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 a tekercs H A mágnesteret hoz létre; a tekercs impedanciája: Z levegő H tekercs a villamosan vezető vizsgálati anyag fölött a tekercs impedanciája Z B -re változik tekercs a repedés fölött a repedés miatt az örvényáramok torzulnak, a tekercs impedanciája -re változik Z repedés mágneses tér levegő H B H C a) vizsgálati anyag H B H C b) c) repedés Z levegő a tekercs impedanciája (Z) Z repedés L Z B d) R 1. ábra Az örvényáramos vizsgálat elve, H A, H B és H C -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.