消防水管道內(nèi)壁腐蝕超聲導(dǎo)波檢測(cè)應(yīng)用

李偉光 孔全興 楊宏歡

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

消防系統(tǒng)作為核電廠的重要輔助系統(tǒng)，對(duì)核電廠的安全運(yùn)行起著非常重要的作用，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著保證核電廠運(yùn)維人員安全疏散的功能，消防系統(tǒng)異常情況下可能直接威脅核安全。廠房內(nèi)消防管道通常采用內(nèi)外鍍鋅管道，外壁采用涂層進(jìn)行防護(hù)，內(nèi)壁無額外的防護(hù)措施。隨著核電站機(jī)組運(yùn)行年限的增長，消防水管道腐蝕問題日益嚴(yán)重，由腐蝕引起的管道內(nèi)壁結(jié)瘤、堵塞、穿孔泄露等問題成為目前困擾電站的重要問題[1]。

核電廠廠房內(nèi)消防管道通常都是架空布置，因消防系統(tǒng)需要長期運(yùn)行，管道內(nèi)部腐蝕缺陷無法停機(jī)檢查，常規(guī)壁厚檢測(cè)如超聲波測(cè)厚等方式只能采用逐點(diǎn)檢測(cè)的方式，檢測(cè)效率低，且需要大量的輔助工作，很難檢出腐蝕缺陷位置。超聲導(dǎo)波技術(shù)具有長距離在線檢測(cè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)管道100%檢測(cè)[2]。本次檢測(cè)先采用英國Wavemaker G4超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)管道進(jìn)行腐蝕篩查，對(duì)疑似缺陷位置采用超聲波測(cè)厚儀進(jìn)行壁厚檢測(cè)驗(yàn)證。

1 超聲導(dǎo)波技術(shù)簡介

超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)（Ultrasonic Guided Wave）與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比具有突出的優(yōu)點(diǎn)，超聲導(dǎo)波具有一次性檢測(cè)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，即可以一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)整根管道的檢測(cè)100%檢測(cè)，而傳統(tǒng)無損檢測(cè)技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)局部單點(diǎn)檢測(cè)。另外，由于超聲導(dǎo)波沿著管道傳播，而不是透過， 聲場(chǎng)遍及整個(gè)壁厚， 因此整個(gè)壁厚都可以被檢測(cè)到，這就意味著既可以檢測(cè)管道的內(nèi)部缺陷也可以檢測(cè)管道的表面缺陷。

超聲導(dǎo)波檢測(cè)時(shí)，在管道的一端激勵(lì)頻率小于100kHz的低頻超聲波，當(dāng)管道橫截面發(fā)生改變時(shí)，導(dǎo)波會(huì)向傳感器發(fā)射一個(gè)反射信號(hào)，通過分析該反射信號(hào)即可探知管道的內(nèi)外部缺陷位置和腐蝕狀況，同時(shí)檢測(cè)中引入了C掃描技術(shù)，使腐蝕缺陷檢測(cè)技術(shù)更為完善[3]。

2 管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)原理

超聲導(dǎo)波是一種沿著介質(zhì)結(jié)構(gòu)長度傳播，并被介質(zhì)幾何邊界導(dǎo)向約束的彈性機(jī)械波。其主要沿管道軸向傳播，受聲波頻率和材料厚度影響，當(dāng)管道截面積發(fā)生減薄或增厚時(shí)，導(dǎo)波信號(hào)會(huì)發(fā)生反射、散射等現(xiàn)象，而會(huì)有一定比例的能量波被反射回傳感器，對(duì)不連續(xù)性的檢測(cè)機(jī)理就是通過反射回波來發(fā)現(xiàn)和判斷缺陷的大小的。通過分析缺陷產(chǎn)生的附加波型轉(zhuǎn)換信號(hào)等回波信息，可以識(shí)別出金屬缺損和管道外形的特征。

當(dāng)遇到管道特征時(shí)（如環(huán)焊縫、金屬損失處），如果這些特征在管道軸向是對(duì)稱的，反射波的波峰均勻地反射回來產(chǎn)生對(duì)稱的反射信號(hào)，顯示為黑色曲線；如果這些特征是不對(duì)稱的，如局部存在腐蝕等，由于入射聲波的反射發(fā)生了模式轉(zhuǎn)換，在產(chǎn)生對(duì)稱信號(hào)的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱的信號(hào)，顯示為紅色曲線。具體如圖1所示。數(shù)據(jù)分析時(shí)，根據(jù)某特征處黑色與紅色信號(hào)強(qiáng)度比例，以及在不同頻率、帶寬、聲波信號(hào)的特點(diǎn)，就可以分析出該特征的性質(zhì)、嚴(yán)重程度等信息。

3 核電廠消防管道檢測(cè)

本次檢測(cè)采用Wavemaker G4超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀，傳感器采用對(duì)夾式和充氣式傳感器探頭環(huán)，并借助WavemakerPro軟件對(duì)超聲導(dǎo)波檢測(cè)儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探頭環(huán)示意圖如圖2所示。采用奧林巴斯超聲測(cè)厚儀45MG對(duì)疑似缺陷位置進(jìn)行測(cè)厚驗(yàn)證。

消防管道為架空布置管道，高空位置超聲導(dǎo)波檢測(cè)采用吊籃和腳手架作業(yè)，對(duì)檢測(cè)出異常信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。超聲導(dǎo)波檢測(cè)管線及驗(yàn)證結(jié)果如表1所示。

4 分析及討論

（1）移動(dòng)式消防設(shè)備連接管線

移動(dòng)式消防設(shè)備連接管線外觀未發(fā)現(xiàn)明顯異常，檢測(cè)結(jié)果顯示如圖3所示，距離探頭環(huán)-3.61m位置發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，并采用超聲測(cè)厚確認(rèn)，該區(qū)域存在局部減薄；

（2）消防水泵小流量管線

消防水泵小流量管線外觀未發(fā)現(xiàn)異常，檢測(cè)結(jié)果顯示如圖4所示，距離探頭環(huán)正方向0.93m位置發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，并采用超聲確認(rèn)，該區(qū)域存在局部減薄；

（3）消防水泵出口管線

消防水泵出口管線外觀未發(fā)現(xiàn)異常，檢測(cè)結(jié)果顯示如圖5所示，未發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)。

表1 消防管線檢測(cè)及壁厚驗(yàn)證結(jié)果

通過消防管檢測(cè)結(jié)果看，超聲導(dǎo)波技術(shù)主要檢測(cè)管道橫截面積改變量，在管道外觀狀態(tài)可以目視檢查的情況下，通過檢測(cè)結(jié)果A型圖異常信號(hào)可以判斷管道內(nèi)壁局部腐蝕情況。另外，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)部管道狀態(tài)良好管道信號(hào)衰減速率為0.5DB/m，本次檢測(cè)的管道衰減速率基本在2.1DB/m，也可說明管道內(nèi)部發(fā)生了均勻腐蝕。另外，通過管道超聲導(dǎo)波篩查，找出異常腐蝕點(diǎn)，對(duì)該部位定期跟蹤，推算出壁厚減薄速率，為后續(xù)的運(yùn)行和剩余壽命評(píng)估提供支持。

5 結(jié)論及建議

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，得出以下結(jié)論。

（1）超聲導(dǎo)波無損檢測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)消防系統(tǒng)運(yùn)行情況下，通過異常信號(hào)和衰減速率兩個(gè)方面對(duì)消防管道腐蝕缺陷進(jìn)行快速篩查；

（2）采用超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)對(duì)管道內(nèi)部疑似缺陷進(jìn)行定位是可行的，需要輔以超聲相控陣和超聲波測(cè)厚技術(shù)進(jìn)行實(shí)際壁厚驗(yàn)證；超聲導(dǎo)波檢測(cè)數(shù)據(jù)分析復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)人員技能要求比較高。

根據(jù)消防管道的內(nèi)壁腐蝕原理、鍍鋅層保護(hù)以及超聲導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果，給出如下建議。

①核電廠消防管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要充分結(jié)合管道布置和走向，制定合理的超聲導(dǎo)波檢測(cè)方案。檢測(cè)盲區(qū)使用輔助的檢測(cè)手段或探頭環(huán)更換位置重新采集數(shù)據(jù)；

②核電廠廠房內(nèi)架空消防管通常采用鍍鋅管，根據(jù)消防管運(yùn)行結(jié)果跟蹤，內(nèi)部鍍鋅層通常5～8年消耗完畢[4]，消防管運(yùn)行5年左右時(shí)間對(duì)消防管道進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測(cè)，找出管道腐蝕缺陷點(diǎn)和壁厚減薄點(diǎn)，對(duì)這些位置進(jìn)行定期測(cè)量壁厚或長期監(jiān)測(cè)[5]，跟蹤壁厚腐蝕減薄趨勢(shì)，根據(jù)腐蝕趨勢(shì)提早制定消防管合理的運(yùn)維和延壽計(jì)劃。