超声无损检测减压炉加热管内表面结焦层

　　结焦是炉管内的油品温度超过一定界限后发生热裂解,变成游离碳,堆积到管内壁的现象,主要发生在减压炉、焦化炉、减黏裂化炉、润滑油加热炉以及乙烯裂解炉中。结焦不仅使减压炉加热管传热能力降低,能耗增加,还可以引起管壁局部区域温度急剧升高,加剧炉管的腐蚀和高温氧化,缩短炉管的使用寿命,严重影响装置的正常运行,因此检测炉管结焦,清除炉管结焦,防止或减轻炉管结焦,已经成为若干高温加热炉操作中最重要的任务之一[1,2]。管壁结焦是多种因素综合作用的结果,已有的措施只能减轻炉管结焦的倾向,难以从根本上杜绝结焦的发生。因此,在焦层存在的前提下,加强对结焦层厚度的精确测量以及对炉管使用寿命影响程度的科学评价对减少热损耗与提高炉管的使用寿命就显得至关重要;此外,还可以为企业的管理人员制定合理的清焦方案提供科学的依据。目前常用的结焦检测方法:(1)利用内窥镜进行成像检测,该方法只能反映结焦是否存在,不能给出焦层厚度的量化指标;(2)肉眼观察管子外壁颜色是否变化,通常也被用于判断是否发生结焦的方法;(3)采用红外成像的方法,根据炉管外壁升温情况,判断结焦程度并进行定期清焦,检测结果易受到诸如烟气、火焰等环境气氛产生的不良影响,且红外成像装备价格昂贵,明显提高了检测成本[3,4]。

　　相对于其他无损检测方法,超声波具有传播方向好,穿透能力强,能量高,对人体健康无损害等优点[5],所以超声检测技术成为无损检测领域中应用和研究最为活跃的技术之一。鉴于此,本研究利用超声波在多层介质中的传播规律,分析了超声波检测技术无损评价结焦层的可行性,探索了一套可用于结焦层厚度判断的基本方法。

　　1　实验方法及试样选取

　　1.1　试样选取

　　实验样品取自于某石化公司蒸馏减压装置,如图1所示。炉管外壁已发生氧化,内壁附着黑色坚硬的焦炭,厚度分布不均匀,肉眼观察焦层最厚的部位约为1mm,最薄处约为0.5mm,个别区域可见裸露的金属内壁。依据炉管内表面厚度的不同,适当选择无焦、薄焦以及厚焦区作为研究对象,应用超声检测方法进行均匀的取点采样。选用标称频率为2.5MHz的水浸聚焦探头,应用脉冲回波反射法,对炉管内壁不同厚度的结焦层进行测试,每个区域采集10个样本(允许采样区域发生部分重叠)。

　　1.2　实验方法

　　适用于结焦层超声评价的检测系统如图2所示。借助CTS-23A型超声波探伤仪发射脉冲波,在同一检测灵敏度条件下,通过TDS-2012型数字存储示波器逐个采集样品的超声回波信号,并直接形成时间序列数据文件,最终经RS-232型接口将采样信号输送到微型计算机。为避免随机噪声、耦合状态和人为因素等的影响,故启动了TDS-2012型数字存储示波器的自动平均(128次)工作模式。