещина Раковина (В) Раковина (А) Увеличение зазора

Вихретоковое оборудование: контроль дефектов Поверхностные дефекты АБСОЛЮТНЫЙ ЗОНДДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЗОНД

Вихретоковое оборудование: контроль дефектов Приповерхностные дефекты АБСОЛЮТНЫЙ ЗОНДДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЗОНД

Вихретоковое оборудование: амплитуда сигнала от дефекта Показаны вихревые токи, наведенные плоским зондом в контролируемой пластине Дефект, прерывающий движение вихревых токов, вызывает изменение в полном сопротивлении катушки при ее перемещении над дефектом ПЛАСТИНА ВИХРЕВЫЕ ТОКИ ТРЕЩИНА ОТКЛОНЕНИЕ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ ГРАНИЦЫ КАТУШКИ

Вихретоковое оборудование: амплитуда сигнала от дефекта При попадании дефекта в область распространения токов, движение токов искривляется (огибая дефект) или полностью прерывается. Увеличение траектории движения токов приводит к росту сопротивления аналогично тому, как провод большей длины имеет большее сопротивление по сравнению с коротким Вихревые токи всегда движутся по пути наименьшего сопротивления. При большой глубине дефекта и малой длине, ток будет направлен в обход дефекта и, наоборот, при большой длине дефекта (по сравнению с диаметром катушки) и малой глубине, ток будет направлен под дефектом. ПЛОСКИЙ ЗОНД ОБМОТКА ПЛАСТИНА ОТКЛОНЕНИЕ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ В ПЛАСТИНЕ Длина дефекта и глубина залегания увеличивают сопротивление движению вихревых токов, что, в свою очередь, изменяет полное сопротивление катушки

Вихретоковое оборудование: амплитуда сигнала от дефекта Рассмотрим теперь разницу между поверхностными дефектами и дефектами, залегающими на глубине. При расположении плоского зонда над глубоким дефектом бесконечной длины, поверхностные токи должны пройти под дефектом для замыкания петли Данное утверждение не относится к дефектам, залегающим на глубине Вихревые токи концентрируются вблизи поверхности проводника и, поэтому, данный метод контроля более чувствителен к поверхностным дефектам, чем к внутренним РАССТОЯНИЕ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ПЛАСТИНЫ РАКОВИНА РАССТОЯНИЕ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ПЛАСТИНЫ ТРЕЩИНА

Вихретоковый контроль: дефекты Классификация дефектов труб теплообменных аппаратов: –дефекты изготовления; –дефекты сборки труб; –дефекты, возникающие в процессе эксплуатации труб

Вихретоковый контроль: дефекты Дефекты изготовления труб. При изготовлении трубок применяются технологические процессы влияющие на возникновение дефектов: -прокатка -прессование -протяжка -сварка -термообработка при различных температурах Отклонения размеров трубок. - эксцентричность трубок - отклонения диаметра (внутреннего или внешнего) - отклонения толщины трубки - циклические изменения внутреннего диаметра Возникают вследствие отступления от правил выполнения работ на волочильном стане

Вихретоковый контроль: дефекты Дефекты при термообработке Изменения химического состава -В процессе изготовления возможно появление посторонних включений или превышение предельно допустимого содержания данных элементов. -Также могут наблюдаться изменения в процентном содержании компонентов сплава Образование корки на поверхности труб Спаи - Возникают в результате подвешивания изделия во время прессования или волочения. - Представляют собой продольные трещины, заглубляющиеся во внутрь стенки под углом, иногда параллельно поверхности трубки Включения - Несплошности материала, содержащие газы или шлаки. Включения не выходят наружу и могут располагаться отдельными местами или концентрироваться внутри стенки трубы. Закаты - Возникают при протяжке.

Вихретоковый контроль: дефекты Царапины -Возникают при контакте с пресс-формами и сердечником при прессовании и протяжке. Задиры -Несплошности материала, выходящие на поверхность трубки. Плена -Поверхностные дефекты с различной степенью проникновения вглубь стенки трубки. Вмятины -Возникают при трении о чужеродные предметы и при недостаточно аккуратным обращением с трубками.

Вихретоковый контроль: дефекты Дефекты сборки труб. Повреждения в процессе установки и закрепления в трубной доске -Образуются в результате операций по завальцовке трубок -Представляют собой внутренние кольцевые царапины -Чрезмерные расширения трубок на участке закрепления и может увеличиться твердость материала или возникнуть внутренние напряжения. Дефекты возникающие в процессе эксплуатации Общая внутренняя коррозия -Образуется в результате агрессивного воздействия циркулирующей в трубке агрессивной жидкости. -Развитие такого типа дефекта имеет постепенный и постоянный характер. -Латунь наиболее чувствительна к появлению таких дефектов. -Медно-никелевые сплавы, нержавеющие стали обладают хорошей стойкостью к общей коррозии.

Вихретоковый контроль: дефекты Локальная внутренняя коррозия -Дефекты возникают на участках, где отсутствует достаточная аэрация циркулирующей воды. -Данный дефект образуется при отложении чужеродных материалов на металлических участках трубки вызывает различия в уровне концентрации кислорода метал трубки приобретает анодные свойства. Сквозные коррозионные поражения стенки трубы по внутренней поверхности (материал Ст. 15ХМ)

Вихретоковый контроль: дефекты Язвенная коррозия –Располагаются на отдельных участках трубки и имеют тенденцию к разрастанию с определенной скоростью. –Возникают на участках трубки с трещинами, где пассивирующая пленка разрушена и образовались отложения чужеродных материалов. Питтинговая язва глубиной до 50% от толщины стенки (материал 12Х18Н10Т)

Вихретоковый контроль: дефекты Растрескивание трубки -Коррозионное растрескивание возникает при одновременном воздействии напряжений и коррозионной среды. Общая внешняя коррозия -Данный тип коррозии аналогичен общей внутренней коррозии –Проявляется на внешней стороне трубок под воздействием агрессивных жидкостей, перемещающихся вдоль нее Износ труб -Возникает при взаимном трении поверхностей трубок -В результате трения об элементы конструкции аппарата или дистанционирующие решётки в условиях вибрации -Непрерывное окисление и трение вызывают повышенный износ металла, что, в результате, может привести к потере герметичности труб

Вихретоковый контроль: дефекты Внешние язвенная коррозия - В теплообменниках, в которых жидкость, содержащая коррозионные отложения, циркулирует вне трубок, существует возможность образования дефектов, аналогичных описанным выше. - Данные дефекты сходны по характеристике и морфологии внутренним язвенная коррозия, воздействуя в основном на те же сплавы и материалы Питтинговая коррозия на наружной поверхности труб глубиной до 30% от толщины стенки (материал Х18Н10Т)

Вихретоковый контроль: технология Параметры, влияющие на чувствительность к дефектам. Данный метод имеет как преимущества, так и ограничения. несмотря на хорошую чувствительность к приповерхностным дефектам, чувствительность к дефектам залегающим на большой глубине очень мала; приемлемой является глубина залегания дефекта до 7 мм; Два обстоятельства обуславливают наличие данного ограничения: - существование затухания вихревых токов с глубиной. - степень затухания определяется свойствами; контролируемого материала и частотой контроля. ослабление магнитного потока и, как следствие, плотности вихревых токов с глубиной вследствие малого диаметра большинства из используемых зондов; глубину проникновения можно увеличить за счет увеличения диаметра зонда, но тогда понижается чувствительность к дефектам малого размера; влияния диаметра зонда на качество контроля и определяет то, что данный метод контроля применяют только при работе с образцами толщиной менее 5 мм.

Вихретоковый контроль: технология Применение высокочувствительного вихретокового оборудования помогает быстро и надежно обнаружить дефекты оборудования. Относительно высокие частоты используются для определения поверхностных дефектов, а низкие - когда требуется более глубокое проникновение. Применение трёх технологий контроля делают вихретоковое оборудование максимально универсальным в использовании: 1. Последовательный ввод сигнала разной частоты 2. Контроль ферромагнитных материалов с использованием функции RFT 3. Метод одновременного ввода сигнала на различных частотах

Вихретоковый контроль: технология Последовательный ввод сигнала разной частоты -Наиболее эффективный путь для контроля неферромагнитных материалов. -Используются технологии последовательной генерации различных частот. Контроль на различных частотах обеспечивает наилучшие возможности обнаружения самых разнообразных дефектов – от поверхностных трещин до неоднородностей, расположенных в более глубоких областях. Путем микширования частот возможно усиление сигнала- отклика или исключение неинформативных сигналов при контроле.

Вихретоковый контроль: технология Контроль ферромагнитных материалов с использованием функции RFT. - В данной технологии применяется специальный датчик, у которого катушка – источник удалена от катушки –приемника на расстояние, равное примерно двум-трем диаметрам трубы. -Приемник воспринимает индуцированный сигнал, силовые линии которого дважды пересекают стенки трубы. -Для контроля ферромагнитных материалов необходимо использование более мощных силовых полей. -Усилитель обеспечивает эти высокие выходные уровни сигнала, а соответствующий сигнал-отклик воспринимается приемником. Метод одинаково чувствителен к дефектам как на внешней, так и на внутренней поверхности трубы

Вихретоковый контроль: технология Метод одновременного ввода сигнала на различных частотах. -Обеспечивается увеличение скорости контроля -Предполагает одновременное генерирование сигнала на нескольких частотах Последовательный ввод сигналов разной частоты Одновременный ввод сигнала на различных частотах

Вихретоковый контроль: технология Кроме проведения внутритрубной диагностики теплообменных аппаратов, возможно также проведение контроля по наружной стенке оборудования с применением накладных вихретоковых датчиков. Калибровочный образец и накладной вихретоковый датчик для контроля реакционных труб печи вторичного риформинга

Преимущества использования нашего решения При проведении вихретокового контроля есть несколько основных преимуществ по сравнению со стандартными методами неразрушающего контроля: - замена только труб с недопустимыми дефектами по результатам вихретокового контроля до выхода их из строя; -не снижается эффективность работы оборудования -на сигналы преобразователя практически не влияют влажность, давление и загрязненность газовой среды, радиоактивные излучения, загрязнение поверхности объекта контроля непроводящими веществами. -ведение мониторинга износа и развития выявленных дефектов в теплообменном оборудовании. Таким образом, предприятие –заказчик экономит время и деньги при проведении капитальных ремонтов и техническом обслуживании оборудования.

Пример Гидравлические испытания теплообменников связаны с большими затратами времени и усилий, направленных на монтаж/демонтаж крышек, поднятие давления, отглушение труб, которые протекли. При этом нет никакой гарантии, что через какое-то время не потекут другие трубы.

Пример Установка трубного пучка в корпус аппарата – довольно сложная и тяжелая процедура.

Пример При использовании вихретокового метода контроля, возможна частичная или полная замена труб в трубном пучке, не допускается протекание труб в процессе эксплуатации. При этом площадь теплообмена сохраняется, а следовательно соблюдаются и параметры технологического процесса. Кроме того, регистрируются все дефекты труб теплообменного аппарата и ведется мониторинг их изменения при последующем контроле.

Заключение Практика проведения контроля теплообменного оборудования показала, что в настоящее время контроль состояния трубных пучков, как правило, производится путем гидравлических испытаний. При этом невозможно получить полную и достоверную картину состояния труб. Эффективное решение этой проблемы – использование вихретокового метода с использованием датчиков, движущихся внутри трубы. При этом результаты контроля по каждой трубе сохраняются в базу данных и могут быть востребованы в любое время. Это позволяет не только регистрировать дефекты, но и отслеживать динамику их развития, что дает возможность рассчитывать остаточный ресурс работы оборудования, а также избежать внеплановых остановок и экономических потерь в связи с незапланированным ремонтом. Наша услуга помогает эффективно решить проблему оценки состояния теплообменного оборудования и избежать существенных финансовых потерь.