電站鍋爐管道無損檢測技術研討

牛保獻，李世銘

（潤電能源科學技術有限公司，河南 鄭州 450018）

電站在安裝建設基礎設施時，基本都離不開射線或超聲監測焊接所有管道接頭。而因老機組服役了過長時間，且陸續出現新裝的機組，以致于熱力設備經濟運行及維護中相繼涌現數量龐大的新問題。結合相關資料數據顯示，熱力設備事故中，有60%是由鍋爐引發的，而在鍋爐事故中，有65%是由管道破損引發的。因此，研究電站鍋爐管道無損檢測技術，對于保障鍋爐運行的安全與可靠而言，意義十分重要。

1 無損檢測技術概述

無損檢測技術是將原有理化性質保持的基礎上，獲取相關于待檢測物品品質的理化特性及內容的檢測技術，屬于一項非破壞性檢測技術。電站運營過程中，鍋爐體現出極為重要的作用，其材料理化性質與結構穩定性能夠直接影響設備的運行效率[1]。無損檢測技術的應用，通常是以電站鍋爐缺陷檢測為主要對象，效果理想，能對缺陷位置與程度進行有效檢測，確保鍋爐運行的安全與穩定，從而保障電站運行。而將其用于電站鍋爐管道檢測中，也同樣能夠取得理想的效果。就現有的無損檢測技術而言，通常由射線透照自動檢測技術、低頻電磁檢測技術及超聲衍射時差檢測技術等組成。

2 電站鍋爐管道無損檢測技術

電站鍋爐過熱器管、水冷壁管及再熱器管等部件，由于長期處于高溫高壓工作環境的緣故，管材內外表面產生裂紋、腐蝕磨損、氧化凹坑及氫損傷等缺陷的可能性極高，因而通常選擇無縫鋼管。而在實際工作中，維護及檢測無縫鋼管時，多以超聲波檢測和渦流檢測為主。其中，超聲波檢測是在探頭等設備的運用下，將超聲波朝著待檢測設備發射，同時在相應檢測設備的運用下將反饋信號接收，在經過分析之后即可將缺陷部位找出來，并將缺陷程度明確[2]。而渦流檢測則是在材料缺陷部位及其他部位有著不同渦流這一原理的運用下，并與特定設備相結合，通過分析后即可將缺陷位置和程度確定。在無縫管的檢測中使用超聲波時，通常以液浸法和接觸法為主。以接觸法為例，其檢測原理是選擇能夠與無縫管表面良好耦合的探頭與無縫管管壁接觸。而液浸法則是以線聚焦、點聚焦為根據將縱向方向的缺陷故障找出。

3 電站鍋爐管道無損檢測技術具體應用

3.1 超聲導波檢測技術

該項技術主要引入了低頻扭曲波或縱波，在檢測管路及管道時，支持長距離。因導波檢測優點在于能傳播20m～30m長距離而衰減很小，故而在一個位置固定脈沖回波陣列之后，即可進行大范圍檢測，在管道內外壁腐蝕、焊縫危險性缺陷的檢測中十分適用。該檢測方法使探頭保持線性運動掃描整個面，能夠通過圖像將鍋爐管道缺陷的具體位置及程度顯現出來[3]。鍋爐管道中利用超聲波技術，能夠獲取較為精準的檢驗結果，不可否認的是超聲波頻率比普通超聲波探傷頻率低，因此需要進一步提升該檢測方法的靈敏度。所以，在檢測電站鍋爐管道時，可借助超聲導波檢測技術將缺陷找出，隨后再使用傳統復查方法。

3.2 超聲相控陣檢測技術

超聲相控陣檢測技術的探頭組成是一組晶片，每個晶片支持單獨調節，通過單獨激發時間，能夠更合理地控制聲束軸線及焦點。結合該項技術，某處位置的復雜幾何形狀通過超聲波束的運用能夠準確完成檢測，或通過相控陣探頭取代角度各不相同的多個普通探頭。過去，相控陣系統相當復雜，并且存在較高的成本，因此在工業無損檢測中的應用難度頗高。科學技術近年來取得的成就十分顯著，一定程度上減少了設備成本的耗費，該項技術在工業無損監測領域中也逐漸得到廣泛應用，例如核電站檢測、火車輪軸檢測及汽輪機葉片根部檢測等。盡管在鍋爐檢測中超聲相控陣檢測技術尚未得到廣泛應用，然而在檢測個別重要部位時卻依舊顯露出不可忽視的意義，例如鍋爐“四管”和集箱連接的孔橋檢測。該項技術除開能夠有效檢測電站鍋爐厚壁焊縫之外，通過軟件的運用連續的將換能器陣列產生的波束角度、焦距等調整后，無需移動探頭即可全面掃查焊縫，如此一來電站鍋爐集箱孔橋部位就能實現更為精準的檢測。

3.3 低頻電磁檢測技術

低頻電磁檢測技術是電站鍋爐無損檢測技術中較為新型的一種，該項技術的檢測原理是在相關設備儀器的運用下，激發探頭將一個低頻電磁信號輸入在被檢測管壁上，以探頭接收的信號變化為根據對管壁有無缺陷存在進行判斷。通過該項技術的運用，能將鍋爐故障提前發現并將隱患扼殺在萌芽狀態[4]。在對鍋爐使用低頻電磁檢測技術時，能夠逐一檢測其四大管道的外、內表面，同時明確管道內部具體的缺陷位置與程度。由于該項技術是通過非接觸檢測方式，也就是檢測儀器與管道之間并不會有接觸產生，因此管道表面的油漆或是污垢等物質并不會對檢測結果構成影響。通過該項技術的應用，能生成管道內部的三維立體圖像，這樣一來就能更直觀的觀察鍋爐管道缺陷的具體位置與程度，檢測效果更理想。

3.4 超聲衍射時差檢測技術

該項技術是以相互作用下的超聲波與缺陷部位發出的衍射信號為根據，精確監測缺陷并定量的技術，電站鍋爐低合金鋼爐壁管中應用超聲衍射時差檢測技術時，能夠有效檢測腐蝕疲勞裂紋，同時也能檢測高溫管道如主蒸汽管和再熱蒸汽管中的蠕變損傷裂紋及節流閥熱疲勞裂紋。在材料、焊縫、熱影響區內部及表面開口裂紋的檢測中，運用超聲衍射時差檢測技術能夠有效進行測深定高，精確性的診斷鍋爐受壓元件及本體剩余壽命，同時也能平價鍋爐的安全程度。

3.5 內置旋轉式超聲波定量檢測技術

內置旋轉式超聲波定量檢測技術是運用了內置式水浸超聲脈沖回波的技術，用水充滿管子內部之后，將探頭放置于管子內部，激發于探頭處的超聲波脈沖在水中傳播到達45°聲反射鏡，待有反射發生于反射鏡表面后到達管子內壁，而管內壁此時會有部分超聲波發生反射，晶片會接收沿原傳播路線返回的回波，另有部分超聲波會朝管壁中射入，同時會有反射發生于管外壁，晶片會接收沿原傳播路線返回的回波[5]。如此一來即可順利獲取內、外壁的反射信號完成一周旋轉的渦輪，會自行進行一次采集，同時創建被檢管子界面的一個掃描圖像，成像中清晰的展露出內外管壁形狀、壁厚。探頭進入管子內部，連續的圖像會將管壁彩色掃描成像，供于分析。內置旋轉式超聲波定量檢測技術的誕生，可將普通超聲波檢測中的超聲波檢測盲區及耦合等兩大難題有效解決，故而備受推廣。

3.6 射線透照自動檢測技術

射線無損檢測過程，不同材料對于不同射線也會表現出不同的反應，通過其產生結果的分析與對比，即可完成待檢測物質的檢測。圖像處置、缺陷識別、評片是構成射線透照系統的三大部分，圖像數字化處置技術目前十分發達，但是底片處置技術卻基本上停滯不前，發展緩慢，因此有關圖像處置方面的問題仍需進一步展開研究。此外，因圖像處置技術的發展，無損檢測活絡度與以往相比提升很大，加之缺陷識別技術也取得了成果顯著的進步，故而在電站鍋爐管道中應用射線透照技術進行無損檢測時，所發揮的作用十分重要。

4 結語

為提高電站鍋爐運行的安全與穩定，最大限度規避事故，就必須動態監控鍋爐，同時定期進行安全檢查。當前時代下，科技技術發展十分迅速，大量新型、大型電站鍋爐被研發出來并投入使用，無疑是將更高標準的要求帶給了無損檢測技術。所以，科研人員及相關人員必須積極投入新型儀器設備與檢測方法的研發中，致力于現有檢測方法的創新與優化、現有儀器設備的改良、現有檢測標準的完善與修正，以免將日益嚴苛的檢測要求充分滿足，確保電站鍋爐得以實現安全、穩定的運行，促進經濟效益最大化的實現。