電站鍋爐管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研討

牛保獻(xiàn)，李世銘

（潤(rùn)電能源科學(xué)技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450018）

電站在安裝建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，基本都離不開(kāi)射線或超聲監(jiān)測(cè)焊接所有管道接頭。而因老機(jī)組服役了過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，且陸續(xù)出現(xiàn)新裝的機(jī)組，以致于熱力設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及維護(hù)中相繼涌現(xiàn)數(shù)量龐大的新問(wèn)題。結(jié)合相關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，熱力設(shè)備事故中，有60%是由鍋爐引發(fā)的，而在鍋爐事故中，有65%是由管道破損引發(fā)的。因此，研究電站鍋爐管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于保障鍋爐運(yùn)行的安全與可靠而言，意義十分重要。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是將原有理化性質(zhì)保持的基礎(chǔ)上，獲取相關(guān)于待檢測(cè)物品品質(zhì)的理化特性及內(nèi)容的檢測(cè)技術(shù)，屬于一項(xiàng)非破壞性檢測(cè)技術(shù)。電站運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，鍋爐體現(xiàn)出極為重要的作用，其材料理化性質(zhì)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能夠直接影響設(shè)備的運(yùn)行效率[1]。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，通常是以電站鍋爐缺陷檢測(cè)為主要對(duì)象，效果理想，能對(duì)缺陷位置與程度進(jìn)行有效檢測(cè)，確保鍋爐運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，從而保障電站運(yùn)行。而將其用于電站鍋爐管道檢測(cè)中，也同樣能夠取得理想的效果。就現(xiàn)有的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)而言，通常由射線透照自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、低頻電磁檢測(cè)技術(shù)及超聲衍射時(shí)差檢測(cè)技術(shù)等組成。

2 電站鍋爐管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

電站鍋爐過(guò)熱器管、水冷壁管及再熱器管等部件，由于長(zhǎng)期處于高溫高壓工作環(huán)境的緣故，管材內(nèi)外表面產(chǎn)生裂紋、腐蝕磨損、氧化凹坑及氫損傷等缺陷的可能性極高，因而通常選擇無(wú)縫鋼管。而在實(shí)際工作中，維護(hù)及檢測(cè)無(wú)縫鋼管時(shí)，多以超聲波檢測(cè)和渦流檢測(cè)為主。其中，超聲波檢測(cè)是在探頭等設(shè)備的運(yùn)用下，將超聲波朝著待檢測(cè)設(shè)備發(fā)射，同時(shí)在相應(yīng)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)用下將反饋信號(hào)接收，在經(jīng)過(guò)分析之后即可將缺陷部位找出來(lái)，并將缺陷程度明確[2]。而渦流檢測(cè)則是在材料缺陷部位及其他部位有著不同渦流這一原理的運(yùn)用下，并與特定設(shè)備相結(jié)合，通過(guò)分析后即可將缺陷位置和程度確定。在無(wú)縫管的檢測(cè)中使用超聲波時(shí)，通常以液浸法和接觸法為主。以接觸法為例，其檢測(cè)原理是選擇能夠與無(wú)縫管表面良好耦合的探頭與無(wú)縫管管壁接觸。而液浸法則是以線聚焦、點(diǎn)聚焦為根據(jù)將縱向方向的缺陷故障找出。

3 電站鍋爐管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具體應(yīng)用

3.1 超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)主要引入了低頻扭曲波或縱波，在檢測(cè)管路及管道時(shí)，支持長(zhǎng)距離。因?qū)Рz測(cè)優(yōu)點(diǎn)在于能傳播20m～30m長(zhǎng)距離而衰減很小，故而在一個(gè)位置固定脈沖回波陣列之后，即可進(jìn)行大范圍檢測(cè)，在管道內(nèi)外壁腐蝕、焊縫危險(xiǎn)性缺陷的檢測(cè)中十分適用。該檢測(cè)方法使探頭保持線性運(yùn)動(dòng)掃描整個(gè)面，能夠通過(guò)圖像將鍋爐管道缺陷的具體位置及程度顯現(xiàn)出來(lái)[3]。鍋爐管道中利用超聲波技術(shù)，能夠獲取較為精準(zhǔn)的檢驗(yàn)結(jié)果，不可否認(rèn)的是超聲波頻率比普通超聲波探傷頻率低，因此需要進(jìn)一步提升該檢測(cè)方法的靈敏度。所以，在檢測(cè)電站鍋爐管道時(shí)，可借助超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)將缺陷找出，隨后再使用傳統(tǒng)復(fù)查方法。

3.2 超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)

超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)的探頭組成是一組晶片，每個(gè)晶片支持單獨(dú)調(diào)節(jié)，通過(guò)單獨(dú)激發(fā)時(shí)間，能夠更合理地控制聲束軸線及焦點(diǎn)。結(jié)合該項(xiàng)技術(shù)，某處位置的復(fù)雜幾何形狀通過(guò)超聲波束的運(yùn)用能夠準(zhǔn)確完成檢測(cè)，或通過(guò)相控陣探頭取代角度各不相同的多個(gè)普通探頭。過(guò)去，相控陣系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，并且存在較高的成本，因此在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用難度頗高?？茖W(xué)技術(shù)近年來(lái)取得的成就十分顯著，一定程度上減少了設(shè)備成本的耗費(fèi)，該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)無(wú)損監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中也逐漸得到廣泛應(yīng)用，例如核電站檢測(cè)、火車(chē)輪軸檢測(cè)及汽輪機(jī)葉片根部檢測(cè)等。盡管在鍋爐檢測(cè)中超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)尚未得到廣泛應(yīng)用，然而在檢測(cè)個(gè)別重要部位時(shí)卻依舊顯露出不可忽視的意義，例如鍋爐“四管”和集箱連接的孔橋檢測(cè)。該項(xiàng)技術(shù)除開(kāi)能夠有效檢測(cè)電站鍋爐厚壁焊縫之外，通過(guò)軟件的運(yùn)用連續(xù)的將換能器陣列產(chǎn)生的波束角度、焦距等調(diào)整后，無(wú)需移動(dòng)探頭即可全面掃查焊縫，如此一來(lái)電站鍋爐集箱孔橋部位就能實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的檢測(cè)。

3.3 低頻電磁檢測(cè)技術(shù)

低頻電磁檢測(cè)技術(shù)是電站鍋爐無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中較為新型的一種，該項(xiàng)技術(shù)的檢測(cè)原理是在相關(guān)設(shè)備儀器的運(yùn)用下，激發(fā)探頭將一個(gè)低頻電磁信號(hào)輸入在被檢測(cè)管壁上，以探頭接收的信號(hào)變化為根據(jù)對(duì)管壁有無(wú)缺陷存在進(jìn)行判斷。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，能將鍋爐故障提前發(fā)現(xiàn)并將隱患扼殺在萌芽狀態(tài)[4]。在對(duì)鍋爐使用低頻電磁檢測(cè)技術(shù)時(shí)，能夠逐一檢測(cè)其四大管道的外、內(nèi)表面，同時(shí)明確管道內(nèi)部具體的缺陷位置與程度。由于該項(xiàng)技術(shù)是通過(guò)非接觸檢測(cè)方式，也就是檢測(cè)儀器與管道之間并不會(huì)有接觸產(chǎn)生，因此管道表面的油漆或是污垢等物質(zhì)并不會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果構(gòu)成影響。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能生成管道內(nèi)部的三維立體圖像，這樣一來(lái)就能更直觀的觀察鍋爐管道缺陷的具體位置與程度，檢測(cè)效果更理想。

3.4 超聲衍射時(shí)差檢測(cè)技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)是以相互作用下的超聲波與缺陷部位發(fā)出的衍射信號(hào)為根據(jù)，精確監(jiān)測(cè)缺陷并定量的技術(shù)，電站鍋爐低合金鋼爐壁管中應(yīng)用超聲衍射時(shí)差檢測(cè)技術(shù)時(shí)，能夠有效檢測(cè)腐蝕疲勞裂紋，同時(shí)也能檢測(cè)高溫管道如主蒸汽管和再熱蒸汽管中的蠕變損傷裂紋及節(jié)流閥熱疲勞裂紋。在材料、焊縫、熱影響區(qū)內(nèi)部及表面開(kāi)口裂紋的檢測(cè)中，運(yùn)用超聲衍射時(shí)差檢測(cè)技術(shù)能夠有效進(jìn)行測(cè)深定高，精確性的診斷鍋爐受壓元件及本體剩余壽命，同時(shí)也能平價(jià)鍋爐的安全程度。

3.5 內(nèi)置旋轉(zhuǎn)式超聲波定量檢測(cè)技術(shù)

內(nèi)置旋轉(zhuǎn)式超聲波定量檢測(cè)技術(shù)是運(yùn)用了內(nèi)置式水浸超聲脈沖回波的技術(shù)，用水充滿管子內(nèi)部之后，將探頭放置于管子內(nèi)部，激發(fā)于探頭處的超聲波脈沖在水中傳播到達(dá)45°聲反射鏡，待有反射發(fā)生于反射鏡表面后到達(dá)管子內(nèi)壁，而管內(nèi)壁此時(shí)會(huì)有部分超聲波發(fā)生反射，晶片會(huì)接收沿原傳播路線返回的回波，另有部分超聲波會(huì)朝管壁中射入，同時(shí)會(huì)有反射發(fā)生于管外壁，晶片會(huì)接收沿原傳播路線返回的回波[5]。如此一來(lái)即可順利獲取內(nèi)、外壁的反射信號(hào)完成一周旋轉(zhuǎn)的渦輪，會(huì)自行進(jìn)行一次采集，同時(shí)創(chuàng)建被檢管子界面的一個(gè)掃描圖像，成像中清晰的展露出內(nèi)外管壁形狀、壁厚。探頭進(jìn)入管子內(nèi)部，連續(xù)的圖像會(huì)將管壁彩色掃描成像，供于分析。內(nèi)置旋轉(zhuǎn)式超聲波定量檢測(cè)技術(shù)的誕生，可將普通超聲波檢測(cè)中的超聲波檢測(cè)盲區(qū)及耦合等兩大難題有效解決，故而備受推廣。

3.6 射線透照自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

射線無(wú)損檢測(cè)過(guò)程，不同材料對(duì)于不同射線也會(huì)表現(xiàn)出不同的反應(yīng)，通過(guò)其產(chǎn)生結(jié)果的分析與對(duì)比，即可完成待檢測(cè)物質(zhì)的檢測(cè)。圖像處置、缺陷識(shí)別、評(píng)片是構(gòu)成射線透照系統(tǒng)的三大部分，圖像數(shù)字化處置技術(shù)目前十分發(fā)達(dá)，但是底片處置技術(shù)卻基本上停滯不前，發(fā)展緩慢，因此有關(guān)圖像處置方面的問(wèn)題仍需進(jìn)一步展開(kāi)研究。此外，因圖像處置技術(shù)的發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)活絡(luò)度與以往相比提升很大，加之缺陷識(shí)別技術(shù)也取得了成果顯著的進(jìn)步，故而在電站鍋爐管道中應(yīng)用射線透照技術(shù)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，所發(fā)揮的作用十分重要。

4 結(jié)語(yǔ)

為提高電站鍋爐運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，最大限度規(guī)避事故，就必須動(dòng)態(tài)監(jiān)控鍋爐，同時(shí)定期進(jìn)行安全檢查。當(dāng)前時(shí)代下，科技技術(shù)發(fā)展十分迅速，大量新型、大型電站鍋爐被研發(fā)出來(lái)并投入使用，無(wú)疑是將更高標(biāo)準(zhǔn)的要求帶給了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。所以，科研人員及相關(guān)人員必須積極投入新型儀器設(shè)備與檢測(cè)方法的研發(fā)中，致力于現(xiàn)有檢測(cè)方法的創(chuàng)新與優(yōu)化、現(xiàn)有儀器設(shè)備的改良、現(xiàn)有檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的完善與修正，以免將日益嚴(yán)苛的檢測(cè)要求充分滿足，確保電站鍋爐得以實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的實(shí)現(xiàn)。