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(yuǎn)場渦流技術(shù)在電站鍋爐檢驗中的應(yīng)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(tǒng)方法外,檢測人員開始嘗試引入遠(yuǎn)場渦流新技術(shù)。本文在闡述遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)的原理和發(fā)展后,介紹了其在電站鍋爐水冷壁管上的應(yīng)用試驗,成功檢出點蝕和分層缺陷??梢姡摷夹g(shù)不但可以有效檢查常見缺陷,而且能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法容易漏檢的其他缺陷。因此,遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)具有重要的推廣價值。
遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù) 水冷壁管 電站鍋爐 分層缺陷
遠(yuǎn)場渦流(RFEC. Remote Field Eddy Current)檢測技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測技術(shù)。1951年美國的W.R.Maclean首次申請了遠(yuǎn)場渦流技術(shù)專利。1958年美國殼牌石油公司發(fā)展部嘗試使用這種技術(shù)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(yuǎn)場渦流檢測系統(tǒng)。1984年基于Schmidt對遠(yuǎn)場渦流效應(yīng)機(jī)理的解釋,遠(yuǎn)場渦流作為無損檢測技術(shù)用于鐵磁性管道檢測的優(yōu)越性得到了各個領(lǐng)域的認(rèn)可。此技術(shù)在石油天然氣輸送管道、城市煤氣供應(yīng)管道及核反應(yīng)堆壓力管的檢測中得到了實際應(yīng)用[2],但在電站鍋爐檢驗中的應(yīng)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(nèi)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(kuò)展,并且易產(chǎn)生腐蝕、磨損等新?lián)p傷,如未及時發(fā)現(xiàn)并有效控制或消除,將導(dǎo)致管體發(fā)生爆裂、介質(zhì)泄漏等嚴(yán)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(fēng)險大。而遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)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(jié)果影響小,檢測線圈位置對靈敏度影響小,不受趨膚效應(yīng)影響,儀器操作簡便[4],應(yīng)用于電站鍋爐檢驗具有獨特的優(yōu)勢。若先用遠(yuǎn)場渦流設(shè)備全面檢查,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)實意義。
圖1 遠(yuǎn)場渦流效應(yīng)示意圖
圖1-(a)是遠(yuǎn)場渦流檢測常用的內(nèi)通過式探頭示意圖,由激勵線圈和檢測線圈構(gòu)成。激勵線圈通以低頻交流電J,由于電磁感應(yīng)作用,線圈周圍空間產(chǎn)生緩慢變化的磁場B,時變磁場B激發(fā)出時變渦旋電場E,金屬管壁內(nèi)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(chǎn)生時變磁場。因此,金屬管壁內(nèi)外的磁場是由線圈內(nèi)的傳導(dǎo)電流J和金屬管壁內(nèi)的渦流Je產(chǎn)生的磁場的矢量和。通常遠(yuǎn)場渦流檢測系統(tǒng)不是測量檢測線圈的阻抗變化,而是測量檢測線圈感應(yīng)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(yuǎn)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(nèi)徑,這使得檢測線圈位于間接耦合占優(yōu)勢的遠(yuǎn)場區(qū)[1]。此區(qū)域檢測線圈管內(nèi)外壁感應(yīng)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(nèi)壁感應(yīng)電壓的相位不再躍變。
本次檢測是在對甘肅電投金昌發(fā)電有限責(zé)任公司的2#電站鍋爐進(jìn)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(fā)的多功能、高精確度和缺陷敏感度的Ferroscope 308遠(yuǎn)場渦流檢測系統(tǒng)。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(jìn)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(biāo)樣管制備
為了獲取與水冷壁管相同的檢測狀態(tài)、避免電磁特性方面的差異,標(biāo)樣管采用與被測水冷壁管相同的規(guī)格、材質(zhì)及熱處理狀態(tài),即φ60.3mm×7.5mm、SA-106C、正火態(tài)。電站鍋爐水冷壁管在使用過程中常會出現(xiàn)點腐蝕、沖蝕等損傷,嚴(yán)重時發(fā)生泄漏。因此標(biāo)樣管設(shè)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?nèi)毕萦靡阅M沖蝕損傷。
圖3 標(biāo)樣管加工尺寸示意圖
2.3 儀器調(diào)整和校準(zhǔn)
標(biāo)樣管獲取的數(shù)據(jù)是儀器缺陷檢測能力的衡量標(biāo)準(zhǔn),表示水冷壁管上缺陷識別的敏感程度。因此,調(diào)整儀器,選擇高靈敏度、產(chǎn)生的渦流不會使探頭過熱的工作頻率和驅(qū)動電壓[6],獲得合適的激發(fā)電流,使電磁場穿透標(biāo)樣管管壁,檢出標(biāo)樣管上的最小缺陷,意味著儀器達(dá)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(jù)遠(yuǎn)場渦流對標(biāo)樣管上不同缺陷的響應(yīng)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(yuǎn)場渦流探頭檢測標(biāo)樣管,系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)后經(jīng)軟件處理得到圖像,如圖4所示。圖4中1)~6)的曲線對應(yīng)圖3中1)~6)的缺陷。
圖4 標(biāo)樣管遠(yuǎn)場渦流檢測電壓條狀平面圖
電壓圖曲線偏離基準(zhǔn)線向左表示減薄,偏離基準(zhǔn)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(zhǔn),37Hz曲線作為參考。
2.4 現(xiàn)場檢測、數(shù)據(jù)處理與驗證
為了使遠(yuǎn)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(xiàn)場檢測前,用砂輪機(jī)將水冷壁管表面厚厚的焦層去除,露出金屬壁。
按照測量標(biāo)樣管時設(shè)置的工作參數(shù)對水冷壁管進(jìn)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(zhǔn),曲線箭頭示意處有擺動,認(rèn)為有輕微點蝕。
圖5 水冷壁管點蝕缺陷遠(yuǎn)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(xiàn)象。遠(yuǎn)場渦流檢測中相位角和被測管厚度成正比,當(dāng)管子壁厚減薄嚴(yán)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(yuǎn)場渦流檢測電壓條狀平面圖
用傳統(tǒng)超聲波測厚儀測厚,此部位厚度僅有2.6 mm,初步判斷為嚴(yán)重局部點蝕。做好缺陷位置標(biāo)記后割下管子,并將其剖開,再次測厚,如圖7所示,發(fā)現(xiàn)管外側(cè)厚度最薄處為2.21 mm,管內(nèi)側(cè)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(rèn)為該缺陷是夾層,靠近管外側(cè)。
圖8 水冷壁管無缺陷處超聲波測厚照片
本文實例中遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)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(tǒng)手段無法實現(xiàn)的。
可見,在明確遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上將其應(yīng)用于電站鍋爐檢驗,可以實現(xiàn)快速全面檢測、提高缺陷檢出率和檢驗質(zhì)量,及早發(fā)現(xiàn)潛在危險缺陷,使重特大事故防患于未然。因此,加快推動遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)在電站鍋爐檢驗工作中的應(yīng)用,對保證檢驗質(zhì)量和電站鍋爐的安全運行具有重要意義。
1 國防科技工業(yè)無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材 編審委員會.渦流檢測[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.114.
2 廉紀(jì)祥.管道遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)的進(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)場渦流無損檢測在電廠在役鋼管中的應(yīng)用研究[J].發(fā)電設(shè)備,2000,(1):28~31.
6 唐麗芳,劉慶峰,種玉寶.遠(yuǎn)場渦流技術(shù)在鍋爐水冷壁管檢測中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)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(yuǎn)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
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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(shè)備檢驗檢測工作。
2014-07-13)