多頻渦流檢測(cè)技術(shù)在熱網(wǎng)加熱器性能評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王守運(yùn)， 張 洋， 于 達(dá)， 李 輝

（天津誠(chéng)信達(dá)金屬檢測(cè)技術(shù)有限公司， 天津 300384）

熱網(wǎng)加熱器是熱網(wǎng)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一， 其主要功能是利用汽輪機(jī)的抽汽或從鍋爐引來(lái)的蒸汽來(lái)加熱熱水供應(yīng)系統(tǒng)中的循環(huán)水以滿足供熱要求， 從而實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。 熱網(wǎng)加熱器換熱管束在運(yùn)行過(guò)程中管壁減薄、 凹坑等缺陷易造成泄漏，換熱管束的泄漏、 雜質(zhì)淤積、 堵塞、 管壁結(jié)垢等減少了換熱面積， 降低了換熱管束的換熱效率， 影響供熱總量的穩(wěn)定輸出[1-2,5]。 當(dāng)換熱管束泄漏時(shí)，需要進(jìn)行封堵處理， 依據(jù)《產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用說(shuō)明書》規(guī)定， 堵管數(shù)量不得大于總管數(shù)量的10%。 如何有效發(fā)現(xiàn)換熱管束的薄弱部位， 及時(shí)處理， 并分析產(chǎn)生的原因， 提出預(yù)防措施， 尤為關(guān)鍵[3-4,9]。 只有掌握熱網(wǎng)加熱器的狀態(tài)才能為下一步的檢修方案及防護(hù)措施提供技術(shù)支撐， 以便有效降低經(jīng)濟(jì)損失。本研究采用多頻渦流檢測(cè)技術(shù)， 對(duì)某熱電廠熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行檢測(cè)， 為熱網(wǎng)加熱器換熱管束堵管提供預(yù)防和解決方案。

1 熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行情況

某熱電廠裝機(jī)（一拖一） 容量為466.2 MW，燃?xì)廨啓C(jī)采用通用公司F 級(jí)燃機(jī)， 余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組由哈爾濱電氣制造。 于2012 年12 月開(kāi)工， 2014 年12 月30 日投產(chǎn)， 運(yùn)行5 年內(nèi)未對(duì)熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行檢測(cè)。

應(yīng)熱電廠要求， 在熱網(wǎng)檢修期間， 對(duì)供熱首站1 臺(tái)熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行渦流檢測(cè)。 該熱網(wǎng)加熱器為臥式加熱器， 加熱器型號(hào)為JR2000， 換熱管束4 200 根， 管束材質(zhì)為TP316L， 規(guī)格為Φ19 mm×1 mm×7 630 mm， 支撐板材質(zhì)為Q235A， 具體運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。 經(jīng)統(tǒng)計(jì)， 該熱網(wǎng)加熱器已封堵104 根， 占管束總量的2.48%。

表1 熱網(wǎng)加熱器運(yùn)行參數(shù)

2 多頻渦流檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

2.1 多頻渦流檢測(cè)原理

多頻渦流檢測(cè)是指渦流儀具有多個(gè)工作通道，并能同時(shí)以兩個(gè)或兩個(gè)以上工作頻率進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)。 通過(guò)調(diào)整不同激勵(lì)頻率的渦流對(duì)支撐板產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)， 再經(jīng)過(guò)混頻通道進(jìn)行信號(hào)疊加， 達(dá)到消除支撐板相應(yīng)信號(hào)， 提取缺陷信號(hào)的目的[6]。

多頻渦流檢測(cè)技術(shù)能夠消除支撐板、 隔板、防震條等結(jié)構(gòu)信號(hào)； 可提供多個(gè)通道信息， 便于區(qū)分結(jié)構(gòu)信號(hào)、 干擾信號(hào)和缺陷信號(hào)； 低頻通道可用于辨識(shí)鋼管的軸向位置等[7-8]。

2.2 儀器調(diào)整及參數(shù)選擇

2.2.1 探頭的選擇

渦流檢測(cè)的探頭應(yīng)根據(jù)換熱管束的尺寸及實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行確定。 為保證檢測(cè)靈敏度， 需選擇較大填充系數(shù)的探頭， 換熱管束內(nèi)徑為17 mm，選擇的探頭外徑為16 mm， 填充系數(shù)為88.6%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 工作頻率選擇

根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的厚度、 期望透入的深度、 相位拉開(kāi)角等選擇主檢測(cè)頻率。 一般對(duì)于非鐵磁性管材的內(nèi)穿過(guò)式渦流檢測(cè)， 采用1.09 倍標(biāo)準(zhǔn)透入深度等于被檢測(cè)管材壁厚， 工作頻率表示為

式中： σ——電導(dǎo)率， S/m；

t——管壁厚度， mm。

試驗(yàn)證明， 該頻率通孔和20%外壁平底孔的夾角約為90°， 渦流密度為表面電流密度的34%。

公式 （1） 經(jīng)推導(dǎo)， 可以得到較為簡(jiǎn)單的表達(dá)式：

式中： ρ——電阻率， μΩ·cm。

查表可知， 換熱管束電阻率為7.3×102μΩ·cm，壁厚1 mm， 代入上式可得主檢測(cè)頻率為219 kHz。

多頻渦流檢測(cè)技術(shù)一般選擇4 個(gè)或更多頻率進(jìn)行檢測(cè)。 通常f90作為主頻， 用于發(fā)現(xiàn)缺陷和評(píng)定缺陷； f90/2 作為輔頻， 輔助判傷以及混頻消除支撐板等結(jié)構(gòu)信號(hào)的影響； f90/8 作為低頻，用于觀察管外結(jié)構(gòu)信號(hào)和定位； f180作為高頻，用于查找管內(nèi)壁缺陷。

2.2.3 對(duì)比試樣制作

選擇與待檢換熱管束相同的管子， 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.6—2015 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第六部分： 渦流檢測(cè)》 要求制作Ⅰ型試樣和Ⅱ型試樣。Ⅰ型對(duì)比試樣用來(lái)調(diào)整檢測(cè)系統(tǒng)和靈敏度， Ⅱ型試樣用來(lái)繪制缺陷深度與相位關(guān)系的曲線[10]。

可根據(jù)檢測(cè)目的， 按照有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求并與業(yè)主協(xié)商確定， 選擇一種或幾種缺陷類型制作缺陷對(duì)比試樣， 用于缺陷特征分析。

2.2.4 儀器調(diào)整

在Ⅰ型對(duì)比試樣上， 調(diào)整儀器使各通道通孔信號(hào)相位為40°±5°， 通孔信號(hào)幅值相當(dāng)于滿刻度的40%。 選擇換熱管束支撐板處信號(hào)進(jìn)行混頻處理，混頻通道支撐板信號(hào)消失， 缺陷信號(hào)正常顯示。 在Ⅱ型試樣上制作缺陷深度與相位曲線， 測(cè)量缺陷減薄量。

2.3 多頻渦流檢測(cè)方法

2.3.1 檢測(cè)要求

檢測(cè)前對(duì)熱網(wǎng)加熱器換熱管束內(nèi)外表面進(jìn)行清洗， 滿足檢測(cè)要求。 按靈敏度調(diào)試時(shí)設(shè)置的參數(shù)對(duì)被檢管束進(jìn)行檢測(cè)。 檢測(cè)時(shí)的速度應(yīng)與調(diào)試靈敏度時(shí)的檢測(cè)速度相同或相近， 且檢測(cè)過(guò)程中保證探頭移動(dòng)速度穩(wěn)定。

2.3.2 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量評(píng)定

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)采用NB/T 47013.6—2015 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第六部分： 渦流檢測(cè)》， 質(zhì)量評(píng)定按照甲方要求如下： ①缺陷信號(hào)超過(guò)20%壁厚的作為記錄依據(jù)， 而不考慮其信號(hào)幅值大?。?②缺陷信號(hào)超過(guò)45%壁厚的， 管束嚴(yán)重腐蝕， 必須堵管處理； ③缺陷信號(hào)反映為貫穿性缺陷的， 堵管處理； ④檢測(cè)人員判定為危害性缺陷時(shí)， 不受上述條文限制， 可直接判廢； ⑤在檢驗(yàn)過(guò)程中，不能確定是否為缺陷信號(hào)時(shí)， 不作為堵管依據(jù)。

3 檢測(cè)結(jié)果及原因分析

3.1 熱網(wǎng)加熱器檢測(cè)結(jié)果

采用多頻渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)熱網(wǎng)加熱器換熱管束進(jìn)行檢測(cè)， 管束共4 200 根， 已封堵104 根，探頭不能穿過(guò)管束455 根， 不合格管束29 根，管束外壁損傷426 根。 探頭無(wú)法穿過(guò)的管束大多由于水垢、 鐵銹等附著于管束內(nèi)壁， 阻礙探頭移動(dòng)。 采用高壓水槍對(duì)455 根不能穿過(guò)的管束重新進(jìn)行清洗， 清洗后重新檢測(cè)， 仍有74 根無(wú)法穿過(guò)， 不合格管束40 根， 如圖1 所示。 圖1 中，黑色標(biāo)記為原始封堵管束104 根， 黃色標(biāo)記為外壁損傷管束共426 根， 綠色標(biāo)記為不可穿過(guò)管束74 根， 紅色標(biāo)記為不合格管束40 根。

圖1 熱網(wǎng)加熱器換熱管束檢測(cè)結(jié)果示意圖

3.2 原因分析

3.2.1 探頭不可穿過(guò)管束

由圖1 可見(jiàn)， 探頭無(wú)法穿過(guò)的管束主要位于上水室右側(cè)和上側(cè)， 借助內(nèi)窺鏡觀察， 管束內(nèi)部如圖2 所示。 由圖2 可見(jiàn)， 不可穿過(guò)管束內(nèi)部多為水垢和污垢， 嚴(yán)重的情況已將管束完全堵塞。 由于水質(zhì)不良， 造成管束內(nèi)壁產(chǎn)生水垢， 同時(shí)水室外側(cè)管束內(nèi)循環(huán)水流速低， 不利于水垢疏通。 水中的雜質(zhì)也在管束中淤積， 進(jìn)而將管束完全堵塞。 該電廠運(yùn)行至今， 熱網(wǎng)加熱器未進(jìn)行渦流檢測(cè)， 停機(jī)時(shí)也沒(méi)有對(duì)管束內(nèi)部進(jìn)行清理， 導(dǎo)致水垢和污垢嚴(yán)重。

圖2 不可穿過(guò)管束內(nèi)部形貌

水垢或污垢不僅會(huì)使管束局部過(guò)熱， 影響換熱效率， 還會(huì)使管束堵塞， 無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)， 造成泄漏。 對(duì)上述不可通過(guò)的管束進(jìn)行酸洗和高壓沖洗， 去除水垢和污垢， 對(duì)于無(wú)法疏通的管束建議封堵。 熱網(wǎng)加熱器進(jìn)水水質(zhì)應(yīng)保證合格， 及時(shí)排污， 定時(shí)清洗濾網(wǎng)， 防止雜質(zhì)進(jìn)入加熱器換熱管束內(nèi)。 停機(jī)時(shí)須對(duì)換熱管束徹底清洗后充氮保養(yǎng)。

3.2.2 原始封堵管束

由圖1 可見(jiàn)， 原始封堵管束主要集中在上水室頂部， 共104 根， 在以往運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生泄漏后采用堵管處理。 原有封堵管束位于換熱管束進(jìn)汽側(cè)， 進(jìn)汽側(cè)與管側(cè)中間隔著遮流板， 該處遮流板發(fā)生過(guò)損壞。 遮流板損壞導(dǎo)致蒸汽直接沖刷換熱管束， 形成氣阻， 受熱不均勻而發(fā)生泄漏。 對(duì)于損壞的遮流板應(yīng)及時(shí)更換， 并加固處理。

圖3 外壁損傷的管束內(nèi)部形貌

3.2.3 外壁損傷管束

由圖1 可見(jiàn)， 上水室黃色標(biāo)記為管束外壁損傷共426 根。 經(jīng)多頻渦流檢測(cè)后顯示為外壁減薄信號(hào)， 借助內(nèi)窺鏡從管束內(nèi)部觀察， 如圖3 所示。

由圖3 可見(jiàn)， 外壁損傷的管束內(nèi)部多存在點(diǎn)凸缺陷， 該外壁損傷的管束位于原有封堵管束下方， 遮流板損壞不僅造成緊靠其管束的泄漏， 也給下方管束造成不同程度的損傷。 該凸點(diǎn)或減薄是由于遮流板損壞、 蒸汽沖刷， 原有封堵管束泄漏出水， 甚至蒸汽帶有顆粒夾雜物沖擊等原因造成的。 外壁損傷的管束數(shù)量較多， 雖為不超標(biāo)信號(hào)， 但潛在威脅極大， 一旦有泄漏會(huì)威脅附近管束的安全。 若外壁損傷的管束全部進(jìn)行堵管處理，則熱網(wǎng)加熱器換熱效率滿足不了供熱要求， 最終按照業(yè)主要求打壓試驗(yàn)， 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄露， 因此采取監(jiān)督運(yùn)行。 由此可見(jiàn)， 遮流板損壞或破裂會(huì)給換熱管束造成大面積損傷， 需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)、 加固處理。

圖4 管束內(nèi)部腐蝕形貌

3.2.4 不合格管束

經(jīng)多頻渦流技術(shù)檢測(cè)， 按照質(zhì)量評(píng)定要求，對(duì)于超標(biāo)缺陷信號(hào)進(jìn)行堵管處理。 圖4 所示為管束內(nèi)部腐蝕形貌， 可見(jiàn)大量腐蝕坑， 使管束變薄而發(fā)生泄漏。 應(yīng)嚴(yán)格控制水質(zhì)， 防止腐蝕和結(jié)垢。

4 結(jié) 論

（1） 對(duì)熱網(wǎng)加熱器換熱管束外壁有損傷的管束進(jìn)行監(jiān)督運(yùn)行。

（2） 熱網(wǎng)加熱器停運(yùn)期間， 應(yīng)對(duì)換熱管束進(jìn)行徹底疏通清掃， 吹干管內(nèi)存水， 充氮保護(hù)， 做好防腐工作。

（3） 確保循環(huán)水質(zhì)的pH 值及含氧量， 循環(huán)水及時(shí)排污， 定期清洗濾網(wǎng)， 防止雜質(zhì)進(jìn)入加熱器換熱管束內(nèi)。

（4） 杜絕熱網(wǎng)加熱器超溫、 超壓運(yùn)行。

（5） 遮流板進(jìn)行加固處理， 遮流板損壞應(yīng)及時(shí)更換， 避免對(duì)換熱管束的損傷。

（6） 改善熱網(wǎng)加熱器的運(yùn)行環(huán)境， 才能有效提高熱網(wǎng)加熱器的換熱效率和使用壽命。