So sánh kỹ thuật dòng điện xoáy và kỹ thuật siêu âm IRIS trong kiểm tra ống trao đổi nhiệt

Người thực hiện kiểm tra cho việc bảo dưỡng các hệ thống trao đổi nhiệt có trách nhiệm trả lời cho câu hỏi nên chọn kỹ thuật NDT nào cho thích hợp. Có hai kỹ thuật thông thường nhất là: kiểm tra dòng điện xoáy (ECT) và siêu âm IRIS.

Kiểm tra dòng điện xoáy dựa trên cơ sở đo sự thay đổi trở kháng trên đầu dò khi đầu dò đi qua một khuyết tật. Độ sâu của khuyết tật được ước lượng bằng cách so sánh tín hiệu ECT với tín hiệu thu được từ một khuyết tật chuẩn. Một mẫu ống chuẩn với khuyết tật rõ nét được làm từ vật liệu cùng loại với đối tượng kiểm tra. Phụ thuộc vào thiết bị, tốc độ kiểm tra ECT có thể lên tới 60~72 inch/giây. Một kỹ thuật khác của ECT là RFECT (kiểm tra dòng xoáy trường xa) thường được sử dụng để kiểm tra các ống thép cacbon. Tốc độ kiểm tra RFECT tương đối chậm nếu so sánh với ECT vì tốc độ của nó chỉ vào khoảng 12 inch/giây.

Kỹ thuật siêu âm IRIS được thực hiện bằng cách sử dụng một đầu dò siêu âm hội tụ và một gương quay nhằm tạo ra hình ảnh quét xoắn ốc. Tất cả dữ liệu được thực hiện với ống chứa đầy nước. Sóng siêu âm được phản xạ từ mặt trong và mặt ngoài của ống và sự chênh lệch về thời gian sẽ được sử dụng để tính toán chiều dày. Tốc độ kiểm tra thường vào cỡ 2~4 inch/giây. Để áp dụng được kỹ thuật IRIS, ống kiểm tra cần được làm sạch thật kỹ nhằm đảm bảo tiếp xúc âm tốt.

Cả 2 kỹ thuật đều có cả ưu điểm và nhược điểm. Các dữ liệu dưới đây so sánh khả năng của 2 kỹ thuật ECT và IRIS trong kiểm tra ống trao đổi nhiệt. Thông tin này được lấy từ báo cáo của Viện Công nghệ Vật liệu Hóa học Công nghiệp. Báo cáo này giới thiệu về khả năng của các kỹ thuật NDT trong kiểm tra ống. Dữ liệu được lấy bằng cách sử dụng mô hình đặc trưng, đáng tin cậy.

Vật liệu ống

ECT có khả năng phát hiện cao đối với tất cả các loại vật liệu không từ tính. Bao gồm: thép không gỉ, titan, hastelloy, đồng,… Bảng 1 cho thấy ECT có thể phát hiện tới 91% khuyết tật trong thép không gỉ, trong khi đó IRIS chỉ phát hiện được 28%. Tuy nhiên, IRIS lại có khả năng phát hiện cao hơn đối với các loại vật liệu sắt từ. Cụ thể, IRIS có thể phát hiện được 83% khuyết tật trong thép cacbon trong khi RFECT chỉ phát hiện được 67%.


Loại khuyết tật

Dữ liệu từ bảng 2 cho thấy rõ ràng rằng: trong khi kỹ thuật IRIS là một công cụ tốt cho việc phát hiện ăn mòn trong ống thì nó lại khó có thể phát hiện các loại khuyết tật thông thường trong vật liệu không từ tính. IRIS không thể phát hiện được nứt trong thép không gỉ, đồng thau, hastelloy, inconel; khuyết tật MIC trong thép không gỉ; lỗ trống trong titan,…


Hình dưới đây mô tả các loại khuyết tật thông thường trong ống trao đổi nhiệt.


Xác định kích thước khuyết tật

Báo cáo của MTI cho thấy khả năng xác định kích thước của ECT so với IRIS. ECT có thể phát hiện được 91% khuyết tật trong thép không gỉ và xác định 47% với sai lệch ±10% so với kích thước thật. Trong khi đó, IRIS phát hiện sai tới 72% khuyết tật trong thép không gỉ. Trong số 28% khuyết tật phát hiện được bởi IRIS, tỷ lệ xác định kích thước là 59% với sai lệch ±10% so với kích thước thật. Khả năng xác định kích thước khuyết tật của IRIS trong titan tương đối kém. Nếu như ECT có thể phát hiện được 98% khuyết tật trong titan, và khả năng xác định kích thước là 72% với sai lệch 10% so với kích thước thật thì IRIS chỉ có thể phát hiện được 68% và khả năng xác định kích thước là 32% ± 10% so với kích thước thật. Tuy nhiên, đối với thép cacbon, khả năng xác định của IRIS lại cao hơn RFECT. IRIS có thể phát hiện 83% khuyết tật và xác định kích thước cỡ 51% ± 15% so với kích thước thật. Trong khi đó, RFECT có thể phát hiện được 67% và khả năng xác định kích thước chỉ là 33% ± 15%.


Tốc độ kiểm tra và mức độ bao phủ

Khả năng phát hiện (hay mức độ bao phủ) của IRIS phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ kiểm tra. IRIS được thực hiện bằng cách sử dụng chùm siêu âm quay cho hình ảnh quét xoáy ốc. Với kích thước mỗi điểm là 0.0625 inch và tốc độ quay là 32 vòng/giây, có thể đạt được mức độ bao phủ 100% tại tốc độ quét 2 inch/giây. Nếu tốc độ quét là 4 inch/giây, mức độ bao phủ giảm xuống còn 50%. Trong khi đó, mức độ bao phủ của ECT phụ thuộc vào tốc độ lấy mẫu. Nếu tốc độ lấy mẫu là 2000 mẫu/giây, việc kiểm tra có thể thực hiện với tốc độ lên tới 72 inch/giây.


Khuyến nghị

Dựa trên những dữ liệu trên, xin đề xuất một số khuyết nghị dưới đây:

Đối với các vật liệu không từ tính, như thép không gỉ, titan, đồng thau, hợp kim Cu-Ni, inconel nên kiểm tra bằng kỹ thuật kiểm tra dòng điện xoáy (ECT). ECT có khả năng phát hiện cao và tốc độ kiểm tra nhanh đối với các loại vật liệu không từ tính.

Đối với các vật liệu sắt từ, như thép cacbon, có thể kiểm tra bằng IRIS hoặc RFECT. Trong đó, IRIS nên sử dụng khi cần phát hiện các khuyết tật dạng lỗ nhỏ. Còn nếu khuyết tật cần phát hiện là dạng ăn mòn, không bao gồm các lỗ nhỏ, chúng ta có thể sử dụng IRIS hoặc RFECT đều được. IRIS cho độ chính xác cao hơn nhưng tốc độ kiểm tra lại chậm hơn và yêu cầu làm sạch kỹ lưỡng. Trong khi đó, RFECT có tốc độ kiểm tra nhanh hơn và yêu cầu làm sạch tối thiểu. RFECT là một công cụ tốt trong việc kiểm tra ống gia nhiệt cấp nước trong các nhà máy phát điện, ở đó dạng khuyết tật chủ yếu là ăn mòn. Nhưng trong trường hợp ống thép cacbon với lọc nhôm, IRIS lại là kỹ thuật được khuyên dùng.

Người kiểm tra NDT đóng một vai trò quan trọng trong việc thực hiện các kỹ thuật NDT cho kiểm tra ống. Sẽ có một sự thay đổi lớn trong kết quả kiểm tra phụ thuộc vào kỹ năng của người kiểm tra. Do đó, một điều quan trọng là cần thiết lập một số minh họa chứng tỏ khả năng của người kiểm tra trong việc phát hiện, phân biệt, và xác định kích thước của tất cả các loại khuyết tật: bên trong, bên ngoài, thể tích dạng nhỏ, thể tích dạng lớn, nứt,…

Tài liệu tham khảo:

1.   Krzywosz, K and Cagle, L. Flaw Detection and Characterization in Heat Exchanger Tubing. MTI Project 123, Material Technology Institute of the Chemical Industries, St. Louis, 1999.
2.   A. S. Birring, "Selection of NDT Techniques for Inspection of Heat Exchanger Tubing", ASNT International Conference on Inspection in the Petrochemical Industry, Houston, March 2001.