火電廠鍋爐受熱面管彎頭在役渦流檢測(cè)裝置研究

魏玉芳

【摘 ?要】電站鍋爐本體中的省煤器管、水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管簡(jiǎn)稱(chēng)受熱面四管，是電站鍋爐的重要組成部件，主要承擔(dān)著加熱給水，蒸發(fā)給水和加熱蒸汽的重要任務(wù)。研制了鍋爐受熱面管檢測(cè)專(zhuān)用陣列低頻渦流探頭，以實(shí)現(xiàn)火電廠在役鍋爐受熱面管的無(wú)損檢測(cè)。

【關(guān)鍵詞】火電廠鍋爐受熱面管彎頭;在役渦流檢測(cè)裝置;

前言

目前，在渦流檢測(cè)技術(shù)研究方面，針對(duì)傳統(tǒng)渦流檢測(cè)所表現(xiàn)出來(lái)的一些不足，國(guó)內(nèi)外研究者在完善渦流檢測(cè)技術(shù)的同時(shí)，也提出了更多、更新的檢測(cè)技術(shù)，

一、渦流檢測(cè)基本原理

由于電磁感應(yīng)，當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場(chǎng)中或相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，自成閉合回路，呈旋渦狀流動(dòng)，稱(chēng)之為渦旋電流，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流。渦流檢測(cè)的基本原理可表述為：當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近導(dǎo)體試件時(shí)，由于激勵(lì)線圈磁場(chǎng)的作用，試件中會(huì)產(chǎn)生渦流，而渦流的大小、相位及流動(dòng)形式受到試件導(dǎo)電性能的影響，同時(shí)產(chǎn)生的渦流也會(huì)形成一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)又會(huì)使檢測(cè)線圈的阻抗發(fā)生變化，因此，通過(guò)測(cè)定檢測(cè)線圈阻抗的變化，即可判斷被測(cè)試件的性能及有無(wú)缺陷等。當(dāng)直流電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，橫截面上的電流密度是均勻的。但如果是交變電流通過(guò)導(dǎo)線，則導(dǎo)線周?chē)兓拇艌?chǎng)也會(huì)在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而會(huì)使沿導(dǎo)線截面的電流分布不均勻，表面的電流密度較大，越往中心處越小，按負(fù)指數(shù)規(guī)律衰減，尤其是當(dāng)頻率較高時(shí)，電流幾乎是在導(dǎo)線表面附近的薄層中流動(dòng)，這種電流主要集中在導(dǎo)線表面附近的現(xiàn)象，稱(chēng)為趨膚效應(yīng)現(xiàn)象。渦流透入導(dǎo)體的距離稱(chēng)為透入深度。定義渦流密度衰減到其表面時(shí)的透入深度為趨膚深度，表征渦流在導(dǎo)體中的趨膚程度，頻率越高、導(dǎo)電性能越好或?qū)Т判阅茉胶玫牟牧希?yīng)越顯著。

二、火電廠鍋爐受熱面管彎頭在役渦流檢測(cè)裝置

1.檢測(cè)系統(tǒng)。探頭殼體上設(shè)置有與探頭插座相連的凍結(jié)調(diào)零開(kāi)關(guān)，當(dāng)儀器出現(xiàn)異常信號(hào)時(shí)，凍結(jié)調(diào)零開(kāi)關(guān)可以鎖定屏幕圖像，以便進(jìn)一步觀察判定。以往操作儀器時(shí)需先擱置探頭，然后再按下儀器凍結(jié)開(kāi)關(guān)，由于儀器相移掃描曲線是隨時(shí)間滾動(dòng)的，因而將產(chǎn)生時(shí)間差，難以及時(shí)捕捉到檢測(cè)信號(hào);另外，掃查檢測(cè)過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)各種干擾，導(dǎo)致基線偏離零點(diǎn)，需及時(shí)調(diào)整歸零。將儀器調(diào)零開(kāi)關(guān)前置，在低頻陣列掃查探頭外殼上設(shè)置調(diào)零開(kāi)關(guān)，調(diào)零操作便得心應(yīng)手。在沒(méi)有壁厚減薄和缺陷的地方，電磁場(chǎng)的信號(hào)強(qiáng)度變化平滑，當(dāng)探頭移動(dòng)到有壁厚減薄和缺陷的地方時(shí)，可以檢測(cè)到一個(gè)更強(qiáng)的電磁場(chǎng)信號(hào)，信號(hào)放大后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入控制器，并在顯示器上顯示，即可獲得反映管道缺陷的圖形。

在沒(méi)有壁厚減薄和缺陷的地方，電磁場(chǎng)的信號(hào)強(qiáng)度變化平滑，當(dāng)探頭移動(dòng)到有壁厚減薄和缺陷的地方時(shí)，可以檢測(cè)到一個(gè)更強(qiáng)的電磁場(chǎng)信號(hào)，信號(hào)放大后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入控制器，并在顯示器上顯示，即可獲得反映管道缺陷的圖形。為保證使用效果，殼體一端設(shè)置有用于同步記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)的編碼器，編碼器安裝在殼體的尾部并安裝扭簧，利用扭簧彈力壓緊，確保殼體行走過(guò)程中始終與待測(cè)鋼管的管壁接觸，以實(shí)時(shí)采集陣列掃查探頭軸向掃查的距離，同步記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)的后期處理、存檔。低頻振蕩器經(jīng)計(jì)算機(jī)控制激勵(lì)線圈，所產(chǎn)生的磁通覆蓋了8 個(gè)接收線圈。若被測(cè)管在探頭的有效區(qū)域內(nèi)完好無(wú)損，空間散射的漏磁通均衡對(duì)稱(chēng)，各檢測(cè)線圈輸出為零。當(dāng)探頭掃查檢測(cè)到被測(cè)管上的垢下腐蝕等缺陷時(shí)，缺陷對(duì)磁通和渦流場(chǎng)的擾動(dòng)使漏磁通出現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)分布，缺陷上的各檢測(cè)線圈產(chǎn)生失衡信號(hào)，即檢測(cè)信號(hào)。探頭的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)前置低噪放大器放大后，再經(jīng)濾波和自動(dòng)數(shù)字式電子平衡處理，濾波器和自動(dòng)平衡的時(shí)間常數(shù)均可由計(jì)算機(jī)設(shè)置。濾波和平衡后的缺陷信號(hào)進(jìn)入可調(diào)相位放大器放大，然后經(jīng)模數(shù)信號(hào)進(jìn)行特殊處理。為形象描繪缺陷的形狀、大小，軟件特別設(shè)計(jì)了三維C 掃描繪圖功能，在有效掃描區(qū)內(nèi)，各相位-時(shí)間掃描曲線可以合成三維C 掃描立體圖像。

2.缺陷評(píng)定過(guò)程。（1）確定判廢標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行標(biāo)定。判廢標(biāo)準(zhǔn)為DL /T 939—2016《火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管監(jiān)督技術(shù)導(dǎo)則》中的規(guī)定：水冷壁、省煤器、低溫段過(guò)熱器和再熱器管，壁厚減薄量不宜超過(guò)設(shè)計(jì)壁厚的30%。對(duì)于高溫段過(guò)熱器管，壁厚減薄量不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)壁厚的20%。設(shè)計(jì)制作軸向和周向人工缺陷對(duì)比樣管，樣管的最小人工缺陷槽深度均取管壁的20%，并對(duì)人工缺陷信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，大于最小人工缺陷槽深度的缺陷信號(hào)判定為不合格鋼管。（2）缺陷定位。確認(rèn)存儲(chǔ)缺陷的具體位置，可以選擇外觸發(fā)，即探頭上編碼器的脈沖信號(hào)觸發(fā)。此時(shí)P - T 掃描曲線與低頻探頭掃查檢測(cè)同步，探頭向前掃查檢測(cè)，P - T 掃描曲線同步向前滾動(dòng)顯示，屏幕上同時(shí)顯示探頭掃查檢測(cè)走過(guò)的距離。當(dāng)遇到疑義需要復(fù)查時(shí)，探頭往回掃查檢測(cè)，則屏幕上實(shí)時(shí)擦除與探頭后退走過(guò)的距離相等的P - T 掃描曲線，從而確定缺陷的軸向距離。陣列低頻渦流探頭中的各檢測(cè)線圈等間距均勻布置，均可獨(dú)立工作，并與顯示屏上的P-T 掃描曲線一一對(duì)應(yīng)。實(shí)施檢測(cè)時(shí)，探頭附著于管壁，當(dāng)探頭經(jīng)過(guò)有缺陷的管壁時(shí)，陣列檢測(cè)線圈中的相應(yīng)線圈就會(huì)切割漏到管壁外的磁力線而感應(yīng)出一個(gè)最大的電壓信號(hào)，該線圈的阻抗也會(huì)發(fā)生變化并呈現(xiàn)在P - T 掃描曲線上，從而確定缺陷的周向位置，并對(duì)周向或軸向缺陷進(jìn)行記錄。（3）缺陷復(fù)核。將定位的缺陷表面清除干凈，涂上耦合劑，用超聲波測(cè)厚儀復(fù)測(cè)，檢測(cè)結(jié)果應(yīng)與陣列低頻渦流法一致，否則需要重新對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定后復(fù)檢。（4）每隔2 h 用靈敏度對(duì)比試管校驗(yàn)1 次，若靈敏度對(duì)比試管上人工缺陷難以辨別，則之前檢測(cè)無(wú)效。

3.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及結(jié)論。為保證缺陷深度為管壁20% 的缺陷具有較高的檢出能力，設(shè)計(jì)制作了軸向和周向人工缺陷對(duì)比樣管，樣管的最小人工缺陷槽深度均取樣管壁厚的20%，調(diào)整檢測(cè)參數(shù)，確保此類(lèi)缺陷在陣列低頻渦流檢測(cè)中具有較高的缺陷分辨力，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)目的。實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，以缺陷信號(hào)幅度大于壁厚20% 的人工缺陷幅度為判廢標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)合理更換不合格受熱面管，避免鍋爐運(yùn)行中受熱面管因壁厚減薄而發(fā)生脹粗或泄漏事故。采用所研制的渦流檢測(cè)設(shè)備對(duì)高溫再熱器彎頭內(nèi)外弧面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，干擾信號(hào)得到了有效控制，檢測(cè)靈敏度較高，同時(shí)操作方便。對(duì)P - T 曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，截取人工缺陷信號(hào)進(jìn)行展寬、放大，分別計(jì)算顯示其相位偏差值，缺陷深度以及缺陷深度占管壁厚度的百分比。發(fā)現(xiàn)爐第2 根彎頭外弧面存在缺陷信號(hào)，其余未發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)異常部位進(jìn)行表面打磨和滲透檢測(cè)復(fù)查，發(fā)現(xiàn)了密集性裂紋狀缺陷，與渦流檢測(cè)結(jié)果一致。通過(guò)渦流檢測(cè)裝置的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試可以看出，這種檢測(cè)技術(shù)無(wú)需對(duì)被檢測(cè)管件表面進(jìn)行打磨，且適合遠(yuǎn)距離作業(yè)，具有靈敏度高、快捷、高效等特點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果具有較高的可靠度。

結(jié)束語(yǔ)

以火電廠在役鍋爐受熱面管為研究對(duì)象，針對(duì)其彎頭部位較易發(fā)生氧化腐蝕而較難實(shí)現(xiàn)在役無(wú)損檢測(cè)等問(wèn)題，，檢測(cè)準(zhǔn)確度高、速度快、省時(shí)省工且易于實(shí)施，可以有效實(shí)現(xiàn)鍋爐受熱面鋼管腐蝕缺陷實(shí)現(xiàn)的無(wú)損檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉云龍，李登科，秦永亮，等. 火電廠鍋爐受熱面管彎頭在役渦流檢測(cè)裝置研究[J]. 中國(guó)電力，2016，49（11）：129 - 134.

[2]萬(wàn)叢，王恩祿，徐煦，等. 鍋爐受熱面高溫腐蝕類(lèi)型及其機(jī)理分析研究[J]. 鍋爐技術(shù)，2018，48（2）：1 - 4

（作者單位：白音華金山發(fā)電有限公司）