遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)在電站鍋爐檢驗(yàn)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(yàn)研究院 蘭州 730020）

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)在電站鍋爐檢驗(yàn)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(yàn)研究院 蘭州 730020）

近年來(lái)，在電站鍋爐水冷壁管檢驗(yàn)中除使用傳統(tǒng)方法外，檢測(cè)人員開(kāi)始嘗試引入遠(yuǎn)場(chǎng)渦流新技術(shù)。本文在闡述遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)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(yàn)，成功檢出點(diǎn)蝕和分層缺陷。可見(jiàn)，該技術(shù)不但可以有效檢查常見(jiàn)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(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)具有重要的推廣價(jià)值。

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù) 水冷壁管 電站鍋爐 分層缺陷

遠(yuǎn)場(chǎng)渦流（RFEC. Remote Field Eddy Current）檢測(cè)技術(shù)是一種能穿透金屬管壁的低頻渦流檢測(cè)技術(shù)。1951年美國(guó)的W.R.Maclean首次申請(qǐng)了遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)專利。1958年美國(guó)殼牌石油公司發(fā)展部嘗試使用這種技術(shù)測(cè)試石油管道的外壁腐蝕情況[1]，并于1961年研制出第一個(gè)在役管道遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)。1984年基于Schmidt對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流效應(yīng)機(jī)理的解釋，遠(yuǎn)場(chǎng)渦流作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)用于鐵磁性管道檢測(cè)的優(yōu)越性得到了各個(gè)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(cè)中得到了實(shí)際應(yīng)用[2]，但在電站鍋爐檢驗(yàn)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(duì)它的檢驗(yàn)是電站鍋爐檢驗(yàn)的重點(diǎn)之一。因?yàn)樵跓煔?、煤灰、火焰、?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(shí)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(yàn)水冷壁管一般為抽檢，采用宏觀檢驗(yàn)、超聲波測(cè)厚和表面無(wú)損檢測(cè)等手段，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，缺陷漏檢風(fēng)險(xiǎn)大。而遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)可以100%覆蓋被檢測(cè)管道，靈敏度高，涂層、污物、探頭提離對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響小，檢測(cè)線圈位置對(duì)靈敏度影響小，不受趨膚效應(yīng)影響，儀器操作簡(jiǎn)便[4]，應(yīng)用于電站鍋爐檢驗(yàn)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。若先用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流設(shè)備全面檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷信號(hào)、確定缺陷位置后運(yùn)用其他檢測(cè)手段對(duì)缺陷定性定量，對(duì)加快檢測(cè)速度、提高檢驗(yàn)效率、防止缺陷漏檢具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)原理

圖1 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流效應(yīng)示意圖

圖1-（a）是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)常用的內(nèi)通過(guò)式探頭示意圖，由激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈構(gòu)成。激勵(lì)線圈通以低頻交流電J，由于電磁感應(yīng)作用，線圈周?chē)臻g產(chǎn)生緩慢變化的磁場(chǎng)B，時(shí)變磁場(chǎng)B激發(fā)出時(shí)變渦旋電場(chǎng)E，金屬管壁內(nèi)形成呈閉合回路、漩渦狀流動(dòng)的電流（即渦流）Je，同時(shí)渦流又在其周?chē)臻g產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)。因此，金屬管壁內(nèi)外的磁場(chǎng)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(chǎng)的矢量和。通常遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)不是測(cè)量檢測(cè)線圈的阻抗變化，而是測(cè)量檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓與激勵(lì)電流之間的相位差[5]，利用接收到的信號(hào)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(chǎng)渦流檢測(cè)探頭的檢測(cè)線圈與激勵(lì)線圈的間距必須為2～3倍被測(cè)管內(nèi)徑，這使得檢測(cè)線圈位于間接耦合占優(yōu)勢(shì)的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)[1]。此區(qū)域檢測(cè)線圈管內(nèi)外壁感應(yīng)電壓的幅值下降趨勢(shì)相同且均明顯減緩，而且檢測(cè)線圈管內(nèi)壁感應(yīng)電壓的相位不再躍變。

2 電站鍋爐水冷壁管缺陷檢測(cè)實(shí)例

本次檢測(cè)是在對(duì)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(yàn)時(shí)完成的，鍋爐型號(hào)為WGZ1170/17.5-I。

2.1 檢測(cè)儀器

采用加拿大的Russell NDE公司開(kāi)發(fā)的多功能、高精確度和缺陷敏感度的Ferroscope 308遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)系統(tǒng)。針對(duì)本次檢驗(yàn)選用型號(hào)為F308-12Ch-0022的外置式探頭，外觀如圖2所示，由3個(gè)絕對(duì)線圈和9個(gè)差動(dòng)線圈組成。其中絕對(duì)線圈主要用于檢測(cè)特別大的缺陷和漸進(jìn)的金屬損失，差動(dòng)線圈對(duì)點(diǎn)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(cè)狀態(tài)、避免電磁特性方面的差異，標(biāo)樣管采用與被測(cè)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(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕、沖蝕等損傷，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生泄漏。因此標(biāo)樣管設(shè)計(jì)了6種人工缺陷，尺寸見(jiàn)圖3。通孔和不同深度的圓底孔用以模擬不同程度的點(diǎn)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(cè)能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)，表示水冷壁管上缺陷識(shí)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(huì)使探頭過(guò)熱的工作頻率和驅(qū)動(dòng)電壓[6]，獲得合適的激發(fā)電流，使電磁場(chǎng)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(kāi)始對(duì)電站鍋爐水冷壁管的檢測(cè)。

根據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流對(duì)標(biāo)樣管上不同缺陷的響應(yīng)情況，確定本次檢測(cè)選取的工作頻率為37Hz和74Hz，電壓為9V和12V。用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭檢測(cè)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(duì)應(yīng)圖3中1)～6)的缺陷。

圖4 標(biāo)樣管遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)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(shí)際檢測(cè)中以74Hz曲線為準(zhǔn)，37Hz曲線作為參考。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理與驗(yàn)證

為了使遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)探頭底部和水冷壁管間的距離0.75 mm，保證探頭檢測(cè)靈敏度，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(cè)量標(biāo)樣管時(shí)設(shè)置的工作參數(shù)對(duì)水冷壁管進(jìn)行檢測(cè)。存在輕微點(diǎn)蝕的管子圖像如圖5所示，左邊第1個(gè)曲線圖是3個(gè)絕對(duì)線圈檢測(cè)得到的，基本為直線，說(shuō)明沒(méi)有大的和深度漸變的缺陷；第2個(gè)和第3個(gè)曲線圖是9個(gè)差動(dòng)線圈在工作頻率為37Hz和74Hz條件下檢測(cè)得到的，以74Hz為準(zhǔn)，曲線箭頭示意處有擺動(dòng)，認(rèn)為有輕微點(diǎn)蝕。

圖5 水冷壁管點(diǎn)蝕缺陷遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)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(chǎng)渦流檢測(cè)中相位角和被測(cè)管厚度成正比，當(dāng)管子壁厚減薄嚴(yán)重時(shí)，檢測(cè)線圈所接受的信號(hào)相位大幅度提前，原始相位相差較大，軟件無(wú)法計(jì)算減薄量[8]。

圖6 水冷壁管分層缺陷遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)電壓條狀平面圖

用傳統(tǒng)超聲波測(cè)厚儀測(cè)厚，此部位厚度僅有2.6 mm，初步判斷為嚴(yán)重局部點(diǎn)蝕。做好缺陷位置標(biāo)記后割下管子，并將其剖開(kāi)，再次測(cè)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(cè)厚照片

對(duì)無(wú)缺陷部位測(cè)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(wú)缺陷處超聲波測(cè)厚照片

3 結(jié)語(yǔ)

本文實(shí)例中遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

可見(jiàn)，在明確遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上將其應(yīng)用于電站鍋爐檢驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)快速全面檢測(cè)、提高缺陷檢出率和檢驗(yàn)質(zhì)量，及早發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)缺陷，使重特大事故防患于未然。因此，加快推動(dòng)遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)在電站鍋爐檢驗(yàn)工作中的應(yīng)用，對(duì)保證檢驗(yàn)質(zhì)量和電站鍋爐的安全運(yùn)行具有重要意義。

1 國(guó)防科技工業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材 編審委員會(huì).渦流檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.114.

2 廉紀(jì)祥.管道遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)展[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，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(chǎng)渦流檢測(cè)[J].無(wú)損檢測(cè)，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(wàn)里.遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無(wú)損檢測(cè)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(chǎng)渦流技術(shù)在鍋爐水冷壁管檢測(cè)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(cè)[CD].www.russelltech.com,2003.

8 Russell NDE systems INC.. Ferroscope? 308 遠(yuǎn)場(chǎng)檢測(cè)（RFT）儀器和Adept Pro MCTM軟件[CD]. www. russelltech.com,2005.

※甘肅省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)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(lèi)特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)工作。

2014-07-13）