絕緣層下腐蝕 (CUI)檢測技術(shù)

介紹

• 絕緣層下腐蝕 (CUI) 對當(dāng)今許多工廠的在線可靠性構(gòu)成了真正的威脅。這種腐蝕可能導(dǎo)致通常不是檢查程序主要關(guān)注的區(qū)域發(fā)生故障。故障通常是局部腐蝕的結(jié)果，而不是大面積的普遍損耗。這些故障可能具有災(zāi)難性，或者至少在停機(jī)和維修方面產(chǎn)生不利的經(jīng)濟(jì)影響。美國石油學(xué)會(huì)規(guī)范 API 570《在用管道系統(tǒng)的檢查、維修、改造和迭代》于 1993 年 6 月首次發(fā)布，該管道規(guī)范將 CUI 列為特別關(guān)注的問題。通常，就像 API 653 和《清潔水法》一樣，API 規(guī)范成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，法規(guī)要求組織維持符合該標(biāo)準(zhǔn)的程序。在這種情況下，OSHA 1910 是強(qiáng)有力的規(guī)則。

  由于絕緣覆蓋層會(huì)掩蓋腐蝕問題，因此很難發(fā)現(xiàn) CUI，直到為時(shí)已晚。拆除絕緣材料的成本很高，尤其是涉及石棉時(shí)。目前有許多方法用于檢查絕緣材料下的腐蝕情況。主要方法是剖面射線照相術(shù)、超聲波點(diǎn)讀數(shù)和絕緣材料拆除?，F(xiàn)在可用的另一種方法是實(shí)時(shí) X 射線。事實(shí)證明，實(shí)時(shí) X 射線是一種安全、快速且有效的工廠管道檢查方法。

絕緣層下腐蝕何時(shí)發(fā)生？

• 碳鋼和 300 系列不銹鋼會(huì)出現(xiàn)此問題。碳鋼會(huì)出現(xiàn)普遍或局部壁損。不銹鋼管道經(jīng)常出現(xiàn)點(diǎn)蝕和腐蝕引起的應(yīng)力腐蝕開裂 (CISCC)。雖然故障可能發(fā)生在很寬的溫度范圍內(nèi)，但腐蝕在 32°F (0° C) 至 300°F (149° C) 之間的溫度范圍內(nèi)會(huì)成為鋼材的重大問題，在 200°F (93° C) 左右最為嚴(yán)重。當(dāng)工作溫度恒定在 300°F (149° C) 以上時(shí)，很少發(fā)生腐蝕和 CISCC(1)。絕緣層下腐蝕是由于水進(jìn)入絕緣層而引起的，絕緣層會(huì)像海綿一樣將水困在與金屬表面接觸的地方。水可能來自雨水、泄漏、雨水系統(tǒng)水、洗滌水或溫度循環(huán)或低溫操作（如制冷裝置）產(chǎn)生的汗水。

易受 CUI 影響的系統(tǒng)

• API 570 指定以下區(qū)域易受 CUI 影響：

  暴露于冷卻水塔霧化噴灑的區(qū)域。 暴露于蒸汽排放口的區(qū)域。 受到洪水系統(tǒng)影響的區(qū)域。 容易發(fā)生工藝溢出、濕氣侵入或酸性蒸汽的區(qū)域。 碳鋼管道系統(tǒng)，包括為保護(hù)人員而絕緣的管道系統(tǒng)，工作溫度在 25° F 至 250° F（-4° C 至 120° C）之間。當(dāng)工作溫度導(dǎo)致大氣水分頻繁凝結(jié)和再蒸發(fā)時(shí)，CUI 尤其具有侵蝕性。 碳鋼管道系統(tǒng)通常在 250° F (120° C) 以上的溫度下運(yùn)行，但屬于間歇性使用。 從絕緣管道中伸出的死角和附件在與活動(dòng)管線不同的溫度下運(yùn)行。 奧氏體不銹鋼管道系統(tǒng)在 150° F 至 400° F（60° C 至 204° C）之間運(yùn)行。這些系統(tǒng)易受氯化物應(yīng)力腐蝕開裂的影響。 振動(dòng)管道系統(tǒng)容易對絕緣護(hù)套造成損壞，從而為水的侵入提供通道。 蒸汽追蹤管道系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生追蹤泄漏，尤其是在絕緣層下方的管道配件處。 管道系統(tǒng)的涂層和/或包裝材料已損壞。 為了測量絕緣管道的厚度而拆除絕緣塞的位置應(yīng)受到特別注意 (2)。

  所有設(shè)備都會(huì)在某個(gè)時(shí)候關(guān)閉。設(shè)備在環(huán)境溫度下停機(jī)的時(shí)間長度和頻率很可能會(huì)影響設(shè)備絕緣層下腐蝕的程度。使用傳統(tǒng)檢查方法調(diào)集所需資源來處理這一大批管道將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。實(shí)時(shí) X 射線的優(yōu)勢就在于此。一旦確定受損區(qū)域，后續(xù) X 射線和超聲波可以測量外部腐蝕造成的損失。這些技術(shù)無法檢測不銹鋼中的 CISCC。

替代檢查方法

• 目前的絕緣層下腐蝕檢測方法有：

  剖面射線照相術(shù)

   

  圖 1：剖面射線照相術(shù)

  曝光由管壁的一小部分組成。使用諸如 Ricki T 之類的比較塊來計(jì)算管道的剩余壁厚。曝光源通常是銥 192，而較厚壁的管道則使用鈷 60。（見圖 1。）

  剖面射線照相術(shù)是一種有效的評估方法，但在直徑超過 10 英寸（25.4 厘米）的管道系統(tǒng)中，技術(shù)難度較大，而且只能驗(yàn)證相對較小的區(qū)域。
  該技術(shù)無法檢測不銹鋼中的 CISCC。此外，輻射安全可能是一個(gè)真正的問題。檢查期間，沒有人可以在該區(qū)域內(nèi)工作，這可能導(dǎo)致停機(jī)和人力調(diào)度沖突。

  超聲波厚度測量

   

  圖 2：UT 檢測

  這是一種有效的方法，但僅限于小區(qū)域。（見圖 2。）切割絕緣孔并用蓋子或蓋子蓋住孔的成本很高。切割足夠多的孔以獲得可靠的結(jié)果是不切實(shí)際的。如果不小心恢復(fù)絕緣層上的檢查孔，絕緣層上的檢查孔可能會(huì)損害絕緣層的完整性并加劇絕緣層下腐蝕問題。該技術(shù)無法檢測不銹鋼中的 CISCC。

  移除絕緣層
  最有效的方法是移除絕緣層，檢查管道表面狀況，然后更換絕緣層。這種方法可以檢測不銹鋼中的 CISCC；可能需要渦流或液體染料滲透檢測。這也是成本和時(shí)間損失最高的方法。移除絕緣層的后勤工作可能涉及石棉及其伴隨的并發(fā)癥。如果在管道運(yùn)行時(shí)移除絕緣層，可能會(huì)出現(xiàn)與工藝相關(guān)的問題。

  紅外線
  在適當(dāng)?shù)臈l件下，紅外線可用于檢測絕緣層中的潮濕點(diǎn)，因?yàn)楦山^緣層和濕絕緣層之間通常存在可檢測的溫差。濕絕緣層下方的區(qū)域極有可能發(fā)生腐蝕。

  中子背散射
  該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于檢測管道和容器上的潮濕絕緣材料。放射源向絕緣材料發(fā)射高能中子。如果絕緣材料中有水分，氫核會(huì)減弱中子的能量。該儀器的測量儀探測器僅對低能中子敏感。向檢查員顯示的計(jì)數(shù)與絕緣材料中的水量成正比。每個(gè)時(shí)間段的計(jì)數(shù)低表示水分含量低。

實(shí)時(shí)放射攝影

圖 3：

• 熒光透視檢查可以透過絕緣層清晰地看到管道外徑，并在檢查期間觀看的電視型監(jiān)視器上產(chǎn)生管道外徑 (OD) 的輪廓。無需使用或沖洗膠片。實(shí)時(shí)設(shè)備有一個(gè)源和連接到 C 臂的圖像增強(qiáng)器/探測器。（見圖 3。）目前市場上有兩大類 RTR 設(shè)備；一類使用 X 射線源，一類使用放射源。每種設(shè)備都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但 X 射線系統(tǒng)的分辨率遠(yuǎn)高于同位素型設(shè)備 (3)。

  X 射線數(shù)字透視設(shè)備的最大工作電壓為 75 KV，屬于低電平電源，但電壓可調(diào)，以獲得最清晰的圖像。這樣可以在操作單元甚至密閉空間中安全無干擾地運(yùn)行。輻射不會(huì)像更強(qiáng)大的伽馬射線或 X 射線那樣穿透管壁，而是會(huì)穿透絕緣層并對管道外壁的輪廓進(jìn)行成像。輻射是由電產(chǎn)生的，因此儀器在斷電時(shí)非常安全，而用于壁面拍攝的銥 192 即使在相機(jī)內(nèi)屏蔽時(shí)也會(huì)不斷產(chǎn)生伽馬輻射。因此，伽馬射線相機(jī)在所有操作（包括運(yùn)輸和裝運(yùn)）期間始終需要仔細(xì)的監(jiān)督和控制。帶有電產(chǎn)生 X 射線的系統(tǒng)在運(yùn)輸方面要方便得多。

  新系統(tǒng)配有平視視頻顯示器。頭盔式護(hù)目鏡型視頻顯示器解放了系統(tǒng)操作員的雙手，使他們能夠操縱 C 臂，同時(shí)始終將圖像保持在操作員面前。平視顯示器還可以通過遮擋陽光來提高解釋能力?？梢允褂靡曨l打印機(jī)在現(xiàn)場打印視頻圖像，也可以使用標(biāo)準(zhǔn) VCR 錄制視頻圖像以供日后評估。

執(zhí)行檢查

• 使用上面列出的排序標(biāo)準(zhǔn)，可以對可在合理時(shí)間范圍內(nèi)管理的管道清單進(jìn)行優(yōu)先檢查。然后，CUI 檢查人員將逐一檢查管道。

  “C”形臂是用于掃描管道的實(shí)際設(shè)備。一側(cè)的陰極射線管產(chǎn)生 X 射線，將其發(fā)射到另一側(cè)的接收器。操作員操縱臂繞過管道，通過安全帽上的黑白平視顯示器引導(dǎo)它。典型的掃描將沿管道向上移動(dòng)，同時(shí)將臂向軌道兩側(cè)移動(dòng)約 45°。然后，C 形臂旋轉(zhuǎn) 180°，以類似的方式向下掃描管道。旋轉(zhuǎn) 90° 后，重復(fù)上下過程。

結(jié)果

圖 4：銹蝕示例 圖 5 圖 6

• 對于外行人來說，屏幕上的圖像似乎表明腐蝕非常嚴(yán)重。然而，屏幕上顯示的是銹蝕的剝落（見圖 4 和 5）。以這種方式進(jìn)行檢查，檢查員可以在短時(shí)間內(nèi)檢查大量管道。

   

局限性

• 該系統(tǒng)的主要限制之一是 C 臂。有幾種尺寸的 C 臂可供選擇。制造商已成功檢查直徑達(dá) 24 英寸的管道。這些系統(tǒng)最初不是為現(xiàn)場設(shè)計(jì)的，而是為實(shí)驗(yàn)室工作設(shè)計(jì)的。

  這一限制已得到解決，如今可用的系統(tǒng)更加強(qiáng)大。然而，它們?nèi)匀恍枰浅Ｐ⌒暮妥⒁狻？倳?huì)有一定比例的管道無法使用實(shí)時(shí) X 射線。最典型的例子是緊密嵌套的管道之間的中心線，管道之間幾乎沒有間隙。最后，雖然 X 射線的能量很低，但它們?nèi)匀皇禽椛?，因此必須極其謹(jǐn)慎地使用該系統(tǒng)

實(shí)時(shí)射線照相技術(shù)用于定位管道部件，以進(jìn)行可靠的材料識別程序

• ?？松芯颗c工程公司的 Alan Wolf (2) 最近寫道：“多年來，該行業(yè)經(jīng)歷了數(shù)起事故，其根本原因是材料安裝不當(dāng)?！彼€建議，在尋找管道部件時(shí)，實(shí)時(shí) X 射線是替代絕緣去除的有效方法。使用正確的實(shí)時(shí)射線照相程序進(jìn)行廣泛的現(xiàn)場測試，已證明在檢測焊縫冠部至少為 1/32 至 1/16 英寸（1-2 毫米）的環(huán)形焊縫時(shí)，現(xiàn)場可靠性達(dá)到 99%。