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超声检测技术逐步降低了腐蚀带来的惊人成本
发布:kittyll   时间:2016/11/21 8:54:55   阅读:191 
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1999年,美国腐蚀工程师协会(NACE)发表了一篇著名的研究报告,研究名称为“美国腐蚀研究费用”(The United States Cost of Corrosion Study)。该报告指出,在美国,与腐蚀相关的直接研究花费超过了国内生产总值的百分之三。类似的研究报告还有很多,不同的是腐蚀研究花费占国内生产总值的具体百分比,数值在2%到4.5%不等,但这些都能证明在腐蚀研究方面的投入是巨大的。
 
这些巨大的花费主要集中在以下几个方面:
 
1、腐蚀预防(防腐蚀),例如相关添加剂的研究、汽车领域内涂层材料(如油漆)的应用等。
2、腐蚀修复与维护。
3、腐蚀现象监测、检测以及测量工作等。
 
在本文中,我们会重点研究并讨论超声波检测技术在腐蚀监测、检测以及测量等方面的应用,因为这种检测技术极其适合对利用金属材料制备而成的工艺管道和容器进行检测,无论其表面是否具有保护性涂层。
 
 
腐蚀监测
 
如果把工厂、炼油厂或者制造厂的工业基础设施看作是人体的话,那么其中的金属管道和容器就相当于人体中的循环系统和器官。工艺管道能够运输水等液体材料,处理化学物质和原材料,如原油和废弃物等。金属容器和人体器官一样,能够接收并存放材料,此外,还能够通过控制温度和压力等条件使得材料(产品或者废品)在整个体系中具有良好的运转循环。
 
工程师们在选择制备工艺管道或者金属容器的材料时往往都希望所选的材料在特定温度、压力以及实际使用环境中能够尽可能经受得住不同条件的腐蚀。虽然这些工艺管道和金属容器最终还是会受到不同程度的腐蚀,但腐蚀的类型和程度却能够发生变化。腐蚀的类型通常可以分为以下三种:
 
1、可预测型
 
如果某种材料是已知的,利用该材料制备的工艺管道在已知的温度和压力等环境中进行的工作也是已知的,那么在这种情况下产生的腐蚀则一般是可预测的并且是在意料之中的。这类材料通常需要进行经常性的全面检查和维护工作。在某些情况下,研究人员还会预测一些特殊的腐蚀机理,包括微生物腐蚀等,对于这些腐蚀的检测往往需要能够在大面积上执行精准、快速检测的技术,例如相控阵超声检测技术。别的一些方法,例如数字化X射线摄影技术,出于对检测时间、安全性以及检测区域大小等因素考虑并不适合用于对上述一些腐蚀现象进行检测。
 
2、不可预测型但在预料之中
 
使用环境不同可能会引起一些局部腐蚀,例如:
 
a、保温层下腐蚀(CUI)——在将原材料转换为产品的过程中,温度控制往往是一个非常重要的影响因素,因此对许多工艺管道都要求具有保温特性。在很多情况下,这些工艺管道上的保温层会由于一些原因发生损坏或者退化现象,造成水分渗入或者产品渗出到金属壁和保温层之间的间隙内,造成腐蚀现象。这些区域通常都难以发现和检查。如果去除掉外部的保温层后再进行检测,并且在检测完毕后再重新将保温层安装回去将是一个非常耗时耗力的工作,而且需要消耗一笔不小的花费。此外,在此期间,由于保温层不在工艺管道上,因此这条管道线路将必须关闭,停止工作。
 
b、流体加速腐蚀(FAC)——流体加速腐蚀一般都会有最可能发生的位置(如阀门后的弯头),但是具体知道是哪一个弯头发生了流体加速腐蚀的概率是非常低的,因此,研究人员迫切需要一种能够快速对弯头进行精准检测分析的技术方法。
 
3、不可预测型
 
不可预测型腐蚀的一个典型例子就是生产原油过程中产生的腐蚀;如果工艺管道内夹杂大量的沙泥或者其他一些摩擦型材料,那么将会产生快速反应腐蚀。鉴别是否发生了这类不可预测型腐蚀的唯一可靠的方法就是在这些金属材料表面以及管道保温层下安装传感器对这些容器以及工艺管道进行全面监控。
 

相控阵超声检测技术能够为腐蚀检测提供更高的检测精度;图片来源:GE Inspection Technologies
 
利用相控阵超声检测技术对腐蚀进行检测监控
 
对工艺管道等工业设备进行定期检查有助于人们了解腐蚀情况和腐蚀速率,根据这些检查,工程师们能够做出更好的维护计划。在执行这些例行检查时,可以偶尔使用超声波测厚仪,但是与手动测量数据相比,利用这种传统的超声波测厚技术获得的关于管壁厚度的数据往往精度不高,因此,并不能充分确定工艺管道壁厚因为腐蚀现象而造成的损失。此外,利用传统的超声波检测技术不能有效的检测出点腐蚀现象,因为与整个检测区域相比,点腐蚀发生的面积通常都非常的小。
 
但是,采用相控阵超声检测技术能够很好的满足测量精度要求,而且该方法检测速度较快。一般来说,利用相控阵超声检测技术进行腐蚀监测和点腐蚀评估时所涉及的几个问题主要有:
 
1、操作人员是否训练有素;
2、检测结果的一致性;
3、设备费用。
 
操作人员是否接受了合格的培训,能否熟练的进行检测操作是非常重要的一个问题。相比于其他一些检测技术,对于相控阵超声检测技术人员的培训更加困难。然而,这也催生了越来越多的培训机构,甚至有些高校专门开设了控阵超声检测技术相关课程。这项技术给工业方面带来了巨大的利润,因此许多公司都热衷于投资这些培训项目。现在,许多相控阵超声检测设备制造厂商可以为使用者们定制用户界面,这使得设备的操作使用更加方便,也使得一些经验不足的技术人员同样能够轻松的学会正确的对设备进行设置以及收集有益的检测数据。
 
这些定制的用户界面可以和工作流程无缝对接,作为缺乏经验的技术人员,能够通过这个用户界面对设备进行设置、校准并获得增益补偿曲线以及收集检测数据。这种用户界面能够输入照片、文档等其他一些辅助文件以帮助技术人员确定其是否进行了正确的设置。此外,如果技术人员不知道某个步骤或者不理解某个数据信号,他只需按下该设备上的一个按钮即可,这种用户界面会立刻将这些分享到其他电脑、手机或者平板电脑上以寻求帮助,只需要双方都具有无线网络即可。相控阵超声检测技术所取得这些新进展使得该技术具有更高的检测精度和效率。
 
选择合适的探测器、扫描仪和相关配件
 
将相控阵超声检测技术用于工艺管道和水槽等设备的腐蚀现象检测能够实现快速扫描和检测并且确定点腐蚀的位置和大小等信息。编码的扫描数据具有高度的可重复性,扫描覆盖100%区域,能够更好的监测腐蚀速率随着时间推移所发生的改变。
 
执行精确的腐蚀检测所需要的并不仅仅是一台超声波探伤仪或者扫描测厚装置;选择一个合适的扫描议、探测器以及相关配件同样是制定检测计划中非常关键的一部分。这些配置的选择是否恰当有可能会直接影响到你检测的成功或失败。
 
当对大面积区域的管道壁厚或者金属损失情况进行检测时,无损检测设备行业可以根据需求采用不同类型的扫描仪和检测探针以提高检测效率。下面是对于其中一部分的简单介绍以及推荐的应用方面。
 
机械化扫描仪
 

如今,超声检测技术可以采用许多不同的机械化和手动扫描仪;图片来源:GE Inspection Technologies
 
机器人扫描仪或者机械化腐蚀检测扫描仪极其适用于对有限空间内或者架空型管道的腐蚀情况进行检测,因为在这些场景中让现场检测人员执行扫描是非常不安全并且不现实的。
 
在选择机器人扫描仪或者机械扫描仪的时候,必须要确保你所选择的扫描仪与你现有的超声探伤设备具有很好的兼容性,此外还需要确保该设备在高度危险的环境中操作的时候具有足够的安全保障。
 
手动扫描仪
 
手动扫描仪和上述机械扫描仪运行的方式是一样的,不同的是,手动扫描仪需要一位现场检测人员物理性的移动并且进行手动操作。因为其中可移动的部件较少,所以检测结果是非常可靠的。为了获得扫描区域内精确的扫描数据,通常还需要一些精密机械装置等。此外,为了确保检测结果的准确性和可重复性,对于操作人员进行仔细的岗前培训的十分有必要的。
 
为满足不同条件下腐蚀的检测,现在高质量的超声检测装置与市场上许多的扫描仪都能够很好的兼容。
 
DM阵列探测器
 
对于腐蚀检测,一般建议使用多元阵列探测器,因为这类探测器能够提供线性覆盖范围以及优异的检测精度。可以在探测器探针周边加上一个弯曲或者直线型的耐磨棒以增加探测器的使用寿命,并且这还有助于探测器和检测表面之间产生更好的声耦合现象。多元阵列探测器的大表面积使得检测人员能够更加快速的对更大面积区域进行检测,根据扫描数据得到的图像显示能够提供关于管道壁厚损失的相关信息。
 
由于腐蚀检测一般都会在具有挑战性的环境下进行,如高温等,因此,在选择一款合适的探测器时必须要考虑到探测器的构成及质量问题。
 
传统的DM探测器
 
在最开始的时候,当需要对管道或者罐壁进行腐蚀检测时往往需要检测人员利用传统的超声检测装置进行多个点的抽样检测。传统的双元传感器一般被用来执行这些抽样检查以及测量工艺管道因为腐蚀造成的壁厚损失情况。双元传感器利用其中一个探头产生声波并用另一个探头接收该声波,声波以V字形传播,这样有助于提高腐蚀检测的精确度和效率。
 
软件
 

现在,许多先进的超声检测装置越来越像智能手机,具有定制化应用、触摸屏和无线连接等功能;图片来源:GE Inspection Technologies
 
为了使腐蚀检测具有更高的精度和检测效率,软件和探测器以及扫描仪等硬件具有同等重要的作用。如今,一款新型的基于“app”控制的超声波检测装置看起来就像是一个智能手机,允许用户定制自己的用户界面,并且创建指导检测操作程序。这些“app”能够自动识别兼容的探测器、锁定一些不必要的设备参数、确保检测数据具有更高的可靠性和可重复性。此外,通过无线网络还能够实现远程协作,这使得专家们可以在远程提供指导意见等。
 
由于腐蚀而带来的直接和间接的成本费用是惊人的。通过采用合适的探测器、扫描仪等配件以及电脑软件,今天的无损检测人员正在加速超声检测技术在腐蚀检测方面的应用,并逐步提高检测的精度和效率,这将会有助于减少腐蚀所带来的成本费用。
 
 
文中部分图片来源于网络
 
译自:qualitymag
来源:材料与测试
译者:vince

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