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(國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233)

圖1 工業(yè)冷卻水熱交換器結(jié)構(gòu)圖

某電廠機(jī)組的兩臺工業(yè)冷卻水熱交換器(分別為1#和2#)中，每臺交換器有2 088根傳熱管。傳熱管材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為ASTM B338-09 《熱交換器和冷凝器用無縫及焊接鈦與鈦合金》，材料為鈦GR.2，尺寸(外徑×壁厚)為φ25 mm×0.5 mm，鈦管長度為8 000 mm，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該容器傳熱管內(nèi)部介質(zhì)為海水，外部介質(zhì)為除鹽水。其最外面一圈為折流圈，中間支撐傳熱管的為折流桿(直徑4～5 mm)，折流桿有橫有豎，間隔布置[1]。某次大修期間，對這兩臺熱交換器傳熱管進(jìn)行了100%渦流檢測，其間發(fā)現(xiàn)多處缺陷。筆者主要針對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行信號分析，以推斷缺陷產(chǎn)生的原因。

1 檢測設(shè)備及結(jié)果

圖2 檢測用渦流儀及探頭實物圖片

檢測采用EEC-2018net型多頻渦流探傷儀，探頭線圈直徑為23 mm，渦流儀及探頭實物圖片如圖2所示。檢測使用的頻率分別為833,400,200,100 kHz，其中833 kHz為主要檢測頻率，其余為輔助頻率。制作對比樣管使用的傳熱管與設(shè)備上使用的傳熱管的規(guī)格、材料和出廠批次相同，制作的人工傷的分布示意如圖3所示。

1.1 1#工業(yè)冷卻水熱交換器的檢測結(jié)果

對1#工業(yè)冷卻水熱交換器進(jìn)行渦流檢測，在出水側(cè)進(jìn)行檢測，定義進(jìn)水側(cè)管板為起始管板(ST)，出水側(cè)管板為結(jié)束管板(EN)，靠近起始管板(ST)的折流圈編號為01，依次類推，靠近結(jié)束管板(EN)的折流圈編號為44；減薄量≥40%(相對于壁厚，下同)的管：洋紅色表示，減薄量<20%的管：藍(lán)色表示，凹坑管：青色表示，堵管：黑色表示；傳熱管編號規(guī)則為：從上至下行號依次增大，從左至右列號依次增大。

檢測后共發(fā)現(xiàn)缺陷管13根，結(jié)果詳見表1。表1中OD表示外傷，指外壁金屬流失造成的缺陷；DNT表示凹坑，指外壁向內(nèi)凹陷形成的缺陷。

圖3 對比樣管人工傷的分布示意

序號行號列號幅值相位類型傷深位置10100041.398.4OD551820150070.8101.9OD511830160070.771.5OD821840170080.7104.9OD471850180080.4100.8OD<201860190091.093.5OD6118702602625.3185.5DNTN/A01-028027003161.8185DNTN/A44-EN902705039.6184.7DNTN/A44-EN1002705230.2185.8DNTN/A44-EN110370130.452.7OD<2018120410110.346.6OD<2018130440090.450.8OD<2018

通過數(shù)據(jù)管理軟件繪制缺陷在管板上的位置，得到了缺陷管在管板圖中的分布情況(見圖4)，典型外傷缺陷信號如圖5所示。

缺陷在熱交換器傳熱管軸向方向的位置示意如圖6所示。

圖4 1#工業(yè)冷卻水熱交換器缺陷管在管板圖上的位置示意

圖5 1#工業(yè)冷卻水熱交換器的典型外傷缺陷信號

圖6 1#熱交換器傳熱管缺陷軸向位置示意

1.2 2#工業(yè)冷卻水熱交換器檢測結(jié)果

2#工業(yè)冷卻水熱交換器渦流檢測后，共發(fā)現(xiàn)缺陷管10根，結(jié)果詳見表2，表中OD,DNT等符號意義同表1。

表2 2#工業(yè)冷卻水熱交換器渦流檢測結(jié)果匯總

通過數(shù)據(jù)管理軟件繪制缺陷在管板上的位置，缺陷管在管板圖中的分布情況如圖7所示。

圖7 2#工業(yè)冷卻水熱交換器缺陷管在管板圖上的位置示意

同樣，缺陷在傳熱管上的軸向位置如圖8所示。

圖8 2#熱交換器傳熱管缺陷軸向位置示意

2 試驗分析與結(jié)果

為進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)缺陷類型與產(chǎn)生位置之間的規(guī)律，對以上不同缺陷的位置及類型進(jìn)行了統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖9,10所示。

圖9 外傷位置及數(shù)量統(tǒng)計圖

圖10 凹坑位置及數(shù)量統(tǒng)計圖

2.1 規(guī)律分析

綜合表1和表2，以及圖4,7,9,10，可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

(1) 所有缺陷均為外壁缺陷；

(2) 1#工業(yè)冷卻水熱交換器共有9根外傷缺陷管，外傷在管板圖上的分布非常有規(guī)律，管號為(010,004)、(015,007)、(016,007)、(017,008)、(018,008)、(019,009)的管均位于同一列，管號(037,013)、(041,011)、(044,009)的管也位于同一列，且這9根傳熱管的缺陷軸向位置均位于18折流圈處；

(3) 2#工業(yè)冷卻水熱交換器共有4根外傷缺陷管，數(shù)量較少，其中管號為(017,024)、(010,027)的管位于同一列，管號為(036,001)、(040,001)的管則是各自行的第1根，且(017,024)、(010,027)這2根傳熱管的缺陷軸向位置均位于25折流圈處，(036,001)、(040,001)這2根傳熱管的缺陷軸向位置均位于37折流圈處；

(4) 從進(jìn)水側(cè)到出水側(cè)，外傷數(shù)量遞減，凹坑則多集中在出水側(cè)44折流圈及44折流圈與出水側(cè)管板之間。

綜上可得出結(jié)論，所有缺陷均為外壁缺陷，且主要類型為外傷。這些外傷均位于折流桿處，且在管板圖及傳熱管軸向方向上的位置分布均有很強(qiáng)的規(guī)律性。

2.2 缺陷成因分析

由于缺陷的主要類型為外傷，而外傷的形成原因較多，包括支撐磨損、點蝕、汽蝕以及外物砸傷等[2]。該檢測案例中，外傷均位于折流桿處而非自由端處，故可排除外物砸傷的可能；該容器傳熱管外壁介質(zhì)為除鹽水而非蒸汽，故可排除汽蝕的可能；該容器傳熱管材料為鈦合金，耐腐蝕性能較好，且外壁介質(zhì)為除鹽水，不具備形成點蝕的條件，故可排除點蝕的可能。故該容器的外傷應(yīng)為支撐(即折流桿)磨損所致，且缺陷位置的規(guī)律分布也證實了這一結(jié)論。

支撐磨損主要是由設(shè)備運(yùn)行過程中的振動引起支撐與傳熱管外壁間的摩擦而造成的。該案例中外傷數(shù)量從進(jìn)水側(cè)至出水側(cè)逐步減少，是因為從進(jìn)水側(cè)至出水側(cè)，傳熱管外壁介質(zhì)流速逐漸降低，流速引起的振動逐漸減弱。

3 結(jié)論及推論

綜上，折流桿的振動磨損為工業(yè)冷卻水熱交換器傳熱管缺陷形成的主要原因。

明確缺陷的主要成因，為缺陷定量方法提供了主要依據(jù)，但該次渦流檢測對此類磨損信號的定量方法采用的是“相位-傷深”法，而并未采用磨損信號常用的“幅值-傷深”法[3]，這主要是因為該容器支撐傳熱管的為折流桿(固定在折流圈上)，該折流桿的直徑較小(約4～5 mm)，且折流桿有橫有豎，間隔布置(見圖11)，可以看出折流桿與傳熱管之間的接觸面積較小，故產(chǎn)生的渦流信號幅值也非常小(見圖12)，其產(chǎn)生的磨損更接近于點狀缺陷，因此筆者認(rèn)為采用“相位-傷深”法更為合適。

圖11 折流桿布置圖

圖12 折流桿渦流檢測信號

4 結(jié)語

檢測后，對傷深超過40%的傳熱管和所有的凹坑管進(jìn)行了堵管處理，設(shè)備投運(yùn)后工況良好。在現(xiàn)場實際檢測過程中，對發(fā)現(xiàn)的問題使用統(tǒng)計分析方法有利于尋找問題產(chǎn)生的原因，從而提高對檢測對象的認(rèn)知，為探索更為合理的檢測方法或方案提供實際依據(jù)。

后續(xù)工作中如對此類容器進(jìn)行渦流檢測時，應(yīng)著重關(guān)注支撐區(qū)域，且應(yīng)根據(jù)支撐的結(jié)構(gòu)形式確定較為準(zhǔn)確的定量方法，必要時還需提前制作更為接近實際情況的對比樣管，合理設(shè)計樣管人工傷，通過試驗驗證檢測規(guī)程及數(shù)據(jù)分析方法的有效性，以提高檢測結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。