FSEC · RFT · MFT · IRIS
Rohrprüfverfahren für luftgekühlte Wärmetauscher (ACHE)
Technisches Referenzblatt · Rev. 1 · API 510 / API 661 / ASTM E2884
Original-PDF herunterladenÜberblick
Luftgekühlte Wärmetauscher (ACHEs) verwenden Rohre aus Kohlenstoff- oder niedriglegiertem Stahl mit äußeren Rippen aus Aluminium oder Stahl. Diese Geometrie stellt eine besondere Prüfherausforderung dar: externe Verfahren, die Oberflächenkontakt erfordern (MFT), werden durch die Rippen physikalisch blockiert, während interne Verfahren mit ferromagnetischem Werkstoff variabler Permeabilität zurechtkommen müssen. Dieses Referenzblatt vergleicht die drei primären ZfP-Verfahren — FSEC, RFT und MFT — und ordnet IRIS als ergänzendes Verifizierungswerkzeug für ausgewählte Rohre ein.
Verfahrensvergleich
| Parameter | FSEC | RFT | MFT | IRIS |
|---|---|---|---|---|
| Prinzip | DC-Vormagnetisierung + AC-Wirbelstrom | Fernfeld (doppelter Wanddurchgang) | DC-Sättigung, Streufluss (Hall) | Rotierender UT-Spiegel, Laufzeit-Wandmessung |
| Rolle | Primär-Screening — 100 % Abdeckung | Alternatives Screening — begrenzt anwendbar | Nicht anwendbar (Rippen blockieren Magnet) | Verifizierung / FFS — ausgewählte Rohre |
| Rippen-Kompatibilität | Kein Einfluss — vollständig interne Sonde | Signalverschiebung möglich (Al-Rippen verändern Phase) | Nicht möglich — Magnetkontakt blockiert | Kein Einfluss — vollständig interne Sonde |
| Prüfgeschwindigkeit | 0,5 – 1,0 m/s (~30–60 s / 30 m) | 0,05 – 0,3 m/s (~3–10 min / 30 m) | entfällt | 0,02 – 0,05 m/s (~10–25 min / 30 m) |
| Wanddicke | Relativ (% Verlust), bezogen auf Kalibriernormal | Relativ (% Verlust), Phase vs. Referenz | entfällt | Absolut (mm), ± 0,1 mm Auflösung |
| Ferromagnetisches Rohr | Hervorragend — DC-Vormagnetisierung eliminiert µr-Rauschen | Gut — niedrige Frequenz überwindet µr | Erfordert Sättigung + externen Kontakt | Hervorragend — materialunabhängige Laufzeit |
| Kopplung / Medium | Trocken — kein Wasser erforderlich | Trocken — kein Wasser erforderlich | entfällt | Wassergefülltes Rohr erforderlich; Trübung < 5 NTU |
| Optimaler WT-Bereich | 1,5 – 6 mm — ideal für typische ACHEs | 2 – 8 mm — dünne Wand: Empfindlichkeit sinkt | 3 – 12 mm — dünne Wand ungeeignet | Beliebige Wanddicke — frequenzunabhängig |
| Wesentliche Normen | ASTM E2884, API 510, API RP 585, API 661 | ASTM E2096, API 510 | ASTM E570 | ASTM E2929, API 510, API 579 (FFS) |
| Eignung Luftkühler | Empfohlen — erste Wahl für CS / LAS | Eingeschränkt — Geschwindigkeits- & Rippensignal-Probleme | Nicht geeignet — Rippengeometrie inkompatibel | Nur Verifizierung — 5–15 % der Rohre nach FSEC |
Warum FSEC das bevorzugte Verfahren für ACHEs ist
Rippengeometrie ist keine Einschränkung
FSEC-Sonden arbeiten vollständig im Inneren des Rohrs. Rippen auf der Außenseite (OD) sind für den Messvorgang unsichtbar. Weder die DC-Vormagnetisierungsspule noch die AC-Messspule treten in Wechselwirkung mit dem externen Rippenmaterial, sofern die Rippenfußkorrosion auf der OD korrekt im Kalibriernormal abgebildet ist.
Ferromagnetischer Werkstoff — Permeabilitätsrauschen eliminiert
Kohlenstoffstahl hat eine relative Permeabilität µr von 100 – 1.000, abhängig von Kaltverformung, Schweißzonen und thermischer Vorgeschichte. Konventioneller Wirbelstrom wird von Permeabilitätsrauschen überlagert. FSEC legt ein DC-Vormagnetisierungsfeld an, das ausreicht, um das Rohr in die magnetische Sättigung zu treiben (typisch 0,5 – 2 T Flussdichte). In der Sättigung gilt die differenzielle Permeabilität µdiff → 1, sodass sich das überlagerte AC-Feld so verhält, als wäre der Werkstoff paramagnetisch. Die Eindringtiefe δ = √(2/ωσµ) wird stabil und vorhersagbar und ermöglicht eine zuverlässige phasenbasierte Signalanalyse.
Prüfgeschwindigkeit ermöglicht vollständige Bündelabdeckung
Bei 0,5 – 1,0 m/s lässt sich ein typisches Bündel mit 400 Rohren (30-m-Rohre) in 6 – 8 Stunden einschließlich Rüstzeit screenen. RFT bei 0,05 – 0,3 m/s benötigt für dasselbe Bündel 50 – 130 Stunden — wirtschaftlich unvereinbar mit einem Turnaround-Fenster von 48 – 72 h. MFT ist durch die Rippengeometrie physikalisch ausgeschlossen.
Optimaler Wanddickenbereich
Typische ACHE-Rohrwanddicken liegen bei 1,8 – 3,2 mm (API 661 / TEMA R). Die FSEC-Frequenz wird so abgestimmt, dass die Eindringtiefe δ ≈ 1,2 – 1,5 × der Nennwanddicke beträgt, was das beste Gleichgewicht aus voller Wanddurchdringung und Phasenauflösung zwischen ID- und OD-Fehlern ergibt. RFT leidet bei dünnen Wänden aufgrund der exponentiellen Doppeldurchgangs-Dämpfung e−2d/δ unter verringerter Phasenunterscheidung.
IRIS — quantitative Verifizierung für ausgewählte Rohre
IRIS (Internal Rotary Inspection System) ist kein Screening-Verfahren. Es ist ein messtechnisches Verifizierungswerkzeug, das an einer kleinen Teilmenge von Rohren (typisch 5 – 15 %) eingesetzt wird, die durch das FSEC-Screening identifiziert wurden. Sein wesentlicher Vorteil gegenüber FSEC und RFT besteht darin, dass es die Wanddicke in absoluten Millimetern misst, unabhängig von einem Referenz-Kalibriernormal.
Physikalisches Prinzip: Ein fokussierter Ultraschallstrahl wird durch einen rotierenden Spiegel (3 – 15 U/s) um 90° abgelenkt. Die Laufzeit zwischen dem ID-Echo und dem OD-Echo wird unter Verwendung der bekannten Longitudinalwellen-Geschwindigkeit in Stahl (c ≈ 5920 m/s) in eine Wanddicke umgerechnet. Der helikoidale Scan erzeugt ein C-Scan-Bild mit 1 – 2 mm Spurabstand und liefert sowohl die axiale als auch die umlaufende Fehlergeometrie.
Wanddicke = t(ID → OD) / 2 × cStahl
IRIS-Auswahlkriterien
| WT-Verlust ≥ 20 – 25 % | FSEC-Anzeige überschreitet das Akzeptanzniveau nach API 510; IRIS liefert den Absolutwert für den RSF nach API 579 |
| Mehrdeutiges Phasensignal | Überlappende ID/OD-Fehler an derselben axialen Position lassen sich allein durch die FSEC-Phase nicht auflösen; der IRIS-C-Scan trennt sie räumlich |
| Lochfraß-Cluster | Isolierte tiefe Lochfraßstellen erfordern die exakte Tiefe für die Druckbehälter-Berechnung |
| Schweiß- / Walzübergang | FSEC-Kalibrierung ist an Zonen ungleicher Werkstoffe weniger zuverlässig; IRIS misst die Laufzeit materialunabhängig |
| Bestätigung vor dem Verschließen | Eine irreversible Maßnahme erfordert einen absoluten WT-Bezugswert; IRIS ist die normative Grundlage für Verschlussentscheidungen |
Empfohlener Prüfablauf
- 1
FSEC 100 %-Screening
Alle Rohre bei 0,5 – 1,0 m/s gescannt → Anzeigenliste erstellt (Amplitude + Phase)
- 2
Anzeigen-Triage
Akzeptanzschwelle anwenden (typisch ≥ 20 – 25 % WT-Verlust) → mehrdeutige Phasensignale markieren
- 3
IRIS-Verifizierung
Ausgewählte Rohre gefüllt und gespült → rotierender UT-Scan, C-Scan aufgezeichnet
- 4
FFS-Bewertung
Absolute WT aus IRIS → API-579-RSF-Berechnung → Entscheidung Verschließen / Reparatur / nächste Prüfung
Betriebliche Anforderungen an IRIS
- Rohre müssen vollständig gespült und wassergefüllt sein — Trübung < 5 NTU für ausreichende UT-Kopplung
- Spülen, Füllen und anschließendes Entleeren / Trocknen kostet erheblich Zeit — ein IRIS aller 400 Rohre im obigen Beispiel würde allein ~80 – 130 h reine Sondenzeit erfordern
- Schlamm- oder Zunderablagerungen können den rotierenden Spiegel blockieren oder das UT-Signal dämpfen
- IRIS bestätigt den absoluten WT-Bezugswert, der vor einer irreversiblen Rohrverschluss-Entscheidung erforderlich ist (API 510 § 6.5)
Wichtigste Erkenntnisse
- ▸FSEC ist das einzige Verfahren, das ferromagnetische Eignung, Rippengeometrie-Kompatibilität und praktikable Prüfgeschwindigkeit für ACHE-Bündel vereint.
- ▸RFT ist technisch machbar, aber für große Bündel innerhalb typischer Turnaround-Fenster wirtschaftlich nicht tragfähig.
- ▸MFT ist durch die Rippengeometrie ausgeschlossen — externer Magnetkontakt auf der berippten OD ist nicht realisierbar.
- ▸IRIS liefert den absoluten Wanddicken-Bezugswert, der für API-579-FFS-Berechnungen und Verschlussentscheidungen erforderlich ist.
- ▸Best-Practice-Ablauf: FSEC 100 %-Screening → IRIS-Verifizierung markierter Rohre (5 – 15 %) → API 579 RSF → Instandhaltungsentscheidung.
Normative Verweise
| ASTM E2884 | Standard Guide for Eddy Current Examination of Tubing Using Partial Saturation |
| ASTM E2096 | Standard Guide for In Situ Examination of Ferromagnetic Heat-Exchanger Tubes Using Remote Field Testing |
| ASTM E570 | Standard Practice for Flux Leakage Examination of Ferromagnetic Steel Tubular Products |
| ASTM E2929 | Standard Practice for Guided Wave Testing of Above Ground Steel Pipework and IRIS of Heat Exchanger Tubing |
| API 510 | Pressure Vessel Inspection Code — § 6.5 Heat Exchanger Tube Inspection |
| API 661 | Air-Cooled Heat Exchangers for General Refinery Service |
| API RP 585 | Pressure Equipment Integrity Management — Inspection Technique Selection |
| API 579-1 / ASME FFS-1 | Fitness-For-Service — § 4 / 5 Remaining Strength Factor (RSF) Calculation |