A TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.4 2.5
Szerkezeti anyagok felületi hibáinak örvényáramos vizsgálata a petrolkémiai iparban Tárgyszavak: örvényáramos vizsgálat; bevonatvizsgálat; csővizsgálat; felületi hibák; repedések; bevonathibák; roncsolásmentes vizsgálat; petrolkémiai berendezések.
Az örvényáram-teszteket – amelyek a vizsgálóberendezések csökkenő árának köszönhetően az elmúlt tíz év alatt mind nagyobb ipari jelentőségre tettek szert – a petrolkémia főként hőcserélők vizsgálatára alkalmazza; pl. a gőzgenerátor-csövek örvényáramos vizsgálatára használt készülék két kisebb méretű változatával: – a felületi tesztet és – csőrendszereken örvényáramtesztet végeznek. A felületi tesztmódszerek akkumulátorral működő, hordozható készülékekkel repedéseket, bevonathibákat és kopást detektálnak. A csövek hibáit és vastagságát többfrekvenciás berendezésekkel vizsgálják.
Az örvényáramos vizsgálat elve Az örvényáramos eljárás valamely villamosan vezető felületet letapogató elektromágneses tekercs impedanciaváltozásának mérésén alapul (1. ábra). A tekercsen áthaladó váltakozó áram által indukált primer mágneses térrel szemben a vezetőben keltett örvényáramok ellentétes szekunder mágneses teret hoznak létre. Amikor a tekercs a felszín egy folytonossági hiányán halad át, a szekunder mágneses tér eltorzul, ezáltal megváltozik a tekercs impedanciája. A tekercs impedanciájának megváltozásából következtetni lehet a jelenséget kiváltó felületi hibára és annak jellemzőire. A folytonossági hiba felfedezését az örvényáramok behatolási mélysége korlátozza, amely fordítva arányos a vezetőképesség, a frekvencia és a permeabilitás négyzetgyökével.
A behatolási mélység értéke nem ferromágneses anyagokra kb. 5 mm. Ferromágneses anyagokba (pl. szénacélba) azok nagy permeabilitása miatt az örvényáramok behatolása igen csekély, ezért ezek vizsgálata a felületi hibákra korlátozódik. mágneses tekercs a levegőben tekercs a villamosan vezető vizsgálati anyag fölött
a tekercs HA mágnesteret hoz létre; a tekercs impedanciája: Zlevegő
tekercs a repedés fölött
a repedés miatt az örvényáramok torzulnak, a tekercs impedanciája Zrepedés-re változik
a tekercs impedanciája ZB-re változik
H mágneses tér HB
levegő vizsgálati anyag
HC
H’B
a)
H’C
b)
repedés
c) Zlevegő
a tekercs impedanciája (Z)
Zrepedés
L
ZB
d)
R
1. ábra Az örvényáramos vizsgálat elve, HA, HB és HC-primer mágneses terek, H’B, H’C szekunder mágneses terek
A petrolkémiában alkalmazott örvényáramos csővizsgálati eljárások A petrolkémia csővizsgálata az örvényáramos tesztek három alaptípusát alkalmazza:
– A hagyományos, de egy 2001. évi ASME-szabvánnyal szabályozott örvényáramos eljárás hőcserélők nem ferromágneses anyagú csöveinek vizsgálatára van használatban. Eszerint a már ismertetett módon elektromágneses teret keltenek a csőben, amely a tekercs felületén való végigtolások során a tér eltorzulása miatt bekövetkező impedanciaváltozással jelzi a lyukak, a repedések és a csőfalvékonyodások jelenlétét. – A telítettségi örvényáramos módszerrel részlegesen ferromágneses és vékony ferromágneses csöveket vizsgálnak, erős mágnesező tekerccsel, amely mágnesesen telíti a szerkezeti anyagot. A vizsgálat ezután a hagyományos módon zajlik le. – A „távoli” mágnesteret alkalmazó eljárás (huzaltekercs elektromágneses hullámokat közvetít a csőbe) ferromágneses anyagú (pl. szénacél) hőcserélő csöveinek örvényáramos vizsgálatában nagy folytonossági hibák és falveszteségek felderítésére szolgál.
Felületvizsgálat Örvényáramos tesztet mind ferromágneses, mind nem ferromágneses anyagok repedéseinek felderítésére használnak. A szükséges kalibrálást ívkisüléssel (szikraforgácsolással készített jelölésekkel) végzik el. Az eljárás nemcsak a repedések kimutatására, hanem azok mélységének meghatározására is alkalmas nem ferromágneses anyagokon, rozsdamentes acélon és nikkel/króm-ötvözeten. A repedés méretének meghatározásához az örvényáram frekvenciáját úgy kell megválasztani, hogy behatolási mélysége meghaladja a várható repedésmélységet. Az örvényáramos technika előnyei az ugyancsak elterjedt folyadékbehatolási hibavizsgálattal szemben: – érzékenyebben mutatja ki a rozsdamentes acél apró feszültségi korróziós repedéseit, – nem ferromágneses anyagok repedésmélysége is mérhető vele, – festékrétegen keresztül is kimutatja a hibákat, – kis területek vizsgálatában sokkal gyorsabb a folyadékbehatolási tesztnél.
Bevonatvizsgálat Örvényáramos technikával meg lehet mérni nem ferromágneses anyagon levő ferromágneses bevonat vastagságát, szintén impedanciaváltozás alapján (2. ábra). Vékony bevonat rétegvastagságát az ör-
vényáramos mérőfej felemelkedésének elvén lehet mérni, amihez hordozható készülékek vannak forgalomban.
rozsdamentes acélbevonat az edény belsejében
szénacél
tekercs
2. ábra Szénacél rozsdamentes acél bevonata vastagságának mérése
Egyéb alkalmazások a petrolkémiai iparban A petrolkémiai iparban az örvényáramos módszer fő alkalmazási területei a hőcserélők, kondenzálók, tápvízmelegítő, olaj- és légvezetékhűtők hibavizsgálata, amihez hagyományos és távmérés egyaránt használható. Hagyományos módon réz/nikkel ötvözetből és titánból készült csövek, távméréssel pedig ferromágneses szerkezeti anyagok (szénacél és nikkel) ellenőrizhetők. Hagyományos vizsgálat alkalmával a mágneses tekercs haladási sebessége elérheti az 1,8 m/s-ot, a távméréssel nagyobb folytonossági hiányok felderítésekor maximálisan 0,3 m/s. A hagyományos örvényáramos teszt speciális, telítéses változatának alkalmazási területe pl. az SA-268 jelű acélból készült kondenzáló csövek, továbbá a részlegesen ferromágneses anyagú: nikkel/réz, valamint SA-789-es és SA-790-es acélcsövek. A hőcserélő-vizsgálat feldolgozásához minden csőfalról készített színes „térképre” ráhelyezik az örvényárammal detektált hibák térképét, így az összképen eltérő szín jelzi a folytonossági hiányokat. A szénacél edényeket vegyi hatásoktól védő rozsdamentes acél vagy króm/nikkel bevonat kopása következtében elvékonyodhat. Ennek ellenőrzésére is jól bevált az örvényáramos teszt, amellyel – szintén hordozható berendezések segítségével – egy óra alatt akár többszáz mérés elvégezhető (2. ábra).
Az örvényáramos technika „felfedezi” azokat a hajszálrepedéseket is, amelyek a feszültségi repedéses korrózióra különösen érzékeny rozsdamentes acélcsöveken keletkeznek, és amelyek a folyadékbehatolásos módszer előtt rejtve maradnak. Kimutathatók a cső külső felszíne alatti hibák is, ha belül vannak az örvényáramok behatolási mélységén. (A behatolási mélység a frekvencia csökkentésével növelhető.) Fémtömlők feszültségi korróziójából eredő vékony repedéseket a belső és külső felületen egyszerre lehet vizsgálni az örvényáramos technikával, a cső belsejébe helyezett mágnes körkörös mozgatásával. Az örvényáram frekvenciáját úgy kell megválasztani, hogy behatolása átfogja mindkét csőfelületet. A turbina- és kompresszoralkatrészek (pl. lapátok, lemezek, tárcsák) vékony repedését az örvényáramos vizsgálat az e célra használatban levő, mágneses részecskékkel végzett módszernél érzékenyebben mutatja ki. Gázturbinalapátok kopásának mérésére ugyancsak bevált az örvényáramos teszt. Erőteljes kopás deformálja a lapáton levő hűtőnyílásokat. Örvényáram segítségével a nyílások fölötti anyagmennyiséget, így közvetve a kopást mérni lehet. A lapátot általában 0,05 mm-es megmaradt falvastagságnál selejtezik ki.
A vizsgálatot végzők begyakorlása Az örvényáramos technika olyan bonyolult és műszakilag igényes feladatok megoldását kívánja meg, hogy a vele foglalkozó dolgozóktól csak az elméleti alapok és a gyakorlat részleteinek ismeretében lehet jó eredményeket várni. A problémára jellemző, hogy pl. a repedésvizsgálatban begyakorlott műszaki alkalmazott csak kiegészítő tréning után válik alkalmassá bevonatok vastagságának megbízható mérésére. A nehézségek és téves eredmények miatt több cégnél megszüntették az örvényáramos vizsgálati módszerek alkalmazását. Más vállalatok mesterséges mintadarabokon tanítják be, majd próbálják ki a tesztek elvégzésére kijelölt vagy jelentkező személyeket. Vizsgáztatóiktól pedig megfelelő technikusi végzettség (az USA-ban „Level II”) mint feltétel mellett, magasabb szintű „házi” gyakorlati vizsga eredményes letételét kívánják meg szintén „művi” felülethibáknak vagy az üzem hőcserélőiből származó minták folytonossági hiányainak felderítése alapján. Összeállította: Dr. Boros Tiborné
Birring, A. S.; Marshall, G. A.: Eddy current testing in the petrochemical industry. = Materials Evaluation, 61. k. 11. sz. 2003. p. 1190–1195. Birring, A. S.: Selection of NDT techniques for heat exchanger tubing. = Materials Evaluation, 59. k. 3. sz. 2001. p. 382–384, 386–388, 391.
