電廠換熱器彎管遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)研究

梁鵬飛, 陳 蔚, 嚴(yán) 海, 周 宇

(蘇州熱工研究院有限公司, 江蘇 蘇州 215004)

高壓加熱器等換熱器作為電廠的重要設(shè)備,其熱交換管束泄漏是最常見的故障,占運(yùn)行期間總故障數(shù)的70%以上[1]。

此類熱交換器中大部分采用的是鐵磁性材料換熱管,導(dǎo)致常規(guī)渦流檢測(cè)手段難以實(shí)施,因此各個(gè)電廠在運(yùn)行期間廣泛采用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行換熱管的檢測(cè)[2-3]。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)是基于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流效應(yīng),其檢測(cè)信號(hào)由探頭激勵(lì)線圈所激發(fā)磁場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)部分穿過(guò)管壁后,又返回?fù)Q熱管內(nèi)被探頭接收線圈接收,再經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、濾波等處理后進(jìn)行顯示[4]。如果管壁有損傷,則會(huì)導(dǎo)致返回?fù)Q熱管內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào)的幅值和相位發(fā)生變化[5]。因此,可以通過(guò)接收信號(hào)的幅值和相位來(lái)判定管壁的損傷情況[6]。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流無(wú)需對(duì)鐵磁性換熱管進(jìn)行磁飽和,就可以直接用內(nèi)穿式探頭進(jìn)行檢測(cè),對(duì)裂紋、腐蝕、凹坑以及減薄等都有較高的靈敏度[7-8],但目前只在直管段得到了廣泛應(yīng)用。由于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流存在接收信號(hào)微弱、信噪比低、分析困難等缺點(diǎn),所以作為換熱管薄弱部位的彎管部分在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)的先例。

本文對(duì)彎管上不同位置和大小的通孔檢測(cè)信號(hào)做了對(duì)比分析,對(duì)彎管的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了探索。

1 檢測(cè)系統(tǒng)

本文采用的是西班牙Tecnatom公司生產(chǎn)的ETBox2i型多頻渦流儀,具備遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)功能。樣管及標(biāo)定管材質(zhì)為20#鋼,規(guī)格為Φ15 mm×1.2 mm。配套使用Tecnatom公司的CL115FMF20內(nèi)穿型柔性遠(yuǎn)場(chǎng)渦流探頭,對(duì)中花瓣,雙發(fā)雙收。探頭外徑為11.5 mm,填充系數(shù)為83%。探頭前部有43 dB放大器,檢測(cè)頻率為1 700 Hz。

2 樣管檢測(cè)

試驗(yàn)所用標(biāo)定管為直管,被檢樣管有3種彎曲直徑(以下簡(jiǎn)稱“彎徑”),每種彎徑的彎管有3根,分別在外弧、內(nèi)弧及側(cè)邊3個(gè)位置上以及標(biāo)定管上通過(guò)電火花加工了6個(gè)通孔,其直徑d分別為:5 mm,4 mm,3 mm,2 mm,1.6 mm,1.3 mm。各樣管和標(biāo)定管的相關(guān)信息如表1所示。被檢測(cè)彎管的3個(gè)位置如圖1所示。

表1 樣管及標(biāo)定管的相關(guān)信息

圖1 被檢測(cè)彎管的3個(gè)位置示意

試驗(yàn)中,首先對(duì)標(biāo)定管進(jìn)行標(biāo)定,并將標(biāo)定管上Φ2 mm的通孔信號(hào)標(biāo)定為:幅值3.5 V,相位90°;然后以相同的檢測(cè)速度(10 cm/s)對(duì)樣管和標(biāo)定管各檢測(cè)5次,并記錄各個(gè)顯示信號(hào)的幅值和相位;最后,結(jié)束標(biāo)定管的標(biāo)定,并確認(rèn)結(jié)束標(biāo)定中Φ2 mm通孔的幅值和相位與開始標(biāo)定時(shí)的幅值和相位分別相差在0.35 V和5°以內(nèi),以保證檢測(cè)期間信號(hào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)中樣管檢測(cè)信號(hào)如圖2所示。

圖2 樣管檢測(cè)信號(hào)示意

3 結(jié)果分析

圖3為各組樣管與標(biāo)定管上通孔的信號(hào)幅值對(duì)比。由圖3可知,不同彎徑下,隨著通孔直徑的減小,信號(hào)幅值單調(diào)下降,但彎管的各個(gè)位置上同一尺寸通孔信號(hào)幅值有較大差異,說(shuō)明彎管上缺陷的位置對(duì)缺陷信號(hào)幅值有明顯影響。

圖4是各樣管與標(biāo)定管上6個(gè)通孔的信號(hào)幅值對(duì)比。由圖4可知,同一直徑通孔下,當(dāng)其在外弧(1#,4#,7#)時(shí)信號(hào)幅值最低;標(biāo)定管(0#)上的通孔信號(hào)幅值一般高于外弧上的信號(hào)幅值,低于彎管內(nèi)弧(2#,5#,8#)和側(cè)邊(3#,6#,9#)上同直徑通孔的信號(hào)幅值;內(nèi)弧處和側(cè)邊處相同直徑通孔的信號(hào)幅值之間沒(méi)有明顯的大小規(guī)律。究其原因,可能是由于外弧處的磁場(chǎng)逸散較多,所以導(dǎo)致接收到的能量較小而造成的。

因此,在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)將外弧處的缺陷作為判傷基準(zhǔn),最大限度地避免低估缺陷損傷情況的發(fā)生。

圖3 各組樣管與標(biāo)定管上通孔的信號(hào)幅值對(duì)比

圖4 各樣管與標(biāo)定管上6個(gè)通孔的信號(hào)幅值對(duì)比

此外,從圖4還可以看出,隨著通孔直徑的變小,其信號(hào)幅值因彎管的彎徑及所處位置的不同而發(fā)生的波動(dòng)是逐漸增大的,即尺寸較小的缺陷的信號(hào)幅值受彎管彎徑和位置的影響較大,其在彎管遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)時(shí)的誤差也相應(yīng)更大。

圖5是彎徑為120 mm和90 mm樣管與標(biāo)定管上通孔的相位對(duì)比。由圖5可知,彎管上不同直徑和不同位置的通孔相位變化較直管而言更為劇烈,與直管的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)相比,彎管上通孔的相位有明顯變化。

圖5 彎徑為120 mm和90 mm樣管與標(biāo)定管的通孔相位對(duì)比

彎管上通孔直徑在3 mm以上時(shí),相位較為穩(wěn)定,而在3 mm以下時(shí),相位變化較為無(wú)序,說(shuō)明彎管遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)中基于相位傷深曲線的缺陷當(dāng)量判斷不適用于直徑3 mm以下的通孔,相應(yīng)可以推測(cè),遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的相位傷深曲線不適用于彎管上當(dāng)量較小的局部缺陷。對(duì)于直徑3 mm以上的通孔而言,各個(gè)通孔的相位波動(dòng)大致在30°左右。因此,在實(shí)際檢測(cè)中,要根據(jù)實(shí)際檢測(cè)的彎管的彎徑范圍來(lái)制備不同彎徑的彎管試樣,通過(guò)試驗(yàn)找出需要關(guān)注的缺陷可能的相位波動(dòng)范圍,從而給后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供參考和依據(jù)。

4 結(jié) 論

據(jù)此,本文可以得到以下結(jié)論:

(1) 彎管上缺陷的位置對(duì)缺陷信號(hào)幅值有明顯影響;

(2) 在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)將外弧處的缺陷作為判傷基準(zhǔn),以最大限度避免低估缺陷損傷情況的發(fā)生;

(3) 尺寸較小的缺陷的信號(hào)幅值受彎管的彎徑和位置影響更大,其在彎管遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)時(shí)的誤差也相應(yīng)更大;

(4) 與直管遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)相比,彎管上的通孔相位有明顯變化;

(5) 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的相位傷深曲線可能不適用于彎管上當(dāng)量較小的局部缺陷;

(6) 對(duì)于較大的缺陷,建議根據(jù)實(shí)際檢測(cè)的彎管彎徑范圍來(lái)制備不同彎徑的彎管試樣,通過(guò)試驗(yàn)找出需要關(guān)注的缺陷可能的相位波動(dòng)范圍,為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供參考。