Технологии за инспекция на топлообменници

Топлообменниците са компоненти със съществена степен на значимост за много индустриални предприятия, които често са подложени на тежки експлоатационни условия, водещи до корозия, поява на пукнатини, изтъняване и други нежелани явления и неизправности. С нарастващия фокус върху безопасността, опазването на околната среда и редуцирането на оперативните разходи ползите от извършването на инспекции и провеждането на мониторинг на състоянието на съоръженията са очевидни.

За инспекцията на топлообменници се прилагат различни техники, като изборът на най-подходящата се определя от поставените цели – производствен контрол, превантивна инспекция или такава вследствие на възникнала повреда, например теч.

Планиране

Аналогично на другите съоръжения, планирането на инспекцията на топлообменните апарати е жизненоважно за успешното им тестване и поддръжка. Процесът на планиране започва с дефиниране на необходимите данни, които инспекцията трябва да предостави. Следва изборът на техника за безразрушително тестване и в зависимост от нея - определяне на нужната степен на чистота на топлообменника.

Изборът на техника за инспекция трябва да се базира предимно на това по какъв начин ще бъдат използвани получените данни. Ако например се изисква извършването на изчисления за прецизно определяне на степента на корозия, следва да бъде избран количествен метод. В този случай е препоръчително предварително да е определена стойност за дебелината на тръбните стени, при достигането на която тръбите вече трябва да бъдат подменени. Тази стойност може да зависи от редица фактори като например от риска или последствията от теч. Ако дадена неизправност би довела до създаване на опасност или оказване на негативно въздействие върху околната среда, пределно допустимата стойност на дебелината на тръбните стени трябва да е по-висока. Когато рисковете са по-малки, тази стойност съответно може да бъде по-ниска.

Съществуват поне четири метода за изготвяне на график за инспекция на топлообменници, които се базират на времеви период, състоянието на съоръжението, риска и последствията при възникване на неизправност. Базираният на времето метод е най-простият и включва насрочване на инспекциите въз основа на изминал период, като това обикновено е свързано с извършването и на други дейности по поддръжка. Вторият метод се основава на степента на влошаване на състоянието на топлообменника от пускането му в експлоатация. При планирането въз основа на риска следва да се предвиди по-голяма честота на инспекциите на съоръженията, при които той е по-висок. Последният метод е разновидност на планирането въз основа на риска, като той се базира на въздействията, които би оказала дадена неизправност върху конкретното предприятие.

Инспекция с течен пенетрант

С този метод чрез нанасянето на течен пенетрант върху тестовата повърхност на топлообменника се откриват пукнатини и пробиви. Пенетрантът постъпва в пукнатините капилярно. В случай че нееднородностите в топлообменната повърхност са значителни, пенетрантът се задържа в кухините след отстраняването на излишното количество. След нанасяне на проявител пенетрантът се разпределя около нееднородността, показвайки наличието и местоположението й. Тези индикации се изследват на дневна или подходяща изкуствена или ултравиолетова светлина в зависимост от използваните оцветени или флуоресцентни частици.
Инспекцията с течен пенетрант може да се използва за ефективно откриване на пукнатини, прекъснатости в съединения, шевове и др. върху непорьозни повърхности от черни и цветни метали, както и от неметални материали като пластмаса и стъкло. Методът е особено полезен за приложение върху немагнитни материали, тъй като те не могат да бъдат тествани чрез инспекция с магнитни частици.

Простотата и ниските разходи превръщат инспекцията с течен пенетрант в популярен метод. Ако се приложи правилно, с него могат да бъдат открити дори миниатюрни отвори в повърхностите. Този вид инспекция отнема сравнително малко време и е може би най-разпространеният безразушителен тест след визуалната инспекция.

Успехът на инспекцията с пенетрант зависи в голяма степен от зрението на инспектиращия служител. Детайлите трябва да бъдат цялостно почистени, за да може пенетрантът да проникне в пукнатините и отворите. Опитът показва, че дори минимални вариации в процеса могат да направят резултатите от инспекцията невалидни и поради тази причина е практика всички инспекции с пенетрант да се извършват само от обучен и сертифициран за целта персонал.

Пенетрантите са смеси от органични разтворители, които се характеризират с добра омокряща способност, бързо разпределение по повърхността и проникване в миниатюрни дефекти. В зависимост от използваната боя те се делят на видими пенетранти, които обикновено са червени, за да контрастират на белия фон на проявителя на бяла светлина, и флуоресцентни, които осигуряват зеленикаво-жълта индикация на тъмен фон при инспекция на ултравиолетова светлина. Флуоресцентните пенетранти обикновено се използват за откриването на фини пукнатини, но употребата им не се препоръчва за груби повърхности, поради трудното отстраняване на излишните им количества. Важно е при избора на химикали за инспекцията на топлообменника да се разглеждат само пенетранти, съвместими с конструкционния материал на съоръжението. В зависимост от начина на отмиване на излишните количества от топлообменната повърхност пенетрантите се делят на водоразтворими, отстраними с разтворители и такива, които се премахват с помощта на емулгатор.

Периодът, в продължение на който пенетрантът остава върху инспектираната повърхност, е от ключово значение. За въглеродна стомана се препоръчва той да е между 10 и 20 минути, а за сплави и неръждаема стомана – между 15 и 20 минути.

Инспекция с магнитни частици

Техниката се използва за откриване на повърхностни и подповърхностни нееднородности в топлообменните повърхности от феромагнитни материали, възникнали при производствения процес или по време на експлоатация на съоръженията. Основава се на принципа, че ако даден феромагнитен обект е намагнитен, дефектите по повърхността и под нея, които се намират под някакъв ъгъл спрямо магнитните силови линии, водят до резки изменения в пътя на магнитния поток. Когато върху тестваната повърхност се нанесат феромагнитни частици, те се привличат от изтичащото заради дефекта магнитно поле. По този начин могат да се определят мястото, формата и размерът на дефекта. При използване на метода е важно магнитното поле да е насочено така, че да пресече основната равнина на дефекта.

Инспекцията с магнитни частици може да се използва за изследване на заваръчни шевове по топлообменници и зони, към които са били временно прикрепени други съоръжения и са особено податливи на напукване.

Предимство на метода в сравнение с инспекцията с течен пенетрант е, че позволява откриването и на дефекти, които не са отворени към дадена повърхност. Сред недостатъците са неприложимостта за немагнитни метали, експоненциално намаляващата чувствителност с увеличаване на разстоянието от повърхността и необходимостта от много големи токове за инспектиране на агрегати със значителни размери.

Ултразвукова инспекция

Ултразвуковото тестване е един от най-широко разпространените методи за безразрушителна инспекция. При него се използват високочестотни звукови вълни, преминаващи през инспектирания материал, при което те се отразяват в междинни повърхности или дефекти и се губи част от енергията им. Отразените звукови вълни се засичат и анализират за определяне на наличието и локацията на дефектите или на дебелината на конструкционния материал на топлообменните повърхности.

Методът предоставя почти мигновени индикации за нееднородности и е особено чувствителен по отношение на откриването на фини пукнатини и ламинарни дефекти, които често се засичат трудно посредством другите методи. Точността и възпроизводимостта на ултразвуковата инспекция обаче до голяма степен зависят от способността на оператора да интерпретира резултатите. Освен това дефекти, които са в слоя непосредствено под повърхността, може да останат незасечени.

Инспекция с вихрови токове

Този безконтактен метод се използва широко за безразрушително тестване на тръбни компоненти. Включва засичане на качествени проблеми чрез изследване на взаимодействието между електромагнитни полета и метали. Малък електрически ток (вихров) се индуцира в материала и всяка промяна в протичането му поради наличието на дефект или нехомогенност се регистрира от бобина и впоследствие се обработва електронно.

За инспекция на тръбите на топлообменни апарати най-често се прилагат техники с конвенционални вихрови токове и с дистанционно поле от вихрови токове. Неферомагнитни тръби като такива от аустенитна неръждаема стомана, медно-никелови сплави и месинг се инспектират по първия метод, а тръбите, изградени от феромагнитни материали – по втория. При топлообменници и съдове под налягане техниката с вихрови токове намира приложение за инспекция по време на производство и експлоатация, откриване на прекъсвания в заваръчни шевове, измерване дебелината на бои и покрития и др.

Технологията включва пропускането на променлив ток през бобина (сонда), която, поставена в близост до предвидената за инспекция повърхност, индуцира вихрови токове в материала. Наличието на дефект, прекъснатост или друг метален обект води до смущаване на протичащите вихрови токове. Те, от своя страна, генерират променливо магнитно поле, което пресича намотките на бобината и се опитва да генерира обратен ток. Този обратен ток може да бъде отчетен или като напрежение във вторичната намотка или чрез смущението в импеданса на първичната намотка. Изменението на импеданса може да бъде измерено и съотнесено към наличието и размера на дефект, прекъснатост или метален обект.

При инспекцията с дистанционно поле от вихрови токове се използва нискочестотен променлив ток. Методът е предпочитан за приложение при феромагнитни материали, тъй като конвенционалната техника с вихрови токове не е подходяща за откриване на дефекти в противоположните стени на тръби от такива материали. Възбудителната бобина генерира вихрови токове при ниска честота в направление по периметъра на тръбата. Електромагнитното поле преминава през стената, а приемна бобина, разположена на определено разстояние от възбудителната, го засича. Тази техника се използва успешно за инспекция на феромагнитни тръби например от въглеродна или феритна неръждаема стомана. Технологията предлага добра чувствителност по отношение на откриване и измерване на обемни дефекти, причинени от корозия, износване и др.