使用全聚焦法（TFM）檢測(cè)硫化氫H2S逐步開裂損傷
使用全聚焦法（TFM）檢測(cè)硫化氫H2S逐步開裂損傷
煉油廠硫化氫H2S損傷檢查
NDT檢驗(yàn)員對(duì)煉油廠來(lái)說(shuō)很重要，因?yàn)橐獧z查的部件太多了，而NDT又是確保一切正常的關(guān)鍵。由于影響煉油廠部件的不同損壞機(jī)制的數(shù)量，檢查員需要對(duì)每個(gè)部件的整個(gè)過(guò)程和風(fēng)險(xiǎn)有很好的理解。
在煉油設(shè)備上最常見的劣化過(guò)程之一是濕式硫化氫(H2S)裂化。顧名思義，當(dāng)碳鋼部件暴露在硫化氫和濕氣中時(shí)，會(huì)發(fā)生濕式H2S開裂。濕式H2S開裂包含多種失效機(jī)制，包括氫致開裂(HIC)、硫化物應(yīng)力開裂(SSC)、起泡和逐步開裂(見圖1)。
圖1 HIC引起的水皰、階梯狀裂紋圖片
起泡和逐步開裂的進(jìn)展
起泡是指由于氫氣的聚集而產(chǎn)生的地下空洞。久而久之，這些空洞就會(huì)變成地下的“水泡”。氫氣的積聚最終會(huì)在局部產(chǎn)生足夠的壓力，使得這些水皰試圖通過(guò)連接來(lái)擴(kuò)大。這些水泡的連接被稱為逐步開裂，這對(duì)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性是非常有害的。如果水皰成功連接，金屬?gòu)?qiáng)度將大大減弱，發(fā)生災(zāi)難性失效的風(fēng)險(xiǎn)迫在眉睫。
使用案例
一個(gè)25毫米(1英寸)厚的碳鋼組件，已知的H2S水皰和逐步開裂用于此應(yīng)用說(shuō)明(圖2)。
圖2已知H2S損傷的碳鋼部件
檢查水泡時(shí)的挑戰(zhàn)
超聲波檢測(cè)技術(shù)(UT)已在煉油廠應(yīng)用多年，用于檢測(cè)碳鋼和其它材料的結(jié)構(gòu)完整性。應(yīng)用UT進(jìn)行起泡和分階段裂紋檢測(cè)存在兩個(gè)主要挑戰(zhàn)。第一個(gè)是區(qū)分水泡與后墻的總損失(由于腐蝕或材料損失)。檢查人員可能會(huì)誤解UT數(shù)據(jù)，并認(rèn)為起泡處反射的信號(hào)代表部件的末端(后墻)。這可能導(dǎo)致不必要的拒絕和組件的退役。
第二個(gè)挑戰(zhàn)是很有可能無(wú)法檢測(cè)到水泡之間形成的逐步開裂。因?yàn)閁T檢驗(yàn)常常是在0度檢驗(yàn)的基材,發(fā)病率角度或者反射率逐步裂縫可能不是最優(yōu)的信號(hào)(見圖3)。在這種情況下,反射聲音逐步裂縫可能不是由探頭接收。
圖3 - (a) 0度方向的聲音，由水平反射鏡反射回探頭;(b) 0度方向的聲音，由角度反射鏡反射回探頭
由于這種較差的反射率，當(dāng)檢查人員懷疑部件中含有H2S損傷時(shí)，通常會(huì)從不同的角度使用多個(gè)基團(tuán)(見圖4，其中使用了3個(gè)基團(tuán))。隨后，他們將來(lái)自這些組的數(shù)據(jù)合并起來(lái)進(jìn)行分析，這可能很麻煩，而且很耗時(shí)。
圖4為了獲得缺陷的最佳反射率，我們創(chuàng)建了三個(gè)組
TFM全聚焦法檢測(cè)階梯裂紋的解決方案
全聚焦法(TFM)涉及的發(fā)射順序與常規(guī)UT或常規(guī)相控陣UT檢測(cè)不同(TFM的詳細(xì)信息請(qǐng)參閱“使用全聚焦法改善相控陣超聲成像”)。
發(fā)射序列，即所謂的全矩陣捕獲(FMC)，使一個(gè)更大的反射率從角度反射器，即使是零度接觸檢查。
與以前的技術(shù)相比，TFM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在組件的整個(gè)深度(使用適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)時(shí))實(shí)現(xiàn)聚焦圖像。
下圖顯示了OmniScan™X3探傷儀的聲影響地圖(AIM)模擬器,用于選擇合適的探頭和傳播模式為25毫米組件(參見圖5)。結(jié)果是一個(gè)圖像,水泡可以被識(shí)別并逐步破解顯然是發(fā)現(xiàn)了(參見圖6)。
發(fā)射序列，即所謂的全矩陣捕獲(FMC)，使一個(gè)更大的反射率從角度反射器，即使是零度接觸檢查。
與以前的技術(shù)相比，TFM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在組件的整個(gè)深度(使用適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)時(shí))實(shí)現(xiàn)聚焦圖像。
下圖顯示了OmniScan™X3探傷儀的聲影響地圖(AIM)模擬器,用于選擇合適的探頭和傳播模式為25毫米組件(參見圖5)。結(jié)果是一個(gè)圖像,水泡可以被識(shí)別并逐步破解顯然是發(fā)現(xiàn)了(參見圖6)。
圖5 OmniScan X3型探傷儀機(jī)載掃描方案的瞄準(zhǔn)模擬器，顯示靈活的5mhz PAUT探頭的靈敏度指數(shù)為157.16
圖6-TFM成像顯示逐步開裂的連桿
TFM技術(shù)應(yīng)用于逐步裂紋檢測(cè)的局限性
重要的是要記住,解凍的脈沖序列技術(shù)可能不是適合每個(gè)應(yīng)用程序。
單個(gè)元素脈沖不能產(chǎn)生足夠的能量來(lái)穿透整個(gè)給定部分的深度。
例如,探針用于這個(gè)25毫米組件應(yīng)用程序(64 MHz,元素)不會(huì)適合厚組件,因?yàn)檫@個(gè)探針的近場(chǎng)估計(jì)約26毫米。
試圖超過(guò)探測(cè)器的物理限制使用解凍技術(shù)將導(dǎo)致貧窮和不準(zhǔn)確的結(jié)果。
同時(shí),一定要為應(yīng)用程序選擇合適的探頭。
當(dāng)使用TFM技術(shù)時(shí)，另一個(gè)重要的考慮因素是為檢查輸入的零件幾何形狀和材料聲速值的準(zhǔn)確性。
這種技術(shù)提供了多種波集(傳播模式)，所以從后壁到探頭的反射是可以預(yù)期的。
這些波集(TTT、TTTT、TLT等)的缺點(diǎn)是，關(guān)于部件厚度或聲速的錯(cuò)誤信息會(huì)成倍地增加尺寸誤差的空間。
在一個(gè)特定的位置上，預(yù)期的反彈越多，如果實(shí)際情況不符合輸入的值，軟件計(jì)算的偏差就越大。
因此，謹(jǐn)慎使用這些模式并注意結(jié)果的潛在變化是很重要的。
圖7速度輸入:半跳躍(half-skip, TTT)中2.5%的值差異導(dǎo)致垂直缺口信號(hào)損失17.9 dB
結(jié)論
全聚焦法(TFM)是一種有效的H2S損傷檢測(cè)工具，但使用正確的探頭對(duì)檢測(cè)H2S損傷起著重要的作用。
用于TFM處理的FMC發(fā)射序列有助于改善對(duì)掃描表面不水平的缺陷的反射率。
這導(dǎo)致更大的可能性檢測(cè)到以前的挑戰(zhàn)性缺陷，如逐步破解鏈接。
此外，帶有AIM模擬器的OmniScan™X3掃描計(jì)劃工具可以幫助提前確保所選擇的探頭、楔塊和波集在零件和目標(biāo)缺陷上表現(xiàn)良好。
請(qǐng)參閱“使用TFM(全聚焦法)檢查的目標(biāo)建模工具為反射器選擇最佳傳播模式”。