遠場渦流技術在電站鍋爐檢驗中的應用

王 雪 李 秦 趙吉鵬 王文文

（甘肅省鍋爐壓力容器檢驗研究院 蘭州 730020）

遠場渦流技術在電站鍋爐檢驗中的應用

王 雪 李 秦 趙吉鵬 王文文

（甘肅省鍋爐壓力容器檢驗研究院 蘭州 730020）

近年來，在電站鍋爐水冷壁管檢驗中除使用傳統方法外，檢測人員開始嘗試引入遠場渦流新技術。本文在闡述遠場渦流檢測技術的原理和發展后，介紹了其在電站鍋爐水冷壁管上的應用試驗，成功檢出點蝕和分層缺陷。可見，該技術不但可以有效檢查常見缺陷，而且能發現傳統方法容易漏檢的其他缺陷。因此，遠場渦流檢測技術具有重要的推廣價值。

遠場渦流檢測技術 水冷壁管 電站鍋爐 分層缺陷

遠場渦流（RFEC. Remote Field Eddy Current）檢測技術是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測技術。1951年美國的W.R.Maclean首次申請了遠場渦流技術專利。1958年美國殼牌石油公司發展部嘗試使用這種技術測試石油管道的外壁腐蝕情況[1]，并于1961年研制出第一個在役管道遠場渦流檢測系統。1984年基于Schmidt對遠場渦流效應機理的解釋，遠場渦流作為無損檢測技術用于鐵磁性管道檢測的優越性得到了各個領域的認可。此技術在石油天然氣輸送管道、城市煤氣供應管道及核反應堆壓力管的檢測中得到了實際應用[2]，但在電站鍋爐檢驗中的應用尚在嘗試階段。

水冷壁是電站鍋爐的重要部件，對它的檢驗是電站鍋爐檢驗的重點之一。因為在煙氣、煤灰、火焰、內部高溫高壓汽水混合物的作用下，水冷壁管中原有缺陷極易擴展，并且易產生腐蝕、磨損等新損傷，如未及時發現并有效控制或消除，將導致管體發生爆裂、介質泄漏等嚴重事故[3]。目前檢驗水冷壁管一般為抽檢，采用宏觀檢驗、超聲波測厚和表面無損檢測等手段，檢測時間長，效率低，缺陷漏檢風險大。而遠場渦流檢測技術可以100%覆蓋被檢測管道，靈敏度高，涂層、污物、探頭提離對檢測結果影響小，檢測線圈位置對靈敏度影響小，不受趨膚效應影響，儀器操作簡便[4]，應用于電站鍋爐檢驗具有獨特的優勢。若先用遠場渦流設備全面檢查，發現缺陷信號、確定缺陷位置后運用其他檢測手段對缺陷定性定量，對加快檢測速度、提高檢驗效率、防止缺陷漏檢具有重要的現實意義。

1 遠場渦流檢測技術原理

圖1 遠場渦流效應示意圖

圖1-（a）是遠場渦流檢測常用的內通過式探頭示意圖，由激勵線圈和檢測線圈構成。激勵線圈通以低頻交流電J，由于電磁感應作用，線圈周圍空間產生緩慢變化的磁場B，時變磁場B激發出時變渦旋電場E，金屬管壁內形成呈閉合回路、漩渦狀流動的電流（即渦流）Je，同時渦流又在其周圍空間產生時變磁場。因此，金屬管壁內外的磁場是由線圈內的傳導電流J和金屬管壁內的渦流Je產生的磁場的矢量和。通常遠場渦流檢測系統不是測量檢測線圈的阻抗變化，而是測量檢測線圈感應電壓與激勵電流之間的相位差[5]，利用接收到的信號能判斷出金屬管壁上的缺陷和管壁的厚薄。

研究表明，遠場渦流檢測探頭的檢測線圈與激勵線圈的間距必須為2～3倍被測管內徑，這使得檢測線圈位于間接耦合占優勢的遠場區[1]。此區域檢測線圈管內外壁感應電壓的幅值下降趨勢相同且均明顯減緩，而且檢測線圈管內壁感應電壓的相位不再躍變。

2 電站鍋爐水冷壁管缺陷檢測實例

本次檢測是在對甘肅電投金昌發電有限責任公司的2#電站鍋爐進行定期檢驗時完成的，鍋爐型號為WGZ1170/17.5-I。

2.1 檢測儀器

采用加拿大的Russell NDE公司開發的多功能、高精確度和缺陷敏感度的Ferroscope 308遠場渦流檢測系統。針對本次檢驗選用型號為F308-12Ch-0022的外置式探頭，外觀如圖2所示，由3個絕對線圈和9個差動線圈組成。其中絕對線圈主要用于檢測特別大的缺陷和漸進的金屬損失，差動線圈對點狀和急劇變化的缺陷敏感。配套處理軟件為Adept Pro MC 1.3.1.6.SC。

圖2 F308-12Ch-0022的外置式探頭外觀圖

2.2 標樣管制備

為了獲取與水冷壁管相同的檢測狀態、避免電磁特性方面的差異，標樣管采用與被測水冷壁管相同的規格、材質及熱處理狀態，即φ60.3mm×7.5mm、SA-106C、正火態。電站鍋爐水冷壁管在使用過程中常會出現點腐蝕、沖蝕等損傷，嚴重時發生泄漏。因此標樣管設計了6種人工缺陷，尺寸見圖3。通孔和不同深度的圓底孔用以模擬不同程度的點腐蝕，凹槽用以模擬管壁等厚減薄，深度漸變缺陷用以模擬沖蝕損傷。

圖3 標樣管加工尺寸示意圖

2.3 儀器調整和校準

標樣管獲取的數據是儀器缺陷檢測能力的衡量標準，表示水冷壁管上缺陷識別的敏感程度。因此，調整儀器，選擇高靈敏度、產生的渦流不會使探頭過熱的工作頻率和驅動電壓[6]，獲得合適的激發電流，使電磁場穿透標樣管管壁，檢出標樣管上的最小缺陷，意味著儀器達到了要求的靈敏度，才能開始對電站鍋爐水冷壁管的檢測。

根據遠場渦流對標樣管上不同缺陷的響應情況，確定本次檢測選取的工作頻率為37Hz和74Hz，電壓為9V和12V。用遠場渦流探頭檢測標樣管，系統獲取數據后經軟件處理得到圖像，如圖4所示。圖4中1)～6)的曲線對應圖3中1)～6)的缺陷。

圖4 標樣管遠場渦流檢測電壓條狀平面圖

電壓圖曲線偏離基準線向左表示減薄，偏離基準線向右表示增厚[5]。曲線圖更直觀地顯示了缺陷處管壁厚度的變化。74Hz曲線圖較37Hz信噪比高，所以，實際檢測中以74Hz曲線為準，37Hz曲線作為參考。

2.4 現場檢測、數據處理與驗證

為了使遠場渦流檢測探頭底部和水冷壁管間的距離0.75 mm，保證探頭檢測靈敏度，現場檢測前，用砂輪機將水冷壁管表面厚厚的焦層去除，露出金屬壁。

按照測量標樣管時設置的工作參數對水冷壁管進行檢測。存在輕微點蝕的管子圖像如圖5所示，左邊第1個曲線圖是3個絕對線圈檢測得到的，基本為直線，說明沒有大的和深度漸變的缺陷；第2個和第3個曲線圖是9個差動線圈在工作頻率為37Hz和74Hz條件下檢測得到的，以74Hz為準，曲線箭頭示意處有擺動，認為有輕微點蝕。

圖5 水冷壁管點蝕缺陷遠場渦流檢測電壓條狀平面圖

圖6顯示管子有大厚度減薄現象。遠場渦流檢測中相位角和被測管厚度成正比，當管子壁厚減薄嚴重時，檢測線圈所接受的信號相位大幅度提前，原始相位相差較大，軟件無法計算減薄量[8]。

圖6 水冷壁管分層缺陷遠場渦流檢測電壓條狀平面圖

用傳統超聲波測厚儀測厚，此部位厚度僅有2.6 mm，初步判斷為嚴重局部點蝕。做好缺陷位置標記后割下管子，并將其剖開，再次測厚，如圖7所示，發現管外側厚度最薄處為2.21 mm，管內側厚度4.88 mm。

圖7 水冷壁管分層缺陷超聲波測厚照片

對無缺陷部位測厚，如圖8所示，壁厚為7.21 mm。因此可以認為該缺陷是夾層，靠近管外側。

圖8 水冷壁管無缺陷處超聲波測厚照片

3 結語

本文實例中遠場渦流檢測技術對在役電站鍋爐水冷壁管分層缺陷的檢出具有決定性作用，避免了重大缺陷的漏檢，是只用傳統手段無法實現的。

可見，在明確遠場渦流檢測技術優缺點的基礎上將其應用于電站鍋爐檢驗，可以實現快速全面檢測、提高缺陷檢出率和檢驗質量，及早發現潛在危險缺陷，使重特大事故防患于未然。因此，加快推動遠場渦流檢測技術在電站鍋爐檢驗工作中的應用，對保證檢驗質量和電站鍋爐的安全運行具有重要意義。

1 國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材 編審委員會.渦流檢測[M].北京：機械工業出版社，2010.114.

2 廉紀祥.管道遠場渦流檢測技術的進展[J].油氣儲運，2004，23（7）：14～16.

3 金南輝，成德芳，牟彥春.電站鍋爐水冷壁管遠場渦流檢測[J].無損檢測，2008，30（7）：404～406，424.

4 V.Shen. Strengths of remote field technology for Inline inspection of pipelines with challenging conditions [EB]. Russell NDE systems INC.,2009.

5 金萬里.遠場渦流無損檢測在電廠在役鋼管中的應用研究[J].發電設備，2000，（1）：28～31.

6 唐麗芳，劉慶峰，種玉寶.遠場渦流技術在鍋爐水冷壁管檢測中的應用[J].石油化工設備，2010，39（增刊1）：55～57.

7 Russell NDE systems INC.. Ferroscope? 308 使用手冊[CD].www.russelltech.com,2003.

8 Russell NDE systems INC.. Ferroscope? 308 遠場檢測（RFT）儀器和Adept Pro MCTM軟件[CD]. www. russelltech.com,2005.

※甘肅省科技支撐計劃項目（No:2010G S 05530）

Application of Remote-field Eddy-current Technique in Power Station Boiler Inspection

Wang Xue Li Qin Zhao Jipeng Wang Wenwen
(Gansu Boiler and Pressure Vessel Inspection Research Institution Lanzhou 730020)

Remote-field eddy-current test technique has been used recently in the inspection of the waterwall tube of power station boiler. The development and principle of the remote-field eddy-current test technique is explained, and one applied experiment is introduced in this article, in which one pitting defect and one delamination defect is detected.This technique can not only detect normal defects but also other defects which can not detected easily by traditional methods.Therefore, the remote-field eddy-current test technique is valuable for popularization.

Remote-field eddy-current test technique Water-wall tube Power station boiler Layer defect

X924.4

：B

1673－257X(2014)12－25－04 D O I: 10.3969/j.issn.1673-257X.2014.12.007

王雪（1984～),女,碩士,工程師,從事承壓類特種設備檢驗檢測工作。

2014-07-13）