渦流檢測冷凝器薄壁鈦管管壁凹陷程度的評估方法

陶于春,梁鵬飛，周　宇，姜大超

(蘇州熱工研究院有限公司， 蘇州 215004)

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渦流檢測冷凝器薄壁鈦管管壁凹陷程度的評估方法

陶于春,梁鵬飛，周宇，姜大超

(蘇州熱工研究院有限公司， 蘇州 215004)

摘要：目前普遍采用內(nèi)穿渦流檢測法對核電機(jī)組冷凝器的薄壁換熱鈦管進(jìn)行在役期間檢測，而管壁凹陷則是在役期間最常見的管壁損傷類型。對特制的凹陷樣管進(jìn)行了渦流檢測，將信號幅值與凹陷面積進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示:信號幅值與管壁凹陷面積大致呈線性關(guān)系，并據(jù)此提出了一種用渦流檢測幅值來評估管壁凹陷程度的定量方法。

關(guān)鍵詞：渦流檢測；管壁凹陷；信號幅值；凹陷面積；標(biāo)定方法

冷凝器作為核電站的冷源，其安全性備受重視，各電廠冷凝器在役期間普遍采用了內(nèi)穿渦流法跟蹤檢測換熱鈦管[1-3]，以預(yù)防鈦管發(fā)生破損泄漏[4]。在冷凝器鈦管的渦流檢測中，管壁凹陷是最為普遍的一種缺陷類型[5-6]。但由于沒有相關(guān)對照標(biāo)準(zhǔn)，不同幅值信號所對應(yīng)的凹陷程度并不明確，這也給各電廠業(yè)主如何處理管壁凹陷鈦管帶來了較大困惑。筆者對換熱管上不同變形程度的凹陷缺陷進(jìn)行了渦流檢測，對比分析了檢測結(jié)果，并提出了一種管壁凹陷程度的定量評估方法。

1試驗方法和設(shè)備

采用西班牙Tecnatom公司生產(chǎn)的ETBox2i型多頻渦流儀。檢測采用內(nèi)穿型、外徑為19.8 mm的Bobbin探頭，由EDDYSUN公司生產(chǎn)。被檢管及標(biāo)定管材料均為TITANIUM B 338 Gr2，規(guī)格為φ22.225 mm×0.7 mm，檢測頻率為400 kHz，標(biāo)定管的材料及規(guī)格與被檢管均相同。渦流檢測系統(tǒng)外觀如圖1所示。

通過使用直徑為5.8 mm的鋼棒擠壓被檢管,使其形成了一系列深淺不一的凹陷，其中編號1～9周向上只有一個凹陷，編號10～12周向上分別有2,4,3個凹陷，測量了各個凹陷長度(凹陷的管壁弦長)，并近似計算出了相應(yīng)的各個凹陷區(qū)域表面積，其中10～12號周向上的凹陷面積為周向上各個凹陷總面積之和。從而得出凹陷面積與渦流檢測幅值之間的對應(yīng)關(guān)系。被檢樣管如圖2所示。

試驗中首先對標(biāo)定樣管進(jìn)行檢測，并將標(biāo)定管上φ1.5 mm的通孔信號標(biāo)定為：幅值8 V、相位40°。然后以相同的檢測速度檢測樣管各5次,并記錄各個顯示信號的幅值和相位，最后再對標(biāo)定管結(jié)束檢測，并確認(rèn)結(jié)束標(biāo)定時與開始標(biāo)定時通孔的幅值和相位相差在4 V和2°以內(nèi)。試驗中凹陷缺陷信號如圖3所示，各凹陷檢測5次后,對其結(jié)果進(jìn)行平均,結(jié)果如表1所示。

圖1　渦流檢測系統(tǒng)外觀

圖2　被檢樣管

圖3　凹陷信號顯示

編號123456789101112凹陷長度/mm1.732.382.583.023.393.665.26.577.084.52/4.342.90/4.04/4.86/3.836.02/4.11/4.03凹陷面積/mm21.202.272.673.664.605.3710.8217.2420.0115.7325.2427.76幅值/V1.9442.7965.8427.0789.0110.29233.65247.46051.42642.3859.4573.26

圖4　檢測幅值及凹陷面積的變化曲線

2試驗結(jié)果分析

圖4是被檢管各個凹陷渦流檢測幅值變化曲線與相應(yīng)管壁凹陷面積變化曲線的對比，可見兩條曲線的變化非常吻合，具有非常明顯的相關(guān)性。圖5是檢測幅值隨凹陷面積的變化趨勢，由圖5可以看到兩者的線性關(guān)系非常明顯，其相互關(guān)系可近似表達(dá)為線性方程：

(1)

圖5　檢測幅值隨凹陷面積的變化趨勢

式中:V為渦流檢測幅值；S為管壁凹陷面積，mm2。

而且周向上存在多個凹陷的情況下，其總的凹陷面積與檢測幅值也符合該線性關(guān)系。但該方程系數(shù)a和b受檢測環(huán)境、檢測參數(shù)、被檢管材料等因素的影響會發(fā)生變化，在現(xiàn)場檢測時應(yīng)依據(jù)實際情況確定方程,然后根據(jù)方程、檢測幅值對管壁凹陷程度進(jìn)行大致估算。

3凹陷程度評估方法

依據(jù)上述試驗結(jié)果，可以借鑒標(biāo)定樣管的原理[7]，制備相應(yīng)的凹陷標(biāo)定管，在每次檢測前先檢測凹陷標(biāo)定管并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，在檢測中將發(fā)現(xiàn)的缺陷信號幅值與記錄的標(biāo)定管信號幅值進(jìn)行比對，參照標(biāo)定管來判斷信號幅值所對應(yīng)的凹陷程度，從而達(dá)到定量評估管壁凹陷的目的。具體方法如下：

(1) 制作與待檢換熱管材料、規(guī)格相同的樣管，并在其外表面用垂直于其軸心線的鋼棒壓出數(shù)個凹陷，凹陷對應(yīng)的渦流檢測幅值變化應(yīng)盡量平均且凹陷數(shù)應(yīng)大于6個。比如可以利用直徑5.8 mm的鋼棒壓出10個凹陷，其凹陷長度分別為2,3,4,4.5,5,5.5,6,6.3,6.6,7 mm，相鄰凹陷的間距不小于20 mm。

(2) 通過各個凹陷的實測長度L計算出各自的凹陷面積S，并在每次渦流檢測工作前首先對標(biāo)定管進(jìn)行渦流檢測，得出各凹陷的渦流檢測幅值V。

(3) 利用十個凹陷的凹陷面積S和幅值V形成的散點圖得到曲線V=aS+b，該曲線即為該次檢測的凹陷定量線。

(4) 在檢測中若遇到凹陷信號顯示，則可將其檢測幅值代入到標(biāo)定線公式中,求得其凹陷面積當(dāng)量。如此則能清楚直觀地了解到凹陷信號幅值所對應(yīng)的凹陷程度，從而恰當(dāng)?shù)亟o出處理意見[8]。

計算得到凹陷面積后，還可進(jìn)一步計算其對應(yīng)的凹陷深度。當(dāng)使用內(nèi)穿式探頭時，若在該凹陷深度下，理論上探頭已經(jīng)不能通過,而事實上探頭又能通過時，則可判定該處管壁周向上有不止一處凹陷，且該處所有實際凹陷面積之和應(yīng)等于通過凹陷定量線公式計算得到的凹陷面積。

需要注意的是，在檢測過程中，每次進(jìn)行檢測標(biāo)定以后，系統(tǒng)環(huán)境已發(fā)生改變[9]，則凹陷定量線需要重新計算。

4結(jié)論

(1) 凹陷的渦流檢測幅值與凹陷面積具有近似的線性相關(guān)性，且管壁同一位置周向上有多個凹陷時，其多個凹陷面積的和與相應(yīng)的檢測幅值間也同樣符合該線性關(guān)系。

(2) 可以通過檢測一個有6個以上凹陷的標(biāo)定管，得到各個凹陷的渦流檢測幅值，結(jié)合對應(yīng)的凹陷面積得到凹陷定量線V=aS+b。然后可將檢測中遇到的凹陷信號幅值代入定量線公式中得到凹陷面積當(dāng)量，從而對凹陷程度有清晰直觀的認(rèn)識。

(3) 使用內(nèi)穿式探頭檢測標(biāo)定管時,可通過計算凹陷深度來初步判定該處周向上是否存在多個凹陷，不止一處凹陷時，該處所有實際凹陷面積之和應(yīng)等于通過凹陷定量線公式計算得到的凹陷面積。

(4) 在檢測過程中，每次進(jìn)行檢測標(biāo)定以后，需要重新計算凹陷定量線。

參考文獻(xiàn):

[1]李景和.海水作為冷卻介質(zhì)的汽輪機(jī)凝汽器泄漏原因及對策[J].東北電力技術(shù),2006,27(3):41-44.

[2]陳海峰.大型熱交換器用鈦管的質(zhì)量控制[J].電站輔機(jī),2008,106(3):30-31.

[3]余存燁.海水凝汽器傳熱管的選材與防護(hù)[J].腐蝕與防護(hù),1997,18(3):12-15.

[4]葛煉偉,郭韻,丁有元.核電廠高壓加熱器傳熱管渦流檢測及缺陷產(chǎn)生機(jī)理分析[J].無損檢測,2014,36(1):74-76.

[5]袁建中,葉琛,劉一舟.熱交換器傳熱管的渦流檢測及失效分析[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2010,22(1):77-78.[6]李志剛,汪德良,孫本達(dá).薄壁鈦管的渦流檢測[J].無損檢測,1995,17(5):132-134.

[7]張才良,胡達(dá)群.渦流檢測對比試樣的作用[J].無損檢測,2013,35(3):38-41.

[8]徐可北,周俊華.渦流檢測[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[9]李小亭,沈功田.壓力容器無損檢測——渦流檢測技術(shù)[J].無損檢測,2004,26(8):411-416.

Evaluation Method of Condensor Thin-walled Titanium Tube Dent Degree by ET Testing

TAO Yu-chun, LIANG Peng-fei, ZHOU Yu, JIANG Da-chao

(Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou 215004, China)

Abstract：Thin-walled titanium tube is widely used as heat-exchange tube in nuclear power plant, and nowadays the inner ET testing is wildly used in titanium tube in-service inspection. In this paper we tested the sample tube with dents by ET tester, and made a comparison between the results, and then we found the linear relationship between signal amplitude and the dent area. Based on that, we provide a method to evaluate the dent degree of tubes quantitatively.

Key words:ET; Tube dent; Signal amplitude; Dent area; Evaluate quantitatively

收稿日期：2015-11-02

作者簡介：陶于春(1973—),男,本科,高級工程師,主要從事核電廠在役檢查相關(guān)工作。通信作者:梁鵬飛(1987—),男,工程師,主要從事核電廠在役檢查相關(guān)工作，E-mail:liangpengfei@cgnpc.com.cn。

DOI:10.11973/wsjc201605010

中圖分類號：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-6656(2016)05-0038-03