基于電磁渦流檢測的遠洋船舶冷水機組探傷檢測與優(yōu)化管理

時間：2023-06-16 00:41:29

關鍵字：遠洋船舶渦流探傷優(yōu)化改進

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[導讀]摘要:為保障遠洋船舶冷水機組正常運行,采用渦流探傷檢測對冷水機組冷凝器銅管的損傷原因進行研究。分析了電磁渦流探傷的原理及方法,結合遠洋船舶周邊的環(huán)境特點,制定了螺桿機組電磁渦流檢測流程及方案:最后,對機組中冷凝器探傷結果進行分類統(tǒng)計,分析其損傷原因,并給出優(yōu)化改進方案。

引言

近年來,某型遠洋船舶出航呈"三高"態(tài)勢,對遠洋船舶空調冷水機組穩(wěn)定可靠運行提出了更高的要求。某型遠洋船舶空調系統(tǒng)冷卻裝置均采用丹麥Sabroe制冷公司生產的SAB128/SAB163型冷水機組。從出廠至今10余年間,該遠洋船舶冷水機組多次出現不同程度的冷凝器管路腐蝕,造成冷凝器制冷劑泄漏,導致冷水機組無法運行,若無法及時修復,將嚴重影響船舶行動計劃。電磁渦流檢測是五大常規(guī)無損檢測技術之一,為了消除遠洋船舶冷水機組運行中的隱患,本文結合電磁渦流探傷技術,制定了遠洋船舶冷水機組電磁渦流檢測流程,建立了檢測方案,對冷凝器銅管的損傷情況進行檢測,并根據檢測結果,分析冷凝器銅管的損傷原因,制定相應的優(yōu)化改進方案,采取相應的預防措施,降低機組運行風險。

1電磁渦流檢測原理及方法

1.1檢測原理

電磁渦流檢測的理論基礎是電磁感應。在探頭的激勵線圈中通以高頻交變電流,在附近的被測管壁中就會感應出渦流,冷凝器銅管的幾何缺陷、電磁異常和尺寸變化等因素都將影響管內的渦流,而渦流的變化又使檢測線圈的阻抗或感應電壓產生變化,從而得到關于缺陷的信號,根據此信號的幅值和相位的改變,即可得出冷凝器銅管的尺寸及缺陷情況。

在檢測中,將檢測到的缺陷信號相位角與標準曲線對照,即可判定缺陷的相對情況,缺陷位置與信號相位角關系曲線如圖1所示。缺陷位置是內壁還是外壁須通過相位角來確定,通孔缺陷信號相位角為40o,相位角小于40o為內壁損傷,此時相位角越大,缺陷深度越大:相位角大于40o則為外壁損傷,此時相位角越大,缺陷深度越小。不同缺陷深度對應的電磁渦流探傷檢測波形如圖2所示。

1.2檢測方案

在對sAB螺桿機組銅管進行渦流檢測之前,必須預先制作與被檢管具有相同或相近的規(guī)格牌號、熱處理狀態(tài)、表面狀態(tài)和電磁性能的標準樣管,冷凝器銅管樣管圖如圖3所示。用制作好的標準樣管來調節(jié)渦流儀器的檢測靈敏度并確定評定標準。檢測前可根據渦流滲透深度公式進行檢測頻率預選,再對已加工好的標準樣管進行測試,進一步修正參數,最后找出頻率、相位、增益等參數的最佳值。在最佳情況下,取得標準樣管上人工缺陷的幅度、相位及深度等參數,并以這些參數作為檢測標準對待檢的銅管進行實際檢測。

現場檢測人員包括檢測組和綜合協調組兩組成員,兩組成員在檢測前、檢測中和檢測后均需要保持溝通協調,確保電磁渦流探傷檢測步調一致。檢測組在檢測開始前需要制作標準樣管、檢測所需的探頭、機組管版圖、標定曲線等;檢測過程中需要采集數據,判斷可疑點,并對可疑點進行復測,同時根據需要進行機組冷凝器銅管檢漏工作;檢測完成后,檢測組對測試的數據進行分析并出具檢測報告。

綜合協調組為配合檢測組工作,在檢測開始前需要拆除冷凝器兩邊端蓋、清潔并吹干冷凝器銅管,并預備一些渦流探傷檢測的必需物資;檢測過程中綜合協調組應委派專職人員配合檢測組檢測;檢測完成后,安裝冷凝器兩端蓋。

2檢測結果與分析

遠洋船舶常年在海上航行,船體浸泡在海水中,sAB螺桿機組所處環(huán)境濕度較大,致使sAB螺桿機組冷凝器換熱管損傷主要是腐蝕損傷,如圖4所示。本文根據實際檢測情況,將冷凝器換熱管腐蝕損傷程度分為5個等級:嚴重損傷(紅色)、較重損傷(紫色)、一般損傷(黃色)、輕微損傷(藍色)和無明顯損傷(綠色)五類,如表1所示。

損傷程度的判定依據為損傷深度和損傷系數這兩個指標,根據檢測評估的保守原則,損傷程度評定時,選擇這兩個指標中相對較嚴重的情況作為評判標準。

根據表1中的冷凝器換熱管損傷程度等級劃分標準,將六臺冷凝器換熱管的損傷檢測結果進行分類,結果如圖5所示,各類損傷程度的統(tǒng)計數據如圖6所示。

根據檢測結果分析可知,六臺冷水機組冷凝器銅管均出現了比較嚴重的損傷。從損傷換熱表面狀況來分析是海水腐蝕造成的,從腐蝕部位來看,相對比較集中,大部分位于距離冷凝器銅管管口5cm以內,且進口端腐蝕程度遠大于混合端,這就表明冷凝器銅管進口端受到了海水流速和泥沙的直接沖擊,產生的沖刷腐蝕嚴重。

3優(yōu)化改進與使用管理

3..優(yōu)化方案的提出

為有效提升冷凝器銅管運行可靠性,根據冷凝器銅管電磁渦流探傷結果分析,給出以下三種行之有效的維護處理意見:

(l)更換損傷嚴重的冷凝器銅管:

(2)對冷凝器銅管管口腐蝕坑進行補焊修復:

(3)在冷凝器銅管進口端加裝5cm長聚乙烯護套,套管正好能保護到腐蝕嚴重的部位,避免海水和泥沙沖刷影響。

對比三種方案:第一種方案,雖然能徹底解決銅管被腐蝕嚴重的問題,但是大面積更換冷凝器銅管,需花費大量人力、物力,而且大面積換銅管容易造成管板變形等情況,實施起來難度大:第二種方案,通過補焊雖然能及時修復腐蝕部位,但是從長遠看,修復部位受海水沖刷,還是會出現再次脫落的隱患,補焊修復后的銅管穩(wěn)定性不可預測:而第三種方案,加裝聚乙烯套管不僅能有效保護嚴重腐蝕部位,且材料常見,價格優(yōu)惠,加裝操作簡便。綜合以上考慮,在冷凝器銅管進口端加裝5cm長聚乙烯護套這一優(yōu)化改進方案,經濟性高,可操作性強。

3.2優(yōu)化方案的可行性分析

雖然在冷凝器銅管進口端加裝5cm長聚乙烯護套能有效保護冷凝器銅管管口不被海水沖刷腐蝕,但能否滿足冷凝器換熱要求還需進一步驗證。

某型遠洋船舶目前配備有540kw冷水機組4臺、280kw冷水機組2臺,按照實際使用情況,一般同時使用2臺540kw冷水機組、1臺280kw冷水機組,初步計算,遠洋船舶單臺機組的年實際使用時間在4000h以上。參照《制冷原理與設備》,臥式冷凝器設計參數選擇如表2所示。加裝聚乙烯護套后,只要冷凝器銅管內的水流速小于2.4m/S,即可滿足要求。

在工程上,為了簡化計算,通常把復雜的熱傳遞過程用一個總傳熱系數來表示,總熱傳系數的計算公式為:

式中:K為總熱傳系數[w/(m2·℃)]:a0為管內給熱系數[w/(m2·℃)]:6為換熱管壁厚度(m):入為傳熱管導熱系數[w/(m2·℃)]:A0/A1為管內與管外表面積之比:R為污垢熱阻[w/(m2·℃)]:a1為管外給熱系數[w/(m2·℃)]。

熱傳系數K的大小與冷熱流體的流動情況,熱傳壁面的材料、形狀、尺寸等許多因素有關。K越大,表明換熱設備的熱傳導能力越強,傳熱效果越好。

熱交換器的換熱面積計算公式為:

式中:A為換熱面積(m2):0為換熱量(w):ATm為熱交換器對數平均溫差(℃):w為溫度修正系數,一般應不小于0.8:K為總熱傳系數[w/(m2·℃)]。

查詢708所提供的原始機組資料可知,機組熱負荷0k=692kw,冷卻水流量Gs=153.5m3/h,流程數N=2,每流程管子數Z=162,散熱管管長L=2340mm,筒體外徑D外=450mm,銅管內徑d管=13mm,水流速o管=2.0m/s。

而加裝的護套長度為5cm,加裝護套總數為81。根據護套加裝情況,對相關參數進行修訂,護套內水流速按o護=2.4m/s最低要求,代入上述公式進行計算,可以得出,加裝護套部位內徑d護=10.58mm,而原始銅管內徑d管=13mm,最終可以得到護套厚度為1.21mm。

根據上述計算可以得出,只要在冷凝器銅管進口端加裝5cm長聚乙烯護套的厚度小于1.21mm,對機組換熱性能就沒有影響。

3.3優(yōu)化方案的效用驗證

為進一步驗證冷凝器銅管加裝聚乙烯護套改進后的機組換熱量是否滿足實際工作所需,機組制冷性能是否處于正常范圍,對其中一臺普艙冷水機組冷凝器進口端加裝內徑為11mm、壁厚為1mm、長為5cm的護套,進行效用驗證。加裝后的效果圖如圖7所示。在同一外部環(huán)境、同等制冷量需求下,通過分別運行改進后的機組和原有機組,對比機組冷媒水出口溫度穩(wěn)定在7℃時機組負荷差異。